CN107771492B - 气力引射式液体肥施肥装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气力引射式液体肥施肥装置、系统及方法，所述装置包括气力引射式施肥器、开沟器和调节杆，所述气力引射式施肥器设置在开沟器上，所述开沟器与调节杆固定连接，所述调节杆设置在一机架上，并可在该机架上滑动和固定；所述系统包括空压机、储气罐、气源处理元件、减压阀、液体肥箱、肥量调节机构以及上述的气力引射式液体肥深施装置，所述空压机、储气罐、气源处理元件、减压阀和气力引射式施肥器依次连接，所述液体肥箱、肥量调节机构和气力引射式施肥器依次连接。本发明能够实现液体肥的雾化深施，可以提高液体肥料的利用率，减少农业面源污染。

Description

气力引射式液体肥施肥装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种施肥装置、系统及方法，尤其是一种气力引射式液体肥施肥装置、系统及方法，属于农业机械领域。

背景技术

肥料是作物的“粮食”，在水稻生产中，合理有效的施用肥料是提高水稻单产、增加稻作收益、减少环境污染的重要措施。目前在我国水稻生产中，施肥方式仍以人工撒施为主，肥料均匀性差、养分利用率低。肥料深施有着减少肥料施用量并提高其利用率的优势。

现有的水田侧深施固体肥机具，一般采用机械开沟、气流输送排肥技术。而国产的固体化肥遇潮后粘度大，易发生堵塞，采用单一的气流输送排肥方式无法完成工作。因此，研制的施肥机具多采用强制送肥机构输送肥料，机具结构复杂。液态肥相对于固态肥具有养分利于作物吸收、施用方便等特点。现有液体肥施用技术的研究多集中在滴灌施肥和叶面喷肥方面，液体肥深施主要利用扎穴注入的方式，多应用于旱田。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种气力引射式液体肥施肥装置，该装置结构简单，工作可靠，能够实现液体肥的雾化深施，可以提高液体肥料的利用率，减少农业面源污染。

本发明的第二个目的在于提供一种气力引射式液体肥施肥系统。

本发明的第三个目的在于提供一种基于上述系统的气力引射式液体肥施肥方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

气力引射式液体肥施肥装置，包括气力引射式施肥器、开沟器和调节杆，所述气力引射式施肥器设置在开沟器上，所述开沟器与调节杆固定连接，所述调节杆设置在一机架上，并可在该机架上滑动和固定。

进一步的，所述气力引射式施肥器包括集流阀块、气管接头、气管、连接管件、内喷头和外喷头，所述集流阀块设置在开沟器上，且集流阀块和外喷头分别与连接管件的两侧连接，所述内喷头设置在外喷头内，所述气管设置在连接管件内，且气管与连接管件之间形成环周进肥通道，所述气管接头设置在集流阀块内，且气管接头与内喷头之间通过气管连接，形成中央气体通道。

进一步的，所述集流阀块的上方开有中央进气孔，侧面开有液体肥入口，正面和反面均开有安装通孔，集流阀块通过安装通孔与螺栓配合设置在开沟器上。

进一步的，所述集流阀块上的中央进气孔为阶梯孔，液体肥入口轴线垂直且正交中央进气孔轴线。

进一步的，所述气管接头与集流阀块之间通过螺纹连接，且气管接头与集流阀块之间设有密封垫圈，气管接头的气体进口与集流阀块的中央进气孔同心。

进一步的，所述内喷头与外喷头之间形成相连通的液体肥接收室和气液混合室。

进一步的，所述内喷头具有凸台，所述凸台上开有若干个进肥通孔，所述进肥通孔分别与环周进肥通道、液体肥接收室连通。

进一步的，所述内喷头的中央气体出口采用收缩状喷嘴或渐缩渐阔的拉瓦尔状气体喷嘴，所述外喷头采用渐缩锥形结构，且内喷头的中央气体出口与外喷头的气液混合出口同心。

进一步的，所述进肥通孔在内喷头的凸台上呈圆周均匀分布。

进一步的，所述气管接头、内喷头与气管的连接处均设有宝塔接头。

进一步的，所述开沟器包括破土部件、推土部件和挡泥部件，所述破土部件的上方与调节杆连接，所述推土部件固定在破土部件的后方，所述挡泥部件固定在推土部件的后方，所述气力引射式施肥器设置在挡泥部件内。

进一步的，所述破土部件为仿滑刀式结构，破土部件的划切部分为圆弧形刀刃。

进一步的，所述破土部件的入土角为120~150度，刃口角为15~30度。

进一步的，所述推土部件为横断截面为等腰梯形的四棱柱。

进一步的，所述挡泥部件包括挡泥板以及固定在挡泥板后方的挡泥罩，所述挡泥板上开有长条形孔，所述气力引射式施肥器通过螺栓可在长条形孔上滑动和锁紧。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

气力引射式液体肥施肥系统，包括空压机、储气罐、气源处理元件、减压阀、液体肥箱、肥量控制机构以及上述的气力引射式液体肥施肥装置，所述空压机、储气罐、气源处理元件、减压阀和气力引射式施肥器依次连接，所述液体肥箱、肥量控制机构和气力引射式施肥器依次连接。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于上述系统的气力引射式液体肥施肥方法，所述方法包括：空压机对空气压缩后存储到储气罐，储气罐的压缩气体经气源处理元件、减压阀作用后形成清洁、恒压的压缩气体，该压缩气体经气力引射式施肥器形成高速低加压气体射流，在气力引射式施肥器内腔产生负压，通过卷吸作用，引射液体肥进入气力引射式施肥器内腔，气体和液体肥进行剧烈的能量传递，形成混合均匀的气液两相流，经气力引射式施肥器的气液混合出口喷出，形成肥料雾化射流，实现对农作物的施肥。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的施肥装置利用气力引射式施肥器形成高速低加压气体射流，在气力引射式施肥器内腔产生负压引射液体肥，在较低的供气压力（0.1Mpa）下即可引射液体，在0.2Mpa的供气压力下即可使液体雾化，提高施肥作业效率及均匀性，配合可调节开沟深度的开沟器实现开沟、施肥一体化作业，进而实现液体肥雾化深施，有效地解决了水田机械深施肥机具结构复杂，易堵塞等问题，且结构简单、工作可靠、可提高肥料利用率、减少农业面源污染。

2、本发明的气力引射式施肥器中，气管与连接管件之间形成环周进肥通道，气管接头与内喷头之间通过气管连接，形成中央气体通道，通过气体和液体肥进行剧烈的能量传递，形成混合均匀的气液两相流，从而形成肥料雾化射流，实现对农作物的施肥。

3、本发明的气力引射式施肥器在气管接头、内喷头与气管的连接处均设有宝塔接头，保证了进气的密闭性。

4、本发明的开沟器设置了破土部件、推土部件和挡泥部件，破土部件可以进行破土，推土部件可以将堆积在破土部件的泥土推至两侧，防止泥土回填施肥沟，挡土部件可以使气力引射式施肥器得到保护，保证气力引射式施肥器能够正常工作。

5、本发明的开沟器中的破土部件，其划切部分为圆弧形刀刃能切断部分杂草及秸秆，减少开沟器工作阻力及触土部件挂杂草、秸秆等。

6、本发明的开沟器中的挡土部件包括挡泥板和挡泥罩，挡泥板上开有长条形孔，气力引射式施肥器通过螺栓可在长条形孔上滑动和锁紧，可以改变螺栓在长条形孔上的安装位置，可以实现气力引射式施肥器的施肥高度调节。

附图说明

图1为本发明实施例1的气力引射式液体肥施肥装置立体结构示意图。

图2为本发明实施例1的气力引射式液体肥施肥装置正视结构示意图。

图3为本发明实施例1的气力引射式液体肥施肥装置侧视结构示意图。

图4为本发明实施例1的气力引射式施肥器立体结构示意图。

图5为本发明实施例1的气力引射式施肥器剖面示意图。

图6为本发明实施例1的气管接头立体结构示意图。

图7为本发明实施例1的内喷头立体结构示意图。

图8为本发明实施例2的气力引射式液体肥施肥系统结构示意图。

其中，1-气力引射式施肥器，101-集流阀块，1011-中央进气孔，1012-液体肥入口，1013-安装通孔，102-气管接头，103-气管，104-连接管件，105-内喷头，1051-第一凸台，10511-进肥通孔，1052-中央气体出口，106-外喷头，1061-第二凸台，1062-气液混合出口，107-环周进肥通道，108-中央气体通道，109-密封垫圈，110-液体肥接收室，111-气液混合室，2-调节杆，3-破土部件，4-推土部件，5-挡泥板，6-挡泥罩，7-空压机，8-储气罐，9-气源处理元件，10-减压阀，11-液体肥箱，12-肥量控制机构，13-输气管，14-压力表，15-吸料管，16-流量计。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1~图3所示，本实施例提供了一种气力引射式液体肥施肥装置，该装置包括气力引射式施肥器1、开沟器和调节杆2。

所述开沟器包括破土部件3、推土部件4和挡泥部件，破土部件3的上方与调节杆2固定连接，具体利用螺栓与调节杆2固定连接，而调节杆2设置在一机架（图中未示出）上，并可在该机架上滑动和固定，通过调整调节杆2在机架上的固定位置，实现开沟器的开沟深度调节。

所述破土部件3为仿滑刀式结构，其划切部分为圆弧形刀刃，圆弧形刀刃能切断部分杂草及秸秆，减少开沟器工作阻力及破土部件3挂上杂草、秸秆等；优选地，破土部件3的入土角α为120~150度，刃口角β为15~30度。

所述推土部件4为横断截面为等腰梯形的四棱柱，其通过焊接方式固定在破土部件3的后方，可以将堆积在破土部件3刃口的泥土推至两侧，防止泥土回填施肥沟。

所述挡泥部件包括挡泥板5和挡泥罩6，挡泥板5通过焊接方式固定在推土部件4的后方，挡泥罩6通过焊接方式固定在挡泥板5的后方，挡泥板5为空心结构，气力引射式施肥器1设置在挡泥板5内，可以使气力引射式施肥器1得到保护，保证气力引射式施肥器1能够正常工作。

进一步地，挡泥板5上开有长条形孔（在两侧面的位置上），气力引射式施肥器1利用螺栓固定在长条形孔上，通过拧松螺栓可以使气力引射式施肥器1在长条形孔上滑动，通过拧紧螺栓可以使气力引射式施肥器1可以使气力引射式施肥器1在长条形孔上锁紧，可见改变螺栓在长条形孔上的安装位置，即可实现气力引射式施肥器1的施肥高度调节。

如图4~图7所示，所述气力引射式施肥器1包括集流阀块101、气管接头102、气管103、连接管件104、内喷头105和外喷头106，内喷头105具有第一凸台1051，外喷头106具有第二凸台1061。

在本实施例中，集流阀块101和外喷头106分别通过螺纹与连接管件104的两侧连接；所述内喷头105设置在外喷头内，由连接管件104与外喷头106的第二凸台1061之间的挤压作用固定；所述气管103设置在连接管件104内，且气管103与连接管件104之间形成环周进肥通道107；气管接头102设置在集流阀块101内，且气管接头102与内喷头105之间通过气管103连接，形成中央气体通道108，进入气管接头102的气体经中央气体通道108到达内喷头105处。

进一步地，集流阀块101的上方开有中央进气孔1011，侧面开有液体肥入口1012，正面和反面均开有四个安装通孔1013，集流阀块101通过安装通孔1013与螺栓配合固定在挡泥板5的长条形孔上，中央进气孔1011为阶梯孔，液体肥入口1012轴线垂直且正交中央进气孔1011轴线。

进一步地，气管接头102与集流阀块101之间通过螺纹固定连接，且气管接头102与集流阀块101之间设有密封垫圈109，气管接头102的气体进口与集流阀块101的中央进气孔1011同心，这样从集流阀块101的中央进气孔1011进入的气体能够顺利进入气管接头102的气体进口。

进一步地，所述内喷头105与外喷头106之间形成液体肥接收室110和气液混合室111，液体肥接收室110为锥形结构，气液混合室111为圆柱状结构，液体肥接收室110和气液混合室111之间相连通，由于气液混合室111的存在，外喷头106上必然还具有气液混合出口1062。

更进一步地，内喷头105的第一凸台1051开有若干个呈圆周均匀分布的进肥通孔10511，所述进肥通孔10511分别与环周进肥通道107、液体肥接收室110连通，液体肥经环周进肥通道107、进肥通孔10511进入液体肥接收室110，液体肥接收室110接收的液体肥进入气液混合室111与气体混合。

更进一步地，由于气体会经中央气体通道108到达内喷头105，内喷头105上必然还具有中央气体出口1052，中央气体出口1052可以采用收缩状喷嘴，也可以采用渐缩渐阔的拉瓦尔状气体喷嘴。

进一步地，气管接头102、内喷头105与气管103的连接处均设有宝塔接头，保证了进气的密闭性。

本实施例的气力引射式液体肥施肥装置的材质可根据工艺要求，除了可以采用304不锈钢外，也可以采用哈斯合金、254SMo等耐磨耐腐蚀材料，适用于处理磨蚀性供料，无论是在酸性还是碱性状态下的液体肥，气力引射式液体肥施肥装置都具有良好的耐腐蚀性。本实施例中的气力引射式施肥器1的各个进出口（即集流阀块101的中央进气孔1011、外喷头106上的气液混合出口1062、内喷头105的中央气体出口1052、内喷头105的第一凸台1051上的进肥通孔10511）直径均在1mm及以上，对液体肥中的杂质具有更好的适应性。

实施例2

本实施例将上述实施例1中的气力引射式液体肥施肥装置应用到气力引射式液体肥施肥系统中，如图8所示，所述系统包括空压机7、储气罐8、气源处理元件9、减压阀10、液体肥箱11、肥量控制机构12以及上述的气力引射式液体肥施肥装置，空压机7、储气罐8、气源处理元件9、减压阀10和气力引射式施肥器1依次连接，液体肥箱11、肥量控制机构12和气力引射式施肥器1依次连接。

在本实施例中，空压机7的排气口与气力引射式施肥器1的中央进气孔1011之间通过输气管13连接，并且储气罐8、气源处理元件9、减压阀10依次设置在输气管13上，空压机7的动力由水田拖拉机或者小型汽油机提供，储气罐8可以存储空压机7产生的压缩气体，气源处理元件9可以过滤压缩气体中的水分和油污，减压阀10可以保证工作压力的稳定，能够方便地为进气进行调压控制，在减压阀10与中央进气孔1011之间的输气管13中还接入了压力表14，以便对工作压力进行观察；液体肥箱11与气力引射式施肥器1的液体肥入口1012之间通过吸料管15连接，其中吸料管15的一端放置在液体肥箱11内，另一端连接液体肥入口1012，肥量控制机构12设置在吸料管15上，可以有效地调节液体肥的定量供给，在肥量控制机构12与气力引射式施肥器1的液体肥入口1012之间的吸料管15还接入了流量计16，以便对液体肥的流量进行观察。

本实施例的气力引射式液体肥施肥系统的工作原理如下：

空压机7对空气压缩后存储到储气罐8，储气罐8的压缩气体经气源处理元件9、减压阀10作用后形成清洁、恒压的压缩气体，该压缩气体经气力引射式施肥器1的内喷头105的中央气体出口1052喷出形成高速低加压气体射流，在液体肥接收室110内产生负压，通过卷吸作用，引射液体肥进入液体肥接收室110，气体和液体肥在气液混合室111内进行剧烈的能量传递，形成混合均匀的气液两相流，经气力引射式施肥器1的外喷头106的气液混合出口1062喷出，形成肥料雾化射流，实现对农作物的施肥。

综上所述，本发明采用高速低加压低加压气体引射并辅助液体肥雾化。压力能转换成动能，该高速低加压气体产生高摩擦力和剪切力，使液体分裂破碎成小的液滴直至雾滴，雾化后的液体肥液滴细小、均匀；气液两相是相互影响的，在液体压力不变的情况下，液体肥引射量与雾化质量均随着气压的增加而增加。在一定的气相压力下，液体肥喷射量随着液体压力的增加而增加，雾化质量随着液体压力的增加而降低。由于是低压（气压一般不会超过0.4Mpa），解决了压缩空气高成本和低喷雾效率等问题；并且由于采用了机加工，喷头精度更高，且轴向进气进液体肥减少了能量损耗，相同雾化效果下消耗的气量更小。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.气力引射式液体肥施肥装置，其特征在于：包括气力引射式施肥器、开沟器和调节杆，所述气力引射式施肥器设置在开沟器上，所述开沟器与调节杆固定连接，所述调节杆设置在一机架上，并可在该机架上滑动和固定；所述气力引射式施肥器包括集流阀块、气管接头、气管、连接管件、内喷头和外喷头，所述集流阀块设置在开沟器上，且集流阀块和外喷头分别与连接管件的两侧连接，所述内喷头设置在外喷头内，所述气管设置在连接管件内，且气管与连接管件之间形成环周进肥通道，所述气管接头设置在集流阀块内，且气管接头与内喷头之间通过气管连接，形成中央气体通道；再将该装置应用到气力引射式液体肥施肥系统中，采用高速低加压气体引射并辅助液体肥雾化，压力能转换成动能，该高速低加压气体产生高摩擦力和剪切力，使液体分裂破碎成小的液滴直至雾滴，雾化后的液体肥液滴细小、均匀；气液两相是相互影响的，在液体压力不变的情况下，液体肥引射量与雾化质量均随着气压的增加而增加；在一定的气相压力下，液体肥喷射量随着液体压力的增加而增加，雾化质量随着液体压力的增加而降低；所述开沟器包括破土部件、推土部件和挡泥部件，所述破土部件的上方通过螺栓与调节杆固定连接，所述推土部件固定在破土部件的后方，所述挡泥部件固定在推土部件的后方，所述气力引射式施肥器设置在挡泥部件内；所述挡泥部件包括挡泥板以及固定在挡泥板后方的挡泥罩，所述挡泥板上开有长条形孔，所述气力引射式施肥器通过螺栓可在长条形孔上滑动和锁紧。

2.根据权利要求1所述的气力引射式液体肥施肥装置，其特征在于：所述集流阀块的上方开有中央进气孔，侧面开有液体肥入口，正面和反面均开有安装通孔，集流阀块通过安装通孔与螺栓配合设置在开沟器上。

3.根据权利要求1所述的气力引射式液体肥施肥装置，其特征在于：所述内喷头与外喷头之间形成相连通的液体肥接收室和气液混合室。

4.根据权利要求3所述的气力引射式液体肥施肥装置，其特征在于：所述内喷头具有凸台，所述凸台上开有若干个进肥通孔，所述进肥通孔分别与环周进肥通道、液体肥接收室连通。

5.根据权利要求1所述的气力引射式液体肥施肥装置，其特征在于：所述破土部件为仿滑刀式结构，破土部件的划切部分为圆弧形刀刃。

6.气力引射式液体肥施肥系统，其特征在于：包括空压机、储气罐、气源处理元件、减压阀、液体肥箱、肥量控制机构以及权利要求1-5任一项所述的气力引射式液体肥施肥装置，所述空压机、储气罐、气源处理元件、减压阀和气力引射式施肥器依次连接，所述液体肥箱、肥量控制机构和气力引射式施肥器依次连接。

7.基于权利要求6所述系统的气力引射式液体肥施肥方法，其特征在于：所述方法包括：空压机对空气压缩后存储到储气罐，储气罐的压缩气体经气源处理元件、减压阀作用后形成清洁、恒压的压缩气体，该压缩气体经气力引射式施肥器形成高速低加压气体射流，在气力引射式施肥器内腔产生负压，通过卷吸作用，引射液体肥进入气力引射式施肥器内腔，气体和液体肥进行剧烈的能量传递，形成混合均匀的气液两相流，经气力引射式施肥器的气液混合出口喷出，形成肥料雾化射流，实现对农作物的施肥。

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