CN104521930B - 一种车载变量喷雾机用自动混药装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载变量喷雾机用自动混药装置，根据设定的混合浓度，通过水泵、计量泵抽取定量清水和农药浓缩液，在混合罐中完成农药浓缩液和清水的充分、均匀混合，并转移到缓冲罐中，为喷雾机提供所需的药液。通过液位传感器实时监测缓冲罐、混合罐中的液位，系统据此信息决定是否需要从混合罐转移药液或再混药，为缓冲罐补充药液，进而提供给喷雾机使用。喷雾机根据车载传感器检测到的目标特征信息，进行多喷、少喷或者不喷的变量喷洒，而此过程中的混合药液浓度始终恒定。本发明实现了对混合药液浓度的精确、智能控制，减少了人员与药剂的接触几率和药剂浪费，加速了车载混药装置的发展与推广。

Description

一种车载变量喷雾机用自动混药装置

技术领域

本发明涉及一种自动混药装置，尤其是涉及一种车载变量喷雾机用自动混药装置，属于植保机械喷施技术领域。

背景技术

我国是一个农业大国，喷雾施药是控制苗圃、果园病虫草害的有效方法，混药装置作为喷雾机的核心部件之一，在喷雾作业中起着重要的作用。目前，国内大多数喷雾混药技术为预混药技术，即农药浓缩液和水在混合箱通过人工搅拌后喷施，然而这种混药技术，操作人员和农药接触几率大，这就会带来人身安全的隐患，且该混药技术控制精度低，存在很大的盲目性，不能灵活、方便控制混合药液的浓度，进而可能会导致农产品农药残留超标、农药浪费和环境污染的问题。药、水独立放置的自动混药技术，作为先进的混药技术，能因地制宜、实时控制混药比例恒定，提高农药有效使用率、减少环境污染和作物农药残留问题，是构建绿色、环保生态环境的主导趋势与要求。

发明内容

为了实现药、水独立放置，精确控制混药的浓度，本发明给出一种车载变量喷雾机用自动混药装置，可根据目标作物的具体病虫草害信息，设置混合药液浓度，并完成药水均匀、充分混合，达到精密、智能混药的农业要求。该种自动混药装置为车载变量喷雾机工作使用，这里所说的车载变量喷雾机是指，利用车载传感器实时检测目标植株，通过算法得出其三维尺寸大小及枝叶密度，喷雾机根据这些信息，针对目标植株不同部分因地制宜进行变流量喷雾施药，即喷洒的混合药液浓度在作业过程中保持恒定，对尺寸和枝叶密度相对较大的部分多喷，反之，则少喷或不喷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：包括农药浓缩液罐、混合室、水箱、液位传感器、混合罐、空心锥形喷嘴、缓冲罐、隔膜泵；所述农药浓缩液罐通过计量泵连接到第一混合室的上端一侧；水箱通过水泵连接到第一混合室的上端口，且所述水泵和第一混合室之间依次设有电磁阀、第一流量计；所述第一混合室的底端连接第一空心锥形喷嘴，该喷嘴伸入到下端的混合罐内；所述混合罐的底端通过电磁阀连接到第二混合室的顶端；第二混合室的底端连接有第二空心锥形喷嘴，该喷嘴伸入到下端的缓冲罐内；所述缓冲罐底端的输出管路连接在隔膜泵的一端，所述隔膜泵的另一端依次设有第二流量计、压力表，并连接到车载变量喷雾机上。

进一步，所述装置中，系统设定农药浓缩液的抽取时间要比稀释所需清水的抽取时间短。这就能保证清水有富余时间对混合室和空心锥形喷嘴进行冲刷、清洗，尽可能减少农药浓缩液的残留，这也为喷雾作业完成后的器件清洗工作带来方便。

进一步，所述计量泵为美国Fluid metering公司生产，型号为STQ 2，其活塞为陶瓷材料所制，其流量分辨率为0.5mL/r。计量泵通过内部的步进电机驱动，其计量功能是通过泵的同步转速及陶瓷活塞在气缸中往复运动实现的，利用其内部的旋转标记传感器来记录旋转脉冲数，实现对转动圈数的测量，即混合所需农药浓缩液量由旋转脉冲数来决定。另外，计量泵控制器引入转速回馈的控制功能，实现对转速的准确控制，进而实现计量泵对农药浓缩液的精确量抽取。

进一步，所述农药浓缩液罐、计量泵、第一混合室之间的管路连接采用波纹特氟龙管作为管路传输介质，其具有工作温度范围广、抗粘性强、优异的电绝缘性、耐老化、耐磨等特性，方便其应用在农业喷雾液路传输介质方面。

进一步，水箱内部装有第一液位传感器，所述混合罐内安装有第二液位传感器、所述缓冲罐内安装有第三液位传感器。所述药剂罐容量，即预先注入的农药浓缩液量已知，根据计量泵的累计抽取量，得出农药浓缩液的剩余量，实现对其实时监控，当其量不足时，及时注入农药浓缩液。第一液位传感器实时检测、监控水箱中的液位，及时补充清水量，防止出现吸空的情况。同样，第二、第三液位传感器实时检测、监控它们其中药液液位，系统控制器据此信息，决定是否需要转移药液或再混药，实现了混药装置的按需混药，为喷雾机的变量喷洒提供必要的前提保证。

进一步，还包括安装于第一混合室与第一流量计之间管路上的止回阀。目的是达到防止药液回流，避免污染水箱中清水的功能。

进一步，所述第一空心锥形喷嘴、第二空心锥形喷嘴为美国Bete Fog Nozzle公司生产，型号为TF48，常用于农业喷雾方面，标定流量为153L/min。混合室出来的混合药液流经该喷嘴，以锥形放射面喷洒出来，通过液体从其中的喷出动能、广范围喷洒角度，完成农药浓缩液和清水的充分、均匀混合。

进一步，所述缓冲罐内部还设有混合搅拌喷嘴，混合搅拌喷嘴从缓冲罐底部侧壁伸出，然后连接压力调节阀的一端口，压力调节阀的另一端口连接在隔膜泵和第二流量计之间，并且同隔膜泵和第二流量计相连通。所述压力调节阀用于调节喷雾输出压力，在混合搅拌喷嘴协作下，实现喷雾药液回流减压，增强了缓冲罐内混合液的对流效果，进而提高其中药液的混合均匀度。

相对于现有技术，本发明的独特处及有益效果如下：

该种自动混药装置，应用对象为车载变量喷雾机。目前大部分的变量喷雾机，通过实时改变混合药液浓度，或者结合喷雾机速度，在控制器作用下，自动调节混合药液浓度，进而完成对目标的变量喷洒。而这里所说的变量喷雾机，它在喷雾工作过程中，根据设定的混合药液浓度，完成农药浓缩液和清水的自动、均匀混合，根据检测到的目标特征信息，进行多喷、少喷或者不喷的变量喷洒，而此喷洒过程中的混合药液浓度却始终保持不变。

该种自动混药装置通过液位传感器实时检测缓冲罐中的液位高度，据此信息及喷雾作业的实际需要，决定是否要从混合罐中转移药液或在其中进一步混药。如若需要再混药，混药系统控制器则控制水泵和计量泵，根据系统设定的混合浓度，抽取定量农药浓缩液、清水，在混合罐完成其的均匀、充分混合，并通过电磁阀和混合室转移到缓冲罐中，为变量喷雾机工作提供保障；反之，则不需要进一步混药。故该种混药装置，能智能监控喷雾过程、按需混药，进而达到节约药剂、减少农药浪费和环境污染的有益效果。

综上，一种车载变量喷雾机用自动混药装置，不仅提高了药液混合的充分性和智能可控性，保障了作业者人身安全，同时对推进生态文明建设、建设绿色环保的现代化农业具有一定重要的意义。

附图说明

图1是本发明的一种车载变量喷雾机用自动混药装置整体结构图。

其中：1-农药浓缩液罐；2-计量泵；3-波纹特氟龙管；4-水箱；5-第一液位传感器；6-抽水水泵；7-电磁阀；8-第一流量计；9-止回阀；10-第一混合室；11-第一空心锥形喷嘴；12-混合罐；13-第二液位传感器；14-电磁阀；15-第二混合室；16-第二空心锥形喷嘴；17-缓冲罐；18-混合搅拌喷嘴；19-第三液位传感器；20-隔膜泵；21-压力调节阀；22-第二流量计；23-压力表。

具体实施方式

如图1中所示，一种车载变量喷雾机用自动混药装置，由存放农药浓缩液的农药浓缩液罐1、精确抽取农药浓缩液的计量泵2、波纹特氟龙管3、存放稀释清水的水箱4、实时检测水箱中清水液位的第一液位传感器5、抽水水泵6、控制清水注入量的电磁阀7、计量清水抽取量的第一流量计8、防止药液回流的止回阀9、实现农药浓缩液和清水初混合的第一混合室10、实现药液喷洒混合的第一空心锥形喷嘴11、存放混合药液的混合罐12、实时检测混合罐液位的第二液位传感器13、控制混合罐液体转移量的电磁阀14、实现混合药液再混合的第二混合室15、实现药液喷洒混合的第二空心锥形喷嘴16、提供车载变量喷雾机工作所需药液的缓冲罐17、混合搅拌喷嘴18、实时检测缓冲罐液位的第三液位传感器19、为车载变量喷雾机抽取喷洒药液并为喷雾机提供喷雾动力的隔膜泵20、实现喷雾压力调节的压力调节阀21、显示喷雾药液输出总量的第二流量计22、显示喷雾压力的压力表23组成。

农药浓缩液罐1通过计量泵2连接到第一混合室10，其管路连接是以波纹特氟龙管3为传输介质；水箱4通过水泵6、电磁阀7、第一流量计8、止回阀9连接到第一混合室10，水箱4中装有第一液位传感器5；第一混合室10外连一个第一空心锥形喷嘴11，该喷嘴伸入下端的混合罐12；混合罐12中装有第二液位传感器13；混合罐12通过下端的电磁阀14连接到第二混合室15；第二混合室15下端连接有第二空心锥形喷嘴16，该喷嘴伸入下端的缓冲罐17；缓冲罐17中装有第三液位传感器19；缓冲罐输出管路上依次设置有隔膜泵20、压力调节阀21、第二流量计22、压力表23连接到车载变量喷雾机；压力调节阀21通过管路连接到缓冲罐中混合搅拌喷嘴18。

系统选定的计量泵2根据系统设定的混合浓度和混合清水量(本装置以10L清水作为稀释清水)，计算并抽取混合所需的农药浓缩液注入混合罐12中。其中计量泵2的计量功能通过泵的同步转速及陶瓷活塞在气缸中往复运动实现的，具体是通过泵内部的旋转标记传感器来记录旋转脉冲数，实现对转动圈数的测量，即混合所需农药浓缩液量由旋转脉冲数来决定，实现对农药浓缩液的精确抽取。相比传统的开关水阀门，该计量泵能解决阻塞、液体泄露、降低出错率的发生。计量泵通过内部的步进电机来驱动，当转速变化时，一个工作周期时间里向外排出液体量也随之对应改变，混合系统选定的泵标定量为每转输出0.5mL液体。

系统中选定的水泵6标定流量为25L/min，用来向混药装置中注入混合所需清水，注入的清水量则由第一流量计8来计量，在此基础上结合一个控制器控制的电磁阀7，便可精确控制系统的注入水量。第一流量计8和第一混合室10之间加入一个止回阀9，防止药液回流，污染水箱中的清水。

注意到，水箱中装有第一液位传感器5，实时检测、监控水箱液位高度，及时补充清水量，防止出现清水吸空的情况，确保混药装置所需清水的正常、持续供给。药剂罐容量，即预先注入的农药浓缩液量已知，根据计量泵的累计抽取量，得出农药浓缩液的剩余量，实现对其实时监控，当其量不足时，及时注入农药浓缩液，确保混药装置所需农药浓缩液的正常、持续供给。

本发明的一种车载变量喷雾机用自动混药装置工作过程如下：混药系统的药水混合通过嵌入式微控制器控制的电子单元实现，该电子单元集成有混药系统控制器、计量泵控制器、水泵驱动模块。自动混药装置开始工作前，农药浓缩液罐1、水箱4中注满混合所需的农药浓缩液和清水。首先，向嵌入式微控制器输入混合药液浓度信息，嵌入式微控制器根据输入的混合药液浓度信息，以10L清水为稀释剂，计算所需的农药浓缩液量。计算得出的农药浓缩液量进一步转化为计量泵的旋转圈数信息，即对应的旋转脉冲个数信息，并将此信息发送给混药系统控制器。混药系统控制器接收到指令后，将此信息传输给计量泵控制器，计量泵2在计量泵控制器作用下随之被激活，开始抽取所需混药的农药浓缩液。与此同时，水泵6在混药系统控制器及水泵驱动作用下开始工作，从水箱4中吸取稀释所需的10L清水水液。计量泵的旋转圈数决定农药浓缩液的吸取量，混药系统注入的清水量则由第一流量计8进行监控计量。通过对计量泵转速的控制，实现对农药浓缩液抽取时间的控制，系统便可设定农药浓缩液抽取时间短于水泵对清水的抽取时间，这就能保证清水有富余时间对第一混合室10和第一空心锥形喷嘴11进行冲刷、清洗，尽可能减少农药浓缩液的残留，这也为喷雾作业完成后的器件清洗工作带来方便。

抽取的农药浓缩液和清水先在第一混合室10进行混合，之后通过第一空心锥形喷嘴11通过锥形放射面喷洒转移到混合罐中，通过液体的喷出动能、广范围喷洒角度，完成混合液的充分均匀混合。通过第一流量计8实时计量、监控系统的注入水量，农药浓缩液注入量则通过混药系统中预先编写的计量泵控制程序进行精确控制，当注入预计量的清水、农药浓缩液，即流量计显示为10L、计量泵旋转圈数为设定圈数时，计量泵2、电磁阀7、水泵6随之在系统控制器作用下相应关断。

由图1可知，缓冲罐17中装有第三液位传感器19，实时检测其中的液位，保证有足够量的混合药液，提供给变量喷雾机工作。当第三液位传感器19检测到缓冲罐17里的混合药液的液位值低于其设定平衡液位值时，混药系统控制器控制电磁阀14动作，使之处于开通状态，混合罐中的混合药液随之通过第二混合室15，流经第二空心锥形喷嘴16，通过广范围角度的喷洒方式，完成农药浓缩液和清水的二次均匀混合，这就很好地保证了其混合的均匀性和充分性。反之，如若第三液位传感器19检测到缓冲罐中有足够混合药液，混药系统控制器便控制电磁阀14动作，使之处于关闭状态。

同时，注意到，混合罐12中也安装有第二液位传感器13，用来实时监测其液位。根据第三液位传感器19检测到的缓冲罐17的液位值信息，判定是否要从混合罐12向缓冲罐17注入混合药液，即缓冲罐17中液位低于设定平衡液位值时，则需要向其注入混合药液；反之，则不需要。

如若此时，第二液位传感器13检测到混合罐12里的药水混合液位为最低值，即抽空状态，且需要从混合罐12向缓冲罐17注入混合药液，混药系统控制器据此些信息，控制电磁阀14动作，使之处于关闭状态，且混药系统控制器根据输入的混合浓度、10L的注入水量信息，控制水泵6和计量泵2动作，抽取农药浓缩液和清水，并通过后续的系列流程，完成农药浓缩液和清水的充分、均匀混合，并通过电磁阀14、第二混合室15注入缓冲罐17中。

喷雾作业过程中将重复上述控制动作，保证混药装置的正常、持续工作，直至完成喷雾作业。

缓冲罐17中充分、均匀混合的混合药液，通过隔膜泵20的抽取，为车载变量喷雾机提供喷雾作业所需的药液，并为喷雾机提供喷雾动力。隔膜泵20的输出位置连接有一个压力调节阀21和第二流量计22和压力表23。通过压力表23来实时检测喷雾压力，当此压力值过大时，通过压力调节阀21和缓冲罐17中的混合搅拌喷嘴18组成的支路系统，实现对喷雾输出药液的回流调压作用。混合搅拌喷嘴18出来的药液再次进入缓冲罐17，通过喷洒动能，增强了其中的对流效果，实现缓冲罐17中液体进一步的混合、搅拌。隔膜泵20输出管路上的第二流量计22用来计量喷雾作业过程中喷施的总药液量，便于操作人员实时观察、监控喷雾作业情况。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：包括农药浓缩液罐(1)、混合室、水箱(4)、液位传感器、混合罐(12)、空心锥形喷嘴、缓冲罐(17)、隔膜泵(20)；

所述农药浓缩液罐(1)通过计量泵(2)连接到第一混合室(10)的上端一侧；水箱(4)通过水泵(6)连接到第一混合室(10)的上端口，且所述水泵(6)和第一混合室(10)之间依次设有电磁阀(7)、第一流量计(8)；所述第一混合室(10)的底端连接第一空心锥形喷嘴(11)，该喷嘴伸入到下端的混合罐(12)内；

所述混合罐(12)的底端通过电磁阀(14)连接到第二混合室(15)的顶端；第二混合室(15)的底端连接有第二空心锥形喷嘴(16)，该喷嘴伸入到下端的缓冲罐(17)内；所述缓冲罐(17)底端的输出管路连接在隔膜泵(20)的一端，所述隔膜泵(20)的另一端依次设有第二流量计(22)、压力表(23)，并连接到车载变量喷雾机上；

所述缓冲罐(17)内部还设有混合搅拌喷嘴(18)，混合搅拌喷嘴(18)从缓冲罐(17)底部侧壁伸出，然后连接压力调节阀(21)的一端口，所述压力调节阀(21)的另一端口连接在隔膜泵(20)和第二流量计(22)之间，并且同隔膜泵(20)和第二流量计(22)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：所述装置中，系统设定农药浓缩液的抽取时间要比稀释所需清水的抽取时间短。

3.根据权利要求1所述的一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：所述计量泵(2)为美国Fluid metering公司生产，型号为STQ 2。

4.根据权利要求1所述的一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：所述农药浓缩液罐(1)、计量泵(2)、第一混合室(10)之间的管路连接采用波纹特氟龙管(3)作为管路传输介质。

5.根据权利要求1所述的一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：所述水箱(4)内部装有第一液位传感器(5)，所述混合罐(12)内安装有第二液位传感器(13)、所述缓冲罐(17)内安装有第三液位传感器(19)。

6.根据权利要求1所述的一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：还包括安装于第一混合室(10)与第一流量计(8)之间管路上的止回阀(9)。

7.根据权利要求1所述的一种车载变量喷雾机用自动混药装置，其特征在于：所述第一空心锥形喷嘴(11)、第二空心锥形喷嘴(16)为美国Bete Fog Nozzle公司生产，型号为TF48，标定流量为153L/min。