CN107801464B - 液体肥流量调节装置、施肥系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体肥流量调节装置、施肥系统及方法，所述装置包括流量调节阀、第一齿轮、第二齿轮、舵机和舵机控制器，所述流量调节阀固定在舵机的一个侧面上，所述第一齿轮固定在舵机的输出轴，所述第二齿轮固定在流量调节阀的阀芯上端，第一齿轮与第二齿轮之间相啮合，所述舵机控制器与舵机连接。本发明实现了变量施液体肥在低流量时的液体肥流量调节，实现了对农作物的精准施肥，提高了肥料的利用率，减少了肥料的浪费和环境污染，同时结构简单，功耗低，生产成本低。

Description

液体肥流量调节装置、施肥系统及方法

技术领域

本发明涉及一种流量调节装置，尤其是一种液体肥流量调节装置、施肥系统及方法，属于农业机械领域。

背景技术

施液体肥是近年来在农业生产中开始使用的施肥技术，液体肥相对于固体肥有生产成本低、施用方便、养分高利于作物吸收等特点，但传统的连续定量喷施的施入方式，不能满足农业生产的实际要求。因此变量施液体肥技术成为一种重要的发展方向。

Giles,D.K.等(Droplet size and spray pattern characteristics of anelectronic flow controller for spray nozzles.1990)通过控制线性电磁阀的开闭来实现液体肥流量调节，具体通过控制脉冲宽度调制(PMW占空比实现喷嘴流量的变化.郎春玲(深施型液体肥变量施肥控制系统设计与试验.农业机械学报，2013，44(2):43－47)采用单片机作为核心处理器，以电磁比例流量调节阀为执行部件，设计了深施型液态变量施肥控制系统。张继成等(发明专利申请公开号：CN103283370A，2015.4.22)提出用电动调压阀控制的液体肥变量施肥系统，采用电磁换向阀、溢流阀、电动调压阀、流量变送器和压力变送器组合式液体肥变量控制结构，实现液体肥施肥实时变量调节，纪文义等(发明专利申请公开号：CN102934559A，2014.10.22)用电液比例调速阀控制的液体肥变量施肥系统，采用电磁换向阀、电液比例调速阀、液压马达组合式液体肥变量控制结构，实现了液体肥施肥实时变量调节。

综上所述，现有的液体肥流量调节装置有通过控制电磁阀开闭时间的长短来实现变量施肥或控制电动流量调节阀开度大小变流量实现变量施肥。但现有的液体肥调节装置大多作用于大流量、高压力工作环境，对于低流量液体肥的调节适用性差。因此，现急需研制一种工作可靠、结构简单、作业效果好的低流量液体肥调节装置。

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，提供了一种液体肥流量调节装置，该装置结构简单、工作可靠，液体肥调节效果好，实现了变量施液体肥在低流量时的液体肥流量调节，实现了对农作物的精准施肥，提高了肥料的利用率，减少了肥料的浪费和环境污染。

本发明的第二个目的在于提供一种液体肥施肥系统。

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：

液体肥流量调节装置，包括流量调节阀、第一齿轮、第二齿轮、舵机和舵机控制器，所述流量调节阀固定在舵机的一个侧面上，所述第一齿轮固定在舵机的输出轴，所述第二齿轮固定在流量调节阀的阀芯上端，第一齿轮与第二齿轮之间相啮合，所述舵机控制器与舵机连接。

进一步的，所述装置还包括U形固定架，所述舵机固定在U形固定架的凹槽内，所述流量调节阀与U形固定架的两条悬臂连接。

进一步的，所述装置还包括两根螺栓，所述U形固定架的每条悬臂在与流量调节阀连接的位置上设有螺纹孔，所述流量调节阀上设有两个固定孔，两根螺栓分别穿过流量调节阀上的两个固定孔与U形固定架的两条悬臂上的螺纹孔连接。

进一步的，所述流量调节阀包括阀体、阀芯和两个接头，所述阀芯和两个接头分别通过螺纹孔与阀体连接。

进一步的，所述阀体包括入口、节流口和出口，所述节流口的上端与入口相连通，节流口的下端与出口相连通，所述两个接头分别设置在入口处和出口处。

进一步的，所述入口和出口的直径为4mm～12mm。

进一步的，每个接头包括相连接的脱离环和锁紧卡簧。

进一步的，所述装置还包括两根顶丝，所述第一齿轮和第二齿轮均具有凸台，所述凸台上设有螺纹孔，一根顶丝穿过第一齿轮的凸台上的螺纹孔使第一齿轮固定在舵机的输出轴，另一根顶丝穿过第二齿轮的凸台上的螺纹孔使第二齿轮固定在流量调节阀的阀芯上端。

进一步的，所述舵机控制器包括单片机和四个输入按键，所述单片机分别与四个输入按键连接，四个输入按键分别为开始施肥按键、停止施肥按键、加快流量按键和减少流量按键。

进一步的，所述舵机的最大旋转角度为270度。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

液体肥施肥系统，包括液体肥箱、施肥器以及上述的液体肥流量调节装置，所述液体肥箱、流量调节阀和施肥器依次连接。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于上述系统的液体肥施肥方法，所述方法包括：根据农作物的施肥需求，舵机控制器输出不同占空比的脉冲宽度调制方波信号给舵机，舵机根据脉冲宽度调制方波信号的占空比改变舵机的转角，带动第一齿轮转动，使第二齿轮驱动流量调节阀的阀芯转动实现改变流量调节阀的开度大小，从而改变液体肥通过流量调节阀的流量，以实现对农作物的精准施肥。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的流量调节装置通过舵机控制器控制舵机转动，舵机通过两个相啮合的齿轮驱动流量调节阀的阀芯转动，改变通过流量调节阀的流量，实现液体肥在低流量时的液体肥流量精准调节功能，即实现了对农作物的实时液体肥流量调节，最大限度的提高肥料的利用率，减少肥料的的浪费和环境污染，其结构简单，运行功耗低，可靠性强，且生产成本低。

2、本发明的流量调节装置还设置了U形固定架，舵机固定在U形固定架的凹槽内，流量调节阀与U形固定架的两条悬臂连接，可以使流量调节阀固定在舵机上，保证流量调节阀能够稳定工作，而且也不影响工作人员对舵机和流量调节阀的维护。

3、本发明的流量调节装置的舵机控制器设置了四个输入按键，通过这四个输入按键能够实现开始施肥、停止施肥、加快流量和减少流量的功能。

附图说明

图1为本发明实施例1的液体肥流量调节装置的立体图。

图2为本发明实施例1的液体肥流量调节装置的正视图。

图3为本发明实施例1的液体肥流量调节装置的侧视图。

图4为本发明实施例1的流量调节阀的剖视图。

图5是本发明实施例1的舵机控制器的电路原理图。

其中，1-流量调节阀，101-第一固定孔，102-第二固定孔，103-阀体，1031-入口，1032-节流口，1033-出口，104-阀芯，105-第一接头，1051-第一脱离环，1052-第一锁紧卡簧，106-第二接头，1061-第二脱离环，1062-第二锁紧卡簧，2-第一齿轮，201-第一凸台，3-第二齿轮，301-第二凸台，4-舵机，5-舵机控制器，6-U形固定架，7-第一螺栓，8-第二螺栓，9-第一顶丝，10-第二顶丝。

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液体肥流量调节装置，该装置包括流量调节阀1、第一齿轮2、第二齿轮3、舵机4和舵机控制器5，流量调节阀1固定在舵机4的前侧面上。

为了使流量调节阀1固定在舵机4上，且保证流量调节阀1能够稳定工作，本实施例的流量调节装置还包括U形固定架6，U形固定架6具有两条悬臂以及连接两条悬臂的水平臂，舵机4固定安装在U形固定架6的凹槽内，且舵机4的左侧面、右侧面和后侧面分别与U形固定架6的两条悬臂和水平臂的内侧相接，流量调节阀1与U形固定架6的两条悬臂连接，进一步地，本实施例的液体肥流量调节装置还包括第一螺栓7和第二螺栓8，流量调节阀1上设有左右设置的第一固定孔101和第二固定孔102，U形固定架6的每条悬臂在与流量调节阀1连接的位置上设有螺纹孔，流量调节阀1上的第一固定孔101套接于第一螺栓7，且第一螺栓7与U形固定架6的左边悬臂上的螺纹孔连接，流量调节阀1上的第二固定孔102套接于第二螺栓8，且第二螺栓8与U形固定架6的右边悬臂上的螺纹孔连接，从而使流量调节阀1与U形固定架6的两条悬臂连接，第一螺栓7和第二螺栓8优选采用内六角螺栓，而流量调节阀1上的固定孔以及U形固定架6的悬臂上的螺纹孔均为圆形状。

如图1～图4所示，所述流量调节阀1包括阀体103、阀芯104、第一接头105和第二接头106，所述阀芯104、第一接头105和第二接头106分别通过螺纹孔与阀体103连接。

进一步地，阀体103包括入口1031、节流口1032和出口1033，节流口1032的上端与入口1031相连通，节流口1032的下端与出口1033相连通，其中入口1031通过软管与液体肥箱连接，出口1033通过软管与施肥器的吸肥口连接，构成液体肥施肥系统，软管优选采用PVC塑料软管，入口1031和出口1033的直径为8mm。

第一接头105设置在入口1031处，其包括相连接的第一脱离环1051和第一锁紧卡簧1052，按下第一脱离环1051可以实现安装和释放与入口1031处的软管，第一锁紧卡簧1052用于锁紧入口1031处的软管；第二接头106设置在出口1033处，其包括相连接的第二脱离环1061和第二锁紧卡簧1062，按下第二脱离环1061可以实现安装和释放出口1033处的软管，第二锁紧卡簧1062用于锁紧出口1033处的软管。

所述舵机4的最大旋转角度为270度，为了实现整个装置的装配，舵机1的四个侧面均无固定台。

优选地，所述舵机控制器5的原理如图5所示，其包括单片机和四个输入按键，所述单片机采用STC89C52单片机，单片机的P3.0口与舵机4连接，P0.0～P0.3口分别与四个输入按键连接，四个输入按键的作用分别为开始施肥、停止施肥、加快流量和减少流量，即四个输入按键分别为开始施肥按键、停止施肥按键、加快流量按键和减少流量按键。

所述第一齿轮2固定安装在舵机4的输出轴，所述第二齿轮3固定安装在流量调节阀1的阀芯104上端，第一齿轮2与第二齿轮3之间相啮合。

优选地，本实施例的液体肥流量调节装置还包括第一顶丝9和第二顶丝10，第一齿轮2具有第一凸台201，第二齿轮3具有第二凸台301，所述第一凸台201和第二凸台301上均设有螺纹孔，第一顶丝9穿过第一凸台201上的螺纹孔使第一齿轮2固定在舵机4的输出轴，第二顶丝10穿过第二凸台301上的螺纹孔使第二齿轮3固定在流量调节阀1的阀芯104上端。

第一齿轮2和第二齿轮3的齿数和模数影响舵机4与流量调节阀1之间的传动比，进而影响控制精度，在本实施例中，第一齿轮2和第二齿轮3的模数均为0.5，齿轮4的齿数为100，齿轮5的齿数为50。

本实施例的流量调节装置的工作原理如下：

在流量调节装置进行作业的过程中，根据农作物的施肥需求，舵机控制器5输出不同占空比的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)方波信号给舵机4，舵机4根据脉冲宽度调制方波信号的占空比改变舵机4的转角，带动第一齿轮2转动，使第二齿轮3驱动流量调节阀1的阀芯202转动实现改变流量调节阀1的开度大小，从而改变液体肥通过流量调节阀1的流量。

实施例2：

本实施例的主要特点是：所述流量调节阀1还可以固定在舵机4的后侧面、左侧面或右侧面上，当流量调节阀1固定在舵机4的后侧面时，舵机4的左侧面、右侧面和前侧面分别与U形固定架6的两条悬臂和水平臂的内侧相接，当流量调节阀1固定在舵机4的左侧面时，舵机4的右侧面、前侧面和后侧面分别与U形固定架6的两条悬臂和水平臂的内侧相接，当流量调节阀1固定在舵机4的右侧面时，舵机4的左侧面、前侧面和后侧面分别与U形固定架6的两条悬臂和水平臂的内侧相接。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的主要特点是：所述入口1031和出口1033的直径可以为4mm、12mm等。其余同实施例1。

综上所述，本发明的流量调节装置通过舵机控制器控制舵机转动，舵机通过两个相啮合的齿轮驱动流量调节阀的阀芯转动，改变通过流量调节阀的流量，实现液体肥在低流量时的液体肥流量精准调节功能，即实现了对农作物的实时液体肥流量调节，最大限度的提高肥料的利用率，减少肥料的的浪费和环境污染，其结构简单，运行功耗低，可靠性强，且生产成本低。

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 (4)

1.液体肥流量调节装置，其特征在于：包括流量调节阀、第一齿轮、第二齿轮、舵机、舵机控制器、U形固定架、两根螺栓和两根顶丝，所述流量调节阀固定在舵机的一个侧面上，所述第一齿轮固定在舵机的输出轴，所述第二齿轮固定在流量调节阀的阀芯上端，第一齿轮与第二齿轮之间相啮合，所述舵机控制器与舵机连接；

所述舵机固定在U形固定架的凹槽内，所述流量调节阀与U形固定架的两条悬臂连接；所述U形固定架的每条悬臂在与流量调节阀连接的位置上设有螺纹孔，所述流量调节阀上设有两个固定孔，两根螺栓分别穿过流量调节阀上的两个固定孔与U形固定架的两条悬臂上的螺纹孔连接；

所述流量调节阀包括阀体、阀芯和两个接头，所述阀芯和两个接头分别通过螺纹孔与阀体连接，所述阀体包括入口、节流口和出口，所述节流口的上端与入口相连通，节流口的下端与出口相连通，所述两个接头分别设置在入口处和出口处，其中入口通过软管与液体肥箱连接，出口通过软管与施肥器的吸肥口连接，构成液体肥施肥系统；

所述第一齿轮和第二齿轮均具有凸台，所述凸台上设有螺纹孔，一根顶丝穿过第一齿轮的凸台上的螺纹孔使第一齿轮固定在舵机的输出轴，另一根顶丝穿过第二齿轮的凸台上的螺纹孔使第二齿轮固定在流量调节阀的阀芯上端，第一齿轮和第二齿轮的齿数和模数影响舵机与流量调节阀之间的传动比，进而影响控制精度。

2.根据权利要求1所述的液体肥流量调节装置，其特征在于：每个接头包括相连接的脱离环和锁紧卡簧。

3.根据权利要求1-2任一项所述的液体肥流量调节装置，其特征在于：所述舵机控制器包括单片机和四个输入按键，所述单片机分别与四个输入按键连接，四个输入按键分别为开始施肥按键、停止施肥按键、加快流量按键和减少流量按键。

4.液体肥施肥系统，包括液体肥箱和施肥器，其特征在于：还包括权利要求1-3任一项所述的液体肥流量调节装置，所述液体肥箱、流量调节阀和施肥器依次连接。