CN104041235B - 一种全水动自动控制增压施肥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全水动自动控制的增压施肥装置，包括：支撑组件，动力组件，施肥组件，其中，支撑组件包括相互平行依次排列的第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板；动力组件包括可伸缩的大波纹管和弹性体，控制大波纹管进出水使之压力变化，大波纹管和弹性体压力差实现第二支撑板往复运动；施肥组件包括可伸缩的小波纹管，小波纹管随第二支撑板连续往复运动而交替被伸张或压缩，其腔内压力随之减小或增大，从而实现肥料从肥料入口单向阀吸入和从肥料出口单向阀压出。该装置系统简单，组成元件容易获得，成本低且可靠性高，仅以水压来驱动，能适应低压力工作环境，适合我国低压管道输水灌溉的国情。

Description

一种全水动自动控制增压施肥装置

技术领域

本发明涉及农用施肥喷药机械领域，尤其涉及一种用全水动驱动且能实现全自动控制的施肥喷药装置，用于实现灌溉过程中全自动施肥、喷药。

背景技术

肥料与养分是农作物生长的基本要素。目前国内使用的灌溉施肥装置主要可分为四类。自压式施肥、差压式施肥、吸入式施肥和注入式施肥。

自压式施肥装置缺点是覆盖范围较小，装置移动困难。差压式施肥装置缺点是需要人工手动频繁添加肥料,不易实现自动化；肥料溶液浓度不均匀；肥料罐要求能承受灌溉系统压力等。吸入式施肥装置缺点是接入主输水管后压力损失较大，对输水管中水的流量、压力稳定性要求高。注入式施肥装置通常是将吸入的肥料增压,再注入灌溉水中，实现灌溉施肥。根据对肥料原液的加压方式不同，注入式施肥装置又分为利用外动力加压和利用输水管中水压加压两种。

利用外动力增压的注入式施肥装置，由于需要添加电机、泵等动力设备和辅助设备，成本不易降低，并且必需供应电力驱动电机。利用主输水管中水压对肥料原液增压，完成原液的自动注入，称为水压驱动施肥装置。目前国内外的水压驱动施肥装置中均采用活塞式泵缸作为关键部件，利用活塞两端的面积差将肥料原液增压输出。其不足主要表现在：1)所用的活塞式泵缸采用活塞式结构，相应的控制阀采用普通的换向阀和行程阀，这些元器件对最低工作压力有要求，各种活塞式泵缸构成的施肥装置要求水的工作压力不低于0.25MPa，有些更要求不低于0.4MPa，这明显不能适应我国现有的低压管道输水灌溉的要求。2)装置中的动力部分虽然改为水压驱动，但是控制部分仍然使用电控元件来控制活塞缸的往复动作，实际上是电控制水驱动的施肥器。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种灌溉施肥装置，无需任何电力，对灌溉水水压要求低，仅以灌溉水为动力进行驱动，实现灌溉过程中全自动的施肥和喷药。

为实现上述目的，本发明提供一种全水动自动控制增压施肥装置，可设置在灌溉系统的管路中实现以低压灌溉水为动力进行全自动控制灌溉施肥，其特征在于，包括，

支撑组件，包括依次排列的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，第一支撑板和第三支撑板固定不动，第二支撑板可在第一支撑板和第三支撑板间往复移动；

动力组件，包括弹性体和可伸缩的大波纹管，弹性体和大波纹管分别位于第一与第二支撑板间、第二与第三支撑板间，各有一端与第二支撑板连接，通过控制大波纹管的进水和排水，使管内产生压力的变化，使得大波纹管与弹性体产生压力差，从而带动第二支撑板的往复移动；

施肥组件，包括可伸缩的小波纹管、肥料入口单向阀、肥料出口单向阀，小波纹管位于第一、第二支撑板间，一端与第二支撑板连接，肥料入口、出口单向阀位于第一支撑板上，所述小波纹管一端随第二支撑板的往复运动而交替被伸张和被压缩，使得其内压力交替增大或减小，从而实现肥料从肥料出口单向阀压出和从肥料入口单向阀吸入。

进一步的，所述大波纹管横截面积大于所述小波纹管横截面积，从而使得在水进入该大波纹管后产生的压力能大于小波纹管内的压力与弹簧预压力之和，且保证小波纹管在压缩时，肥料的压力大于灌溉水压力，实现肥料注入灌溉水，小波纹管伸张时，管腔的压力小于肥料压力，实现肥料吸入。

进一步的，所述大波纹管的进出水由一二位三通换向阀控制，其分别与灌溉系统的入水管路和动力组件的大波纹管连接，二位三通换向阀受两液路控制而切换工作位，从而控制大波纹管的进水和出水，从而使大波纹管产生压力变化。

进一步的，所述控制二位三通换向阀的两液路受二位四通换向阀控制，其包括第一顶杆和第三顶杆，分别固定于第一支撑板和第三支撑板上，还包括第一推杆和第三推杆，固定于第二支撑板的两侧，第二支撑板向第三支撑板方向运动时，第三推杆随之运动，与第三顶杆触碰，二位四通换向阀处于上工作位，

实现第一液路连通，第一液路连通时，使二位三通换向阀处于左工作位，灌溉管道水进入大波纹管；第二支撑板向第一支撑板方向运动时，第一推杆随之运动，与第一顶杆触碰，二位四通换向阀处于下工作位，实现第二液路连通，第二液路连通时，使二位三通换向阀处于右工作位，大波纹管中水排出。

进一步的，动力组件中，所述的弹性体优选为弹簧，弹簧和大波纹管均可伸缩，弹簧位于第一支撑板和第二支撑板间，大波纹管位于第二支撑板和第三支撑板间，弹簧和大波纹管均有一端与第二支撑板连接，大波纹管伸张，弹簧压缩时，实现第二支撑板向上运动，弹簧伸张，大波纹管压缩时，实现第二支撑板向下运动。

进一步的，动力组件中，所述的大波纹管两端均焊接有盖板，其一端通过盖板封闭且与第二支撑板刚性连接，另一端盖板开有通孔且与第三支撑板固定，该通孔连通连接大波纹管和二位三通换向阀，灌溉系统水通过二位三通换向阀后经该通孔进入大波纹管。

进一步的，施肥组件中，小波纹管两端焊接有盖板，其一端通过盖板封闭且与第二支撑板刚性连接，另一端与开有两个通孔的第一支撑板固定，两通孔分别集成安装肥料入口单向阀和肥料出口单向阀。

进一步的，支撑组件中，第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板均开有通孔，柱状圆形杆穿过通孔，实现对第一支撑板和第三支撑板的固定、及对第二支撑板往复运动的导柱的作用。

进一步的，灌溉管道水经灌溉管道水开关阀后分为两路，一路连接二位四通换向阀，经二位四通换向阀后连接二位三通换向阀从而控制其工作位，另一路连通二位三通换向阀，经二位三通换向阀进出大波纹管。

进一步的，进入大波纹管的灌溉系统水压力最低允许为0.15MPa。

本发明中，采用一个机械式的二位四通换向阀和一个液控式的二位三通换向阀来实现水路的切换，控制灌溉系统水进出大波纹管，大波纹管进水被伸张，弹性体被压缩，大波纹管排水，压力下降，弹性体伸张，大波纹管被压缩。

本发明中，采用弹性体与大波纹管配合作用，这两者都可被伸张和被压缩，大波纹管和弹性体交替重复的伸张和压缩，实现第二支撑板往复运动。

本发明中，第二支撑板的往复运动有如下作用：一方面，带动小波纹管被压缩和伸张，小波纹管压缩时，肥料被压出，小波纹管拉伸时，肥料被吸入，肥料吸入和压出随第二支撑板往复运动而交替进行；另一方面，二位四通换向阀工作位受第二支撑板往复运动而切换，进而控制灌溉系统水进出大波纹管。

本发明中，第二支撑板往复运动，控制了灌溉系统水进出大波纹管，迫使大波纹管伸张或者失去压力，大波纹管伸张迫使弹性体被压缩，弹性体伸张迫使大波纹管被压缩，两者配合作用，反过来又实现了第二支撑板的往复运动。因此，该装置的运动是个循环的连续过程，从而实现了全水动自动化。

本发明中，具有压力的灌溉水是该装置的唯一动力源，无需任何电力，以灌溉水为动力，实现大波纹管伸张和弹性体压缩或者实现弹性体伸张和大波纹管压缩。

本发明中全水动自动控制的增压施肥装置，具有的优点为：

(1)无需任何电力，仅以水压来驱动，实现对肥料增压，无需人工操作；

(2)能适应低压力工作环境，适合我国低压管道输水灌溉的国情；

(3)系统简单，结构上以机械控制为主，组成元件容易获得，具有成本低、可靠性高、寿命长。

附图说明

图1为全水动自动控制增压施肥装置的装配图；

图2为全水动自动控制增压施肥装置中水路控制图；

图3为全水动自动控制增压施肥装置的应用实例图。

在所有附图中，相同的附图标记代表同样的技术特征，其中，第一支撑板1，主弹簧2，小波纹管3，二位四通换向阀4，第二支撑板5，大波纹管6，第三支撑板7，二位三通换向阀8，肥料出口单向阀9，肥料入口单向阀10，灌溉管道水入口阀11，二位四通换向阀的顶杆a、d，二位四通换向阀的推杆b、c，二位四通换向阀4上的四个接口A、B、P、T，二位三通换向阀8上的三个接口P、A、T。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为全水动自动控制增压施肥装置的装配图，图2为全水动自动控制增压施肥装置中水路控制图，如图1和图2中：

第一支撑板1、第二支撑板5和第三支撑板7，三者相互平行，依次排列，第二支撑板5位于第一支撑板1和第三支撑板7之间，第一支撑板1和第三支撑板7通过螺柱和螺母固定不动，第二支撑板5一侧开有通孔，螺柱的光杆部分穿过通孔，第二支撑板5以螺柱光杆部分为导柱往复运动。

主弹簧2位于第一支撑板1和第二支撑板5之间，一端与第二支撑板5表面相接。

大波纹管6位于第二支撑板5和第三支撑板7之间，两端焊接有盖板，两盖板分别与第二支撑板5和第三支撑板7通过螺钉连接，大波纹管6与第二支撑板5连接端封闭，与第三支撑板7连接的盖板上开有通孔，该通孔连接大波纹管6开口端和二位三通换向阀8的A口。

二位三通换向阀8位于第三支撑板7一侧，其P口连接灌溉管道水开关阀11，A口连通大波纹管6盖板上的通孔，T口连通大气，当二位三通换向阀8处于左工作位时，P口和A口连通，管道系统水进入大波纹管6；当二位三通换向阀8处于右工作位时，A口和T口连通，大波纹管6中水排出。

二位四通换向阀4连接二位三通换向阀8，并控制二位三通换向阀8工作位的切换。二位四通换向阀4上P口连通灌溉管道水开关阀11，T口连通大气，A口和B口连通二位三通换向阀8。二位四通换向阀为机械式，包括顶杆a、d和推杆c、d，采用螺钉将顶杆a固定在第一支撑板1上，使其位于第一支撑板1和第二支撑板5间，同样的，采用螺钉将顶杆d固定在第三支撑板7上，使之位于第二支撑板5和第三支撑板7之间，采用螺钉将推杆c、d固定于第二支撑板5两侧。

小波纹管3位于第一支撑板1和第二支撑板5间，一端封闭，一端开口，两端焊接有盖板，两盖板分别采用螺钉固定于第一支撑板1和第二支撑板5上，小波纹管3与第二支撑板5连接端封闭，与第一支撑板1连接的盖板上开有两个通孔，如图1所示，分别为肥料入口和出口，两通孔上集成安装有肥料入口单向阀10和肥料出口单向阀9，肥料入口单向阀10、肥料出口单向阀9均与小波纹管3单向连通。

灌溉管道水开关阀11开启后，灌溉管道水分为两路，一路连通二位四通换向阀4，经其通入二位三通换向阀8，对其工作位进行切换；另一路经二位三通换向阀8通入大波纹管6。

在本实施例中，如图1和图2，大波纹管6管径优选为小波纹管3管径的1.5倍。

工作过程为：

初始位：灌溉管道水开关阀11关闭，动力组件中的大波纹管6中没有灌溉水，第二支撑板5受主弹簧2推动至下极限位置。此时，二位四通换向阀4上的推杆c与第三支撑板7上顶杆d触碰，二位四通换向阀4处于上工作位，二位四通换向阀4的P口和B口连通，二位四通换向阀4的A口与T口连通；

肥料的压出行程：开启灌溉管道水开关阀11，接通灌溉水管道，水分为两路，一路通过处于上工作位的二位四通换向阀4的P口，经二位四通换向阀4的B口，控制二位三通换向阀8处于左位，使二位三通换向阀8的P口与A口连通、二位三通换向阀8的T口封闭。另一路通过处于左位的二位三通换向阀8的P口，经二位三通换向阀8的A口进入大波纹管6内。大波纹管6内的水压产生推力，该推力大于主弹簧2的预压缩力后，推动第二支撑板向上运动，并压缩主弹簧2和小波纹管3。小波纹管3被压缩，其内的肥料通过出口单项阀9被压出。大波纹管6由于灌溉管道水进入而向上伸张，推动第二支撑板5向上运动直至上极限位，肥料压出行程结束；

肥料的吸入行程：第二支撑板5向上运动至上极限位，位于第二支撑板5上的推杆b和第一支撑板上的顶杆a碰触，二位四通换向阀4换至下工作位，二位四通换向阀4的P口与A口相通，二位四通换向阀4的B口与T口相通。灌溉水通过二位四通换向阀4的P口和A口控制二位三通换向阀8处于右工作位。二位三通换向阀8的P口封闭、A口与T口连通。大波纹管6中水经过二位三通换向阀8的A口和T口排空，其内部压力下降，对第二支撑板5的推力下降。第二支撑板5受主弹簧2反推动向下运动。小波纹管3随第二支撑板5向下运动而伸张，使管腔的压力减小，小于肥料压力时通过肥料入口单向阀10吸入肥料。主弹簧2推动第二支撑板5向下运动到下极限位，肥料的吸入行程结束。

第二支撑板5运动至下极限位置时，二位四通换向阀4上的推杆c与第三支撑板7上顶杆d触碰，二位四通换向阀4再次处于上工作位，并控制二位三通换向阀8再次处于左工作位，自动重复肥料的压出行程。一个肥料吸入行程和一个肥料压出行程组成一个工作循环，在工作过程中，前几个工作循环中首先将小波纹管3中空气排出，因而没有肥料排出，当空气排尽后，即有肥料自动排出。

本发明中，大波纹管的管径并不局限于为小波纹管管径1.5倍，当大波纹管直径适当大于小波纹管直径时，一方面，水进入大波纹管后，产生的压力大于小波纹管和主弹簧的压力和，才能使主弹簧被压缩；另一方面，肥料压出过程中，小波纹管腔内压力适当大于灌溉水压力，易于被注入灌溉水中。

本发明中，所述的全水动自动控制的灌溉施肥装置能适应低压力工作环境，适合我国低压管道输水灌溉的国情，灌溉管道水压力低至0.15MPa时，本发明装置能正常工作。

在本发明中，具有压力的灌溉水是其唯一的动力来源。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种全水动自动控制增压施肥装置，可装置在灌溉系统的管路中实现以低压灌溉水为动力进行全自动控制灌溉施肥，其特征在于，包括：

支撑组件，包括依次排列的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，第一支撑板和第三支撑板固定不动，第二支撑板可在第一支撑板和第三支撑板间往复移动；

动力组件，包括弹性体和可伸缩的大波纹管，弹性体和大波纹管分别位于第一与第二支撑板间、第二与第三支撑板间，各有一端与第二支撑板连接，通过控制大波纹管的进水和排水，使管内产生压力的变化，使得大波纹管与弹性体产生压力差，从而带动第二支撑板的往复移动；

施肥组件，包括可伸缩的小波纹管、肥料入口单向阀和肥料出口单向阀，小波纹管位于第一支撑板和第二支撑板间，一端与第二支撑板连接，肥料入口、出口单向阀位于第一支撑板上，所述小波纹管一端随第二支撑板的往复运动而交替被伸张或被压缩，使得其内压力交替减小或增大，从而实现肥料从肥料入口单向阀吸入或从肥料出口单向阀压出。

2.根据权利要求1所述的一种全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，所述大波纹管横截面积大于小波纹管横截面积。

3.根据权利要求1或2所述的一种全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，所述大波纹管的进出水由二位三通换向阀控制，其分别与灌溉管道水入口和动力组件的大波纹管连接，二位三通换向阀受两液路控制而切换工作位，从而控制大波纹管的进水和出水，进而使大波纹管产生压力变化。

4.根据权利要求3所述的一种全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，二位四通换向阀控制所述二位三通换向阀，其包括第一顶杆和第三顶杆，分别固定于第一支撑板和第三支撑板上，还包括第一推杆和第三推杆，固定于第二支撑板的两侧，第二支撑板向第三支撑板方向运动时，第三推杆随之运动，与第三顶杆触碰，二位四通换向阀处于上工作位，实现第一液路连通，第一液路连通时，使二位三通换向阀处于左工作位，灌溉管道水进入大波纹管；第二支撑板向第一支撑板方向运动时，第一推杆随之运动，与第一顶杆触碰，二位四通换向阀处于下工作位，实现第二液路连通，第二液路连通时，使二位三通换向阀处于右工作位，大波纹管中水排出。

5.根据权利要求4所述的全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，动力组件中，所述的弹性体为弹簧。

6.根据权利要求5所述的全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，动力组件中，所述的大波纹管两端均焊接有盖板，其一端通过盖板封闭且与第二支撑板刚性连接，另一端盖板开有通孔且与第三支撑板固定，该通孔连通大波纹管和二位三通换向阀，灌溉管道水通过二位三通换向阀后经该通孔进入大波纹管。

7.根据权利要求6所述的全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，所述施肥组件中，小波纹管两端焊接有盖板，其一端通过盖板封闭且与第二支撑板刚性连接，另一端与开有两个通孔的第一支撑板固定，两通孔分别集成安装肥料入口单向阀和肥料出口单向阀。

8.根据权利要求7所述的全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，支撑组件中，第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板均开有通孔，柱状圆形杆穿过通孔，实现对第一支撑板和第三支撑板的固定、及对第二支撑板往复运动的导柱的作用。

9.根据权利要求8所述的全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，灌溉管道水经灌溉管道水开关阀后分为两路，一路连接二位四通换向阀，经二位四通换向阀后连接二位三通换向阀从而控制其工作位，另一路连通二位三通换向阀，经二位三通换向阀进出大波纹管。

10.根据权利要求9所述的全水动自动控制增压施肥装置，其特征在于，进入大波纹管的灌溉管道水压力最低允许为0.15MPa。