CN104145923B - 一种喷药机喷头堵塞故障排除系统与方法 - Google Patents
一种喷药机喷头堵塞故障排除系统与方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种喷药机喷头堵塞故障排除系统与方法属农业机械技术领域，喷头堵塞故障排除系统包括主控制系统、报警系统、显示模块、电源模块，还包括安装在喷药分支管路上的喷头堵塞监测传感器组和管路压力传感器、安装在药箱上的药箱液位传感器、喷药机水泵、水泵电机、电磁阀及喷头；本发明还提供了喷药机喷头堵塞故障排除方法。本发明可根据液位传感器、管路压力传感器、喷头堵塞监测传感器组的输出信号实时监测喷药机当前的工作状态，某一分支管路喷头发生堵塞时会及时启动备用小支路电磁阀，实现补喷，若发生药箱液位低、水泵电机转速低等故障时，主控制系统会精确判断喷药机的故障类型和故障管路的分支位置，从而为快速、便捷的排除故障提供前提条件。
Description
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种具有喷头堵塞故障排除功能的喷药机和故障排除方法。
背景技术
目前，国内外对于喷药技术和喷药器械的研究，如：多功能喷药机(专利号：ZL201010218611.5)解决现有喷药机的底盘高矮不能调整问题，基于处方图控制的智能变量喷药机(专利号：ZL200910211739.6)可以利用实现采集的草分布信息实现变量喷药。现有的喷药技术与喷药机研究重点主要集中在喷药机适用范围、杂草识别准确度和提高农药利用率等方面，对喷药机喷头堵塞故障排除方法的研究未见报道。
喷药机主要工作在复杂的农田环境中，药箱落入杂质或药液中混杂的杂质可能堵塞喷头，从而导致漏喷，造成作业区域大面积漏喷现象。由于药液的挥发性以及药箱安装位置的关系，漏喷状况很难被驾驶员及时发现，并且施药区域和未施药区域不易区分，从而导致病、虫、草害的二度泛滥。若在未准确判断漏喷区域的情况下，用重复喷药方式避免漏喷，不仅浪费人力、物力，更造成环境的二次污染。因此，及时监测喷药机是否发生堵塞、漏喷，针对喷头堵塞故障进行排除，可以为绿色可持续农业的实施提供可靠的技术保障。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够对喷药机喷头堵塞部位进行故障排除的系统和方法。
一种喷药机喷头堵塞故障排除系统，由主控制系统A、电源模块a、显示模块b、报警系统c、药箱系统B、药液喷洒前部系统C、药液喷洒后部系统D、回水管1、三通管Ⅰ2、供水管3组成，其中显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部系统C的水泵电机13、管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅰ24、喷头堵塞监测传感器Ⅱ21、药液喷洒后部系统D的电磁阀Ⅰ25、电磁阀Ⅱ27、电磁阀Ⅲ29、电磁阀Ⅳ31均由主控制系统A控制。
主控制系统A、显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部系统C的管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅰ24、喷头堵塞监测传感器Ⅱ21、药液喷洒后部系统D的电磁阀Ⅰ25、电磁阀Ⅱ27、电磁阀Ⅲ29、电磁阀Ⅳ31均由电源模块a供电。
药液喷洒前部系统C的三通总管Ⅱ16出口经回水管1与药箱系统B的药箱回水口8连接；
药液喷洒前部系统C的水泵入口11经供水管3与药箱系统B的药箱出水口9连接；
药液喷洒前部系统C的三通支管Ⅱ18经三通管Ⅰ2的三通管Ⅰ上支管34与药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅰ24连接；
药液喷洒前部系统C的三通支管Ⅱ18经三通管Ⅰ2的三通管Ⅰ下支管35与药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅱ21连接。
所述的药箱系统B由药箱4、液位传感器5、屏蔽线6、药箱盖7、药箱回水口8、药箱出水口9和液位计10组成，其中药箱盖7固接于药箱4顶部中央，液位传感器5与液位计10顶端固接，液位计10下部插于药箱4中，液位传感器5上设有屏蔽线6，药箱回水口8位于药箱盖7一边，药箱出水口9位于药箱4右侧下部。
所述的药液喷洒前部系统C由水泵入口11、水泵12、水泵电机13、水泵出口14、管路压力传感器15、三通总管Ⅱ16、溢流阀17、三通支管Ⅱ18、三通支管Ⅰ19和三通总管Ⅰ20组成，其中水泵电机13输出轴与水泵12输入轴固接，水泵出口14经三通支管Ⅰ19与三通支管Ⅱ18连通，三通总管Ⅰ20与三通支管Ⅰ19连通，三通总管Ⅰ20出口处固接管路压力传感器15，三通总管Ⅱ16与三通支管Ⅱ18连通，溢流阀17串接于三通总管Ⅱ16中部。
所述的药液喷洒后部系统D由塞监测传感器Ⅱ21、三通管Ⅲ22、三通管Ⅱ23、喷头堵塞监测传感器Ⅰ24、电磁阀Ⅰ25、喷头Ⅰ26、电磁阀Ⅱ27、喷头Ⅱ28、电磁阀Ⅲ29、喷头Ⅲ30、电磁阀Ⅳ31和喷头Ⅳ32组成，其中喷头堵塞监测传感器Ⅰ24固接于三通管Ⅰ上支管34与三通管Ⅱ总管36之间；喷头堵塞监测传感器Ⅱ21固接于三通管Ⅰ下支管35与三通管Ⅲ总管39之间。
电磁阀Ⅰ25固接于三通管Ⅱ上支管37与喷头Ⅰ26之间；电磁阀Ⅱ27固接于三通管Ⅱ下支管38与喷头Ⅱ28之间；电磁阀Ⅲ29固接于三通管Ⅲ上支管40与喷头Ⅲ30之间；电磁阀Ⅳ31固接于三通管Ⅲ下支管41与喷头Ⅳ32之间。
所述的主控制系统能够实时接收和监测上述传感器输出的电平信号，当监测参数超出预先所设定的值时，主控制系统会控制报警系统报警。
所述的报警系统为声光报警，当接收到主控制系统的信号时，会发出红光和警报声，此时可知喷药机上出现故障；补喷完成后，会发出绿光和警报声，提示补喷完成。
一种喷药机喷头堵塞故障排除方法，包括下列步骤：
1.主控制系统A对喷头流量进行监控
1.1由主控制系统A通过喷头堵塞监测传感器实时监测喷头流量；
1.2与设定流量比较，判断其流量是否满足喷药要求；
1.3当流量不满足喷药要求时，即通过报警系统c发出报警信号，提示喷头可能发生堵塞、水泵转速过低或者药箱液位过低中的某一类型故障；
2.主控制系统A对药箱的液位进行监控
2.1主控制系统A通过液位传感器5实时监测药箱的液位情况；
2.2通过管路压力传感器15实时监测喷药分支管路压力；
2.3若液位为安全液位、且喷药压力大于安全压力时，则存在喷头堵塞的情况；
3.主控制系统A对喷头流量进行调整
3.1由主控制系统A分析支路喷头堵塞监测传感器Ⅰ24和喷头堵塞监测传感器Ⅱ21的流量值；
3.2流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路；
3.3主控制系统A控制关闭原有小支路电磁阀Ⅰ25或电磁阀Ⅲ29；
3.4启动备用小支路电磁阀Ⅱ27或电磁阀Ⅳ31工作，进行补喷；
3.5通过报警系统c发出报警信号和补喷完成信号。
本发明能达到的效果是：可以根据液位传感器、管路压力传感器、喷头堵塞监测传感器组(包括与分支管路数量相同的喷头堵塞监测传感器)的输出信号实时监测喷药机当前的工作状态；当主控系统监测到上述某一分支管路喷头发生堵塞时，会及时启动备用小支路电磁阀，实现补喷；若发生药箱液位低、水泵电机转速低等故障时，主控系统会精确判断喷药机的故障类型和故障管路的分支位置，从而为快速、便捷的排除故障提供前提条件。
附图说明
图1为喷药机喷头堵塞故障排除系统结构示意图
图2为药箱系统结构示意图
图3为药液喷洒前部系统结构示意图
图4为药液喷洒后部系统结构示意图
图5为三通管Ⅰ结构示意图
图6为三通管Ⅱ结构示意图
图7为三通管Ⅲ结构示意图
图8为实施步骤框图
其中：A.主控制系统B.药箱系统C.药液喷洒前部系统D.药液喷洒后部系统a.电源模块b.显示模块c.报警系统1.回水管2.三通管Ⅰ3.供水管4.药箱5.液位传感器6.屏蔽线7.药箱盖8.药箱回水口9.药箱出水口10.液位计11.水泵入口12.水泵13.水泵电机14.水泵出口15.管路压力传感器16.三通总管Ⅱ17.溢流阀18.三通支管Ⅱ19.三通支管Ⅰ20.三通总管Ⅰ21.喷头堵塞监测传感器Ⅱ22.三通管Ⅲ23.三通管Ⅱ24.喷头堵塞监测传感器Ⅰ25.电磁阀Ⅰ26.喷头Ⅰ27.电磁阀Ⅱ28.喷头Ⅱ29.电磁阀Ⅲ30.喷头Ⅲ31.电磁阀Ⅳ32.喷头Ⅳ33.三通管Ⅰ总管34.三通管Ⅰ上支管35.三通管Ⅰ下支管36.三通管Ⅱ总管37.三通管Ⅱ上支管38.三通管Ⅱ下支管39.三通管Ⅲ总管40.三通管Ⅲ上支管41.三通管Ⅲ下支管
具体实施方式
为了能够更加全面的理解本发明，下面将结合附图对本发明的系统和方法做进一步的解释和说明。
如图1所示，一种具有喷头堵塞故障排除功能的喷药机，包括主控制系统A、电源模块a、显示模块b、报警系统c、药箱系统B、药液喷洒前部系统C、药液喷洒后部系统D、回水管1、三通管Ⅰ2、供水管3组成，显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部系统C的水泵电机13、管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅰ24、喷头堵塞监测传感器Ⅱ21、药液喷洒后部系统D的电磁阀Ⅰ25、电磁阀Ⅱ27、电磁阀Ⅲ29、电磁阀Ⅳ31均由主控制系统A控制。
主控制系统A、显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部系统C的管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅰ24、喷头堵塞监测传感器Ⅱ21、药液喷洒后部系统D的电磁阀Ⅰ25、电磁阀Ⅱ27、电磁阀Ⅲ29、电磁阀Ⅳ31均由电源模块a供电；所述电源为拖拉机+12V蓄电池所供直流电源，通过电源模块a分别输出+5V和+24V直流电；+12V直流电源用于为主控制系统A、喷药机水泵电机13、管路压力传感器15以及报警系统c供电，+5V直流电源用于为霍尔流量传感器和光电编码器供电，+24V直流电源用于液位传感器5供电。
如图3所示，药液喷洒前部系统C的药箱回水口8连接；三通总管Ⅱ16上置有溢流阀17。
药液喷洒前部系统C的水泵入口11经供水管3与药箱系统B的药箱出水口9连接；
药液喷洒前部系统C的三通支管Ⅱ18经三通管Ⅰ2的三通管Ⅰ上支管34与药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅰ24连接；
药液喷洒前部系统C的三通支管Ⅱ18经三通管Ⅰ2的三通管Ⅰ下支管35与药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器Ⅱ21连接。
如图2所示，药箱系统B由药箱4、液位传感器5、屏蔽线6、药箱盖7、药箱回水口8、药箱出水口9和液位计10组成，其中药箱盖7固接于药箱4顶部中央，液位传感器5与液位计10顶端固接，液位计10下部插于药箱4中，液位传感器5上设有屏蔽线6，药箱回水口8位于药箱盖7一边，药箱出水口9位于药箱4右侧下部。
如图3所示，药液喷洒前部系统C由水泵入口11、水泵12、水泵电机13、水泵出口14、管路压力传感器15、三通总管Ⅱ16、溢流阀17、三通支管Ⅱ18、三通支管Ⅰ19和三通总管Ⅰ20组成，其中水泵电机13输出轴与水泵12输入轴固接，水泵出口14经三通支管Ⅰ19与三通支管Ⅱ18连通，三通总管Ⅰ20与三通支管Ⅰ19连通，三通总管Ⅰ20出口处固接管路压力传感器15，三通总管Ⅱ16与三通支管Ⅱ18连通，溢流阀17串接于三通总管Ⅱ16中部。
如图4、图5、图6和图7所示，所述的药液喷洒后部系统D由塞监测传感器Ⅱ21、三通管Ⅲ22、三通管Ⅱ23、喷头堵塞监测传感器Ⅰ24、电磁阀Ⅰ25、喷头Ⅰ26、电磁阀Ⅱ27、喷头Ⅱ28、电磁阀Ⅲ29、喷头Ⅲ30、电磁阀Ⅳ31和喷头Ⅳ32组成，其中喷头堵塞监测传感器Ⅰ24固接于三通管Ⅰ上支管34与三通管Ⅱ总管36之间；喷头堵塞监测传感器Ⅱ21固接于三通管Ⅰ下支管35与三通管Ⅲ总管39之间。
电磁阀Ⅰ25固接于三通管Ⅱ上支管37与喷头Ⅰ26之间；电磁阀Ⅱ27固接于三通管Ⅱ下支管38与喷头Ⅱ28之间；电磁阀Ⅲ29固接于三通管Ⅲ上支管40与喷头Ⅲ30之间；电磁阀Ⅳ31固接于三通管Ⅲ下支管41与喷头Ⅳ32之间。
所述的液位传感器5优选投入式水位传感器，管路压力传感器15优选应变式压力传感器，喷头堵塞监测传感器组(包括喷头堵塞监测传感器Ⅱ21、喷头堵塞监测传感器Ⅰ24)优选霍尔流量传感器。并且上述传感器均通过屏蔽导线6与主控制系统A连接，从而主控制系统A能够实时接收和监测上述传感器输出电平信号的变化。所述喷药机水泵电机13用于为喷药机水泵提供动力。
中小型喷药机上一般安装有2个以上的喷头，在本发明的实施例中喷药机安装有2组喷头(如图4所示)，第1组喷头包括喷头Ⅰ26、喷头Ⅱ28，第2组喷头包括喷头Ⅲ30、喷头Ⅳ32，两组喷头通过管路并排安装，在主控制系统A内有相对应的编号喷头组1和喷头组2，以便利于通过主控制系统A，对每组喷头以及每组喷头上的喷头堵塞监测传感器进行定位和标识。
液位传感器5安装在药箱4上；管路压力传感器15通过三通总管Ⅰ20并联在管路上，用于监测主回路压力；喷头堵塞监测传感器组由分支管路喷头堵塞监测传感器Ⅱ21和喷头堵塞监测传感器Ⅰ24组成，分别串联在对应三通管Ⅰ下支管35和.三通管Ⅰ上支管34的分支管路中，用于监测各回路中的药液流量。主控制系统A通过液位传感器5实时监测药箱4的液位情况、通过管路压力传感器15实时监测喷药分支管路压力，若液位为安全液位、且压力不小于喷药安全压力时，则存在喷头堵塞情况。由主控制系统A分析分支管路喷头堵塞监测传感器Ⅱ21和喷头堵塞监测传感器Ⅰ24的流量值，流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路，主控制系统A关闭原有小支路电磁阀Ⅰ25或电磁阀Ⅲ29，启动备用小支路电磁阀Ⅱ27或电磁阀Ⅳ31工作、实现补喷，并通过报警系统c发出报警信号、排除喷头堵塞故障并实现补喷。
如图8所示，利用本发明的喷药机喷头堵塞故障排除方法，包括如下具体步骤：
喷药作业前通过试验，获取喷头堵塞监测传感器组包括2个喷头堵塞监测传感器21、24的最小安全流量Nmin和最大安全流量Nmax，本实施例中最小安全流量设定为1.5m3/h，最大安全流量设定为2m3/h。
1.主控制系统A对喷头流量进行监控
1.1由主控制系统A通过喷头堵塞监测传感器实时监测喷头流量；
1.2与设定流量比较，判断其流量是否满足喷药要求；
1.3当流量不满足喷药要求时，即通过报警系统c发出报警信号，提示喷头可能发生堵塞、水泵转速过低或者药箱液位过低中的某一类型故障；
2.主控制系统A对药箱的液位进行监控
2.1主控制系统A通过液位传感器5实时监测药箱的液位情况；
2.2通过管路压力传感器15实时监测喷药分支管路压力；
2.3若液位为安全液位、且喷药压力大于安全压力时，则存在喷头堵塞的情况；
3.主控制系统A对喷头流量进行调整
3.1由主控制系统A分析支路喷头堵塞监测传感器Ⅰ24和喷头堵塞监测传感器Ⅱ21的流量值；
3.2流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路；
3.3主控制系统A控制关闭原有小支路电磁阀Ⅰ25或电磁阀Ⅲ29；
3.4启动备用小支路电磁阀Ⅱ27或电磁阀Ⅳ31工作，进行补喷；
3.5通过报警系统c发出报警信号和补喷完成信号。
Claims (5)
1.一种喷药机喷头堵塞故障排除系统，由主控制系统(A)、电源模块(a)、显示模块(b)、报警系统(c)、药箱系统(B)、药液喷洒前部系统(C)、药液喷洒后部系统(D)、回水管(1)、三通管Ⅰ(2)、供水管(3)组成，其特征在于显示模块(b)、报警系统(c)、药箱系统(B)的液位传感器(5)、药液喷洒前部系统(C)的水泵电机(13)、管路压力传感器(15)、药液喷洒后部系统(D)的喷头堵塞监测传感器Ⅰ(24)、喷头堵塞监测传感器Ⅱ(21)、药液喷洒后部系统(D)的电磁阀Ⅰ(25)、电磁阀Ⅱ(27)、电磁阀Ⅲ(29)、电磁阀Ⅳ(31)均由主控制系统(A)控制；主控制系统(A)、显示模块(b)、报警系统(c)、药箱系统(B)的液位传感器(5)、药液喷洒前部系统(C)的管路压力传感器(15)、药液喷洒后部系统(D)的喷头堵塞监测传感器Ⅰ(24)、喷头堵塞监测传感器Ⅱ(21)、药液喷洒后部系统(D)的电磁阀Ⅰ(25)、电磁阀Ⅱ(27)、电磁阀Ⅲ(29)、电磁阀Ⅳ(31)均由电源模块(a)供电；药液喷洒前部系统(C)的三通总管Ⅱ(16)出口经回水管(1)与药箱系统(B)的药箱回水口(8)连接；药液喷洒前部系统(C)的水泵入口(11)经供水管(3)与药箱系统(B)的药箱出水口(9)连接；药液喷洒前部系统(C)的三通支管Ⅱ(18)经三通管Ⅰ(2)的三通管Ⅰ上支管(34)与药液喷洒后部系统(D)的喷头堵塞监测传感器Ⅰ(24)连接；药液喷洒前部系统(C)的三通支管Ⅱ(18)经三通管Ⅰ(2)的三通管Ⅰ下支管(35)与药液喷洒后部系统(D)的喷头堵塞监测传感器Ⅱ(21)连接。
2.按权利要求1所述的喷药机喷头堵塞故障排除系统，其特征在于所述的药箱系统(B)由药箱(4)、液位传感器(5)、屏蔽线(6)、药箱盖(7)、药箱回水口(8)、药箱出水口(9)和液位计(10)组成，其中药箱盖(7)固接于药箱(4)顶部中央，液位传感器(5)与液位计(10)顶端固接，液位计(10)下部插于药箱(4)中，液位传感器(5)上设有屏蔽线(6)，药箱回水口(8)位于药箱盖(7)一边，药箱出水口(9)位于药箱(4)右侧下部。
3.按权利要求1所述的喷药机喷头堵塞故障排除系统，其特征在于所述的药液喷洒前部系统(C)由水泵入口(11)、水泵(12)、水泵电机(13)、水泵出口(14)、管路压力传感器(15)、三通总管Ⅱ(16)、溢流阀(17)、三通支管Ⅱ(18)、三通支管Ⅰ(19)和三通总管Ⅰ(20)组成，其中水泵电机(13)输出轴与水泵(12)输入轴固接，水泵出口(14)经三通支管Ⅰ(19)与三通支管Ⅱ(18)连通，三通总管Ⅰ(20)与三通支管Ⅰ(19)连通，三通总管Ⅰ(20)出口处固接管路压力传感器(15)，三通总管Ⅱ(16)与三通支管Ⅱ(18)连通，溢流阀(17)串接于三通总管Ⅱ(16)中部。
4.按权利要求1所述的喷药机喷头堵塞故障排除系统，其特征在于所述的药液喷洒后部系统(D)由喷头堵塞监测传感器Ⅱ(21)、三通管Ⅲ(22)、三通管Ⅱ(23)、喷头堵塞监测传感器Ⅰ(24)、电磁阀Ⅰ(25)、喷头Ⅰ(26)、电磁阀Ⅱ(27)、喷头Ⅱ(28)、电磁阀Ⅲ(29)、喷头Ⅲ(30)、电磁阀Ⅳ(31)和喷头Ⅳ(32)组成，其中喷头堵塞监测传感器Ⅰ(24)固接于三通管Ⅰ上支管(34)与三通管Ⅱ总管(36)之间；喷头堵塞监测传感器Ⅱ(21)固接于三通管Ⅰ下支管(35)与三通管Ⅲ总管(39)之间；电磁阀Ⅰ(25)固接于三通管Ⅱ上支管(37)与喷头Ⅰ(26)之间；电磁阀Ⅱ(27)固接于三通管Ⅱ下支管(38)与喷头Ⅱ(28)之间；电磁阀Ⅲ(29)固接于三通管Ⅲ上支管(40)与喷头Ⅲ(30)之间；电磁阀Ⅳ(31)固接于三通管Ⅲ下支管(41)与喷头Ⅳ(32)之间。
5.一种喷药机喷头堵塞故障排除方法，其特征在于包括下列步骤：
5.1主控制系统(A)对喷头流量进行监控
5.1.1由主控制系统(A)通过喷头堵塞监测传感器实时监测喷头流量；
5.1.2与设定流量比较，判断其流量是否满足喷药要求；
5.1.3当流量不满足喷药要求时，即通过报警系统(c)发出报警信号，提示喷头可能发生堵塞、水泵转速过低或者药箱液位过低中的某一类型故障；
5.2主控制系统(A)对药箱的液位进行监控
5.2.1主控制系统(A)通过液位传感器(5)实时监测药箱的液位情况；
5.2.2通过管路压力传感器(15)实时监测喷药分支管路压力；
5.2.3若液位为安全液位、且喷药压力大于安全压力时，则存在喷头堵塞的情况；
5.3主控制系统(A)对喷头流量进行调整
5.3.1由主控制系统(A)分析支路喷头堵塞监测传感器Ⅰ(24)和喷头堵塞监测传感器Ⅱ(21)的流量值；
5.3.2流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路；
5.3.3主控制系统(A)控制关闭原有小支路电磁阀Ⅰ(25)或电磁阀Ⅲ(29)；
5.3.4启动备用小支路电磁阀Ⅱ(27)或电磁阀Ⅳ(31)工作，进行补喷；
5.3.5通过报警系统(c)发出报警信号和补喷完成信号。
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