CN105775137B - 一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，旨在解决在植保装备作业后期产生的药体下沉、浓度不均以及浓度监控困难问题。包括液体箱、电机、电磁离合器、混药叶片、搅拌转速传感器、多个药液浓度传感器、液位传感器以及监控终端，电机与电磁离合器上部固连，电磁离合器固定在液体箱顶部，混药叶片与电磁离合器下部键连接且混药叶片安装在液体箱内，搅拌转速传感器安装在混药叶片上，多个药液浓度传感器和液位传感器放置于液体箱内，监控终端设置在液体箱外部，监控终端通过屏蔽线分别与电机、电磁离合器、搅拌转速传感器、多个药液浓度传感器、液位传感器相连。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种植保药箱，具体涉及一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱。
背景技术
在植保药箱方面，由于农业的特殊性，药液混合需进行充分混合，而由于药液多为悬浊液，在植保机具作业过程中会出现药体下沉、浓度不均等现象，因此，设计一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱实有必要。
业界在植保机具用药箱的领域却多在药箱形态方面有所创新，而植保装备药箱的浓度监测与自动混药研究较少。
国内植保机具药箱领域研究多关注于液体箱晃动防止等方面：专利“一种植保无人机的防荡玻纤药箱”(专利号：ZL 201520511038.5)，通过设置液面防荡板来达到防晃目的；专利“农用植保无人机防震荡药箱”(专利号：ZL 201520501942.8)，通过划分多个小的腔室来实现液体防晃目的。然而这些专利却没有关注如何利用液体惯性，并进一步应用的问题。
发明内容
本发明主要提供一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱。旨在解决在植保装备作业后期产生的药体下沉、浓度不均以及浓度监控困难问题。
本发明的目的是通过以下方案实现的，结合附图：
一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，包括混药装置、液体箱、药液浓度监控模块；所述混药装置包括电机1、电磁离合器2以及混药叶片，电机1与电磁离合器2上部固连，电磁离合器2固定在液体箱顶部，混药叶片与电磁离合器2下部键连接且混药叶片安装在液体箱内；所述药液浓度监控模块包括搅拌转速传感器3、多个药液浓度传感器7、液位传感器71以及监控终端，搅拌转速传感器3安装在混药叶片上，多个药液浓度传感器7和液位传感器71放置于液体箱内，监控终端设置在液体箱外部，监控终端通过屏蔽线分别与电机1、电磁离合器2、搅拌转速传感器3、多个药液浓度传感器7、液位传感器71相连。
进一步地，所述混药叶片包括主动旋转水轮5、反向装置6以及被动反向旋转水轮8；主动旋转水轮5的中心轴上部与所述电磁离合器2下部键连接，所述搅拌转速传感器3套于主动旋转水轮5的中心轴上，主动旋转水轮5的中心轴下部与反向装置6键连接，被动反向旋转水轮8与反向装置6螺栓连接，被动反向旋转水轮8主轴底部与液体箱底部通过轴承连接。
进一步地，所述主动旋转水轮5包括中心轴及多个周向均布的叶片，多个叶片通过连接杆与中心轴固定连接，叶片为仿鱼形叶片，其外缘拟合曲线为分段二次函数：
y＝-0.0036*x^2+0.6873*x-10.1176(0<＝x<＝100)；
y＝-0.0002*x^2-0.0636*x+30.9805(100<x<＝260)。
进一步地，所述反向机构由依次啮合的一号外齿轮61、二号外齿轮62、内齿轮63组成，一号外齿轮61位于中心，一号外齿轮61、二号外齿轮62与内齿轮63传动比为1：3；所述主动旋转水轮5与一号外齿轮61键连接，所述被动反向旋转水轮8与内齿轮63螺栓连接。
进一步地，所述被动反向旋转水轮还包括固定在主轴上的旋转叶片，旋转叶片顶部固定有上部圆盘，上部圆盘与所述反向机构螺栓连接。
进一步地，所述液体箱包括液体箱顶盖4以及液体箱外壳9，液体箱顶盖4 与液体箱外壳9螺栓连接，液体箱顶盖4上设有注液口41，液体箱外壳9底部设有出液口92；所述液位传感器71安装于液体箱外壳9的内部侧壁底端，所述多个药液浓度传感器7安装在液体箱外壳9的内部侧壁上且分布在不同液位高度。
进一步地，所述液体箱外壳9外侧壁设有悬挂器91。
进一步地，所述液体箱外壳9底部还设有多组漏液孔94，多组漏液孔94环形分布且与出液口92连通。
本发明通过添加旋转水轮，并采用仿生叶片，与液体箱外形相配合，创造性的利用液体的晃动，通过传感器、旋转水轮及监控终端设计实现植保装备的浓度监测和自动混药功能，亦可通过混药电机，进行混药，实现药液浓度的调整，并可降低惯性冲击、为提高植保装备的稳定性提供条件，为高端农业装备植保机械研究领域提供技术支撑。
附图说明
图1(a)为具有自主混药和药液浓度监测功能的植保药箱的装配爆炸图；
图1(b)为液体箱剖视图；
图1(c)为液体箱轴测示意图；
图2(a)为主动旋转水轮轴测示意图；
图2(b)为主动旋转水轮俯视图；
图2(c)为主动旋转水轮鱼形叶片拟合曲线；
图3为反向机构俯视图；
图4为被动反向旋转水轮轴测示意图；
图5(a)为液体箱外壳轴测示意图；
图5(b)为液体箱外壳俯视图；
图6为药液浓度监测和自主混药功能流程图。
图中：
1-电机，2-电磁离合器，3-搅拌转速传感器，4-液体箱顶盖，41-注液口，5- 主动旋转水轮，6-反向装置，61-一号外齿轮，62-二号外齿轮，63-内齿轮，7- 药液浓度传感器，71-液位传感器，8-被动反向旋转水轮，9-液体箱外壳，91- 悬挂器，92-出液口，93-轴承，94-多组漏液孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
参阅图1(a)至图1(c)，一种具有自主混药和药液浓度监测功能的植保药箱，包括混药装置、液体箱、药液浓度监控模块，混药装置包括电机1、电磁离合器2以及混药叶片，混药叶片包括主动旋转水轮5、反向装置6以及被动反向旋转水轮8；液体箱包括液体箱顶盖4以及液体箱外壳9；药液浓度监控模块包括搅拌转速传感器3、多个药液浓度传感器7、液位传感器71以及监控终端。
监控终端设置在液体箱外部，监控终端通过屏蔽线分别与电机1、电磁离合器2、搅拌转速传感器3、药液浓度传感器7、液位传感器71相连。电机1与电磁离合器2上部固连，主动旋转水轮5的中心轴上部与电磁离合器2下部通过键33连接，电磁离合器2与液体箱顶盖4通过螺栓31固定，搅拌转速传感器3 位于液体箱顶盖4的中心孔内并套于主动旋转水轮5的中心轴上，主动旋转水轮5的中心轴下部与反向装置6通过键34连接，被动反向旋转水轮8与反向装置6通过螺栓35连接，被动反向旋转水轮8主轴底部位于液体箱外壳9的轴承 93中，液位传感器71安装于液体箱外壳9的内部侧壁底端，药液浓度传感器7 安装在液体箱外壳9的内部侧壁上，分布在不同液位高度，每个药液浓度传感器7之间液位差为a(a为定值，30mm≤a≤100mm，可根据药箱高度调节)，并可根据药箱高度进行调整，液体箱顶盖4与液体箱外壳9通过螺栓32接合。41为注液口，直径为150mm～300mm；液体箱外壳9底部设有出液口92，出液口92 直径为150mm～300mm；液体箱外壳9外侧壁设有两个悬挂器91，分别位于液体箱两外侧壁的中间位置，直径范围为150mm～300mm。该液体箱外壳9总高范围为500mm到2000mm，总长为1000mm到1800mm，总宽为750mm到1200mm。
图2(a)为主动旋转水轮示意图，其包括中心轴及多个周向均布的叶片，叶片个数为3片、5片或7片，图示范例为5片范例，多个叶片均通过连接杆与中心轴固定连接，叶片轮廓曲线模仿鱼身形式，如图2(b)中叶片10所示。主动旋转水轮5叶片外缘曲线模仿鱼身外形，为仿鱼形叶片。图2(c)为主动旋转水轮5 鱼形叶片拟合曲线，为分段二次函数形式：
y＝-0.0036*x^2+0.6873*x-10.1176(0<＝x<＝100)；
y＝-0.0002*x^2-0.0636*x+30.9805(100<x<＝260)。
该形态的优势在于，当电磁离合器2将电机1与主动旋转水轮5连接时，起到明显的减阻作用；当电磁离合器2未将电机1与主动旋转水轮5连接时，依靠植保装备加速度的变化所导致的药液偏移和惯性冲击，可以带动主动旋转水轮5旋转，进而实现节能自动混药效果。
图3为反向机构，由两个外齿轮61、62与一个内齿轮63组成，内齿轮61 位于中心，内齿轮61、内齿轮62、外齿轮63依次啮合，外齿轮61、62与内齿轮63传动比为1：3，主动旋转水轮5图2(a)与外齿轮61键连接，被动反向旋转水轮8与内齿轮63通过螺栓连接。这样设置可以实现当主动旋转水轮5正转时，被动反向旋转水轮8反转，进而更大限度的提高混药效果。传动比1：3，可以提高被动反向旋转水轮8转动能力。
图4为被动反向旋转水轮，包括主轴，主轴上固定有旋转叶片，旋转叶片顶部固定有上部圆盘，旋转叶片为十字直叶片，固定于主轴上，高度为 140～300mm，叶片形状为直角梯形，直角腰与上部圆盘相连。被动反向旋转水轮上部圆盘与反向机构外齿轮63配合，并通过螺栓连接；主轴下部与液体箱外壳底部轴承93相连，在反向装置的配合下，主动旋转水轮与被动反向旋转水轮的转速比为3：1，方向相反。
图5(a) 和图 5(b) 为液体箱外壳9示意图，多组漏液孔94环形分布，漏液孔94与出液口92连通，液体通过多组漏液孔94流至出液口92，轴承93(见图5(a))与被动反向旋转水轮8主轴下部相连。液体箱外壳9形状如图5(b)所示，形态为中间小两端大形式，装卡时使液体箱外壳9悬挂器91轴线与植保装备运动方向平行，该形状可以进一步保证，当电磁离合器2未将电机1与主动旋转水轮5 连接时，植保装备的加速、减速、启动和停止，可以带动主动旋转水轮5旋转，进而实现非耗能自动混药效果。
液位传感器安装于药箱外壳的内部侧壁底端，药液浓度传感器安装在药箱外壳的内部侧壁上，分布在不同液位高度，每个传感器之间距离为a(a为定值， 30mm≤a≤100mm，可根据药箱高度调节)，药液浓度传感器可根据药箱高度进行调整，药液浓度传感器采样周期为T，T取0.5-20s，优选2s。施药作业时，监控终端实时监测药液浓度，药液浓度正常值为xi，作业过程中，若任意两个相邻液位之间药液浓度差值超过0.2xi，且持续时间≥5T，则认为需要混药装置进行混药作业。此时，监控终端控制电磁离合器吸合，启动电机带动混药叶片进行混药作业。
以下介绍本发明的工作原理，如图6所示，所述植保药箱的工作方式为：
注入药液后，监控终端首先将电磁离合器2吸合，将电机接通，主动旋转水轮5正转，带动被动反向旋转水轮8反转，进行第一次混药，利用液位传感器71实时监控液面高度h；液面高度h以下的药液浓度传感器7的个数，可以通过h与a换算得出液面以下药液浓度传感器7的个数；利用液位传感器71实时判断液面高度，并通过液面以下不同液高的药液浓度传感器7进行浓度监测 (药液浓度传感器7采样周期为T，T取0.5-20s，优选2s)；监控终端对不同液高的药液浓度传感器7进行浓度监测，测得平均药液浓度为xi，当液面以下所有两个相邻液位之间药液浓度差值≤0.05xi，且持续时间≥5T时，监控终端控制电机停止，断开电磁离合器2；植保装备启动工作；
在植保装备工作时，当植保装备在启动、停止、加速、减速状态下，因液体惯性作用而导致主动旋转水轮5正转，带动被动反向旋转水轮8反转，在一定程度上起到药液均匀维持状态；
作业过程中，实时监测药液浓度，当液面以下任意两个相邻液位之间药液浓度差值≥0.2xi，且持续时间≥5T时，监控终端控制电磁离合器2吸合，启动电机1带动混药叶片进行混药作业，当液面以下所有两个相邻液位之间药液浓度差值小于0.05xi，且持续时间≥5T时，监控终端控制电机1停止，断开电磁离合器2；当监控终端监测到液面以下仅有一个药液浓度传感器7时，监控终端亦将控制电机1停止，断开电磁离合器2。
上述过程为自主混药及浓度监测功能，在自主混药及浓度监测过程中，植保装备喷药工作同时进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，包括混药装置、液体箱、药液浓度监控模块；所述混药装置包括电机(1)、电磁离合器(2)以及混药叶片，电机(1)与电磁离合器(2)上部固连，电磁离合器(2)固定在液体箱顶部，混药叶片与电磁离合器(2)下部键连接且混药叶片安装在液体箱内，在电磁离合器(2)未闭合时，电磁离合器(2)未将电机(1)与混合叶片连接，植保药箱可通过自身加速度变化所产生的药液偏移和惯性冲击带动混合叶片进行自动混药；所述药液浓度监控模块包括搅拌转速传感器(3)、多个药液浓度传感器(7)、液位传感器(71)以及监控终端，搅拌转速传感器(3)安装在混药叶片上，多个药液浓度传感器(7)和液位传感器(71)放置于液体箱内，且多个药液浓度传感器(7)分布在不同液位高度，针对箱内液体上下浓度差异制定控制方案并进行搅拌，监控终端设置在液体箱外部，监控终端通过屏蔽线分别与电机(1)、电磁离合器(2)、搅拌转速传感器(3)、多个药液浓度传感器(7)、液位传感器(71)相连。
2.如权利要求1所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述混药叶片包括主动旋转水轮(5)、反向装置(6)以及被动反向旋转水轮(8)；主动旋转水轮(5)的中心轴上部与所述电磁离合器(2)下部键连接，所述搅拌转速传感器(3)套于主动旋转水轮(5)的中心轴上，主动旋转水轮(5)的中心轴下部与反向装置(6)键连接，被动反向旋转水轮(8)与反向装置(6)螺栓连接，被动反向旋转水轮(8)主轴底部与液体箱底部通过轴承连接。
3.如权利要求2所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述主动旋转水轮(5)包括中心轴及多个周向均布的叶片，多个叶片通过连接杆与中心轴固定连接，叶片为仿鱼形叶片，其外缘拟合曲线为分段二次函数：
y＝-0.0036*x^2+0.6873*x-10.1176 (0<＝x<＝100)；
y＝-0.0002*x^2-0.0636*x+30.9805 (100<x<＝260)。
4.如权利要求2所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述反向装置(6)由依次啮合的一号外齿轮(61)、二号外齿轮(62)、内齿轮(63)组成，一号外齿轮(61)位于中心，一号外齿轮(61)、二号外齿轮(62)与内齿轮(63)传动比为1：3；所述主动旋转水轮(5)与一号外齿轮(61)键连接，所述被动反向旋转水轮(8)与内齿轮(63)螺栓连接。
5.如权利要求2所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述被动反向旋转水轮还包括固定在主轴上的旋转叶片，旋转叶片顶部固定有上部圆盘，上部圆盘与所述反向装置(6)螺栓连接。
6.如权利要求1所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述液体箱包括液体箱顶盖(4)以及液体箱外壳(9)，液体箱顶盖(4)与液体箱外壳(9)螺栓连接，液体箱顶盖(4)上设有注液口(41)，液体箱外壳(9)底部设有出液口(92)；所述液位传感器(71)安装于液体箱外壳(9)的内部侧壁底端，所述多个药液浓度传感器(7)安装在液体箱外壳(9)的内部侧壁上且分布在不同液位高度。
7.如权利要求6所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述液体箱外壳(9)外侧壁设有悬挂器(91)。
8.如权利要求6所述的一种具有药液浓度监测和自主混药功能的植保药箱，其特征在于，所述液体箱外壳(9)底部还设有多组漏液孔(94)，多组漏液孔(94)环形分布且与出液口(92)连通。
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