CN108669035A

CN108669035A - 一种风动-储能农用航空喷洒装置

Info

Publication number: CN108669035A
Application number: CN201810280165.7A
Authority: CN
Inventors: 鲁力群; 兰玉彬; 赵静; 方刚; 崔欣; 尹永芳
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2018-10-19

Abstract

本发明涉及高效航空植保喷雾技术领域，提供一种以风为动力可实时调节的风动‑储能农用航空喷洒装置，包括风动叶片、旋涡风机、主轴、储能筒、药液箱、气动隔膜泵、药液输送管、喷杆、航空喷头、压力传感器、流量传感器、PLC控制系统。集风‑储能模块可将空气进行压缩实现风能向空气势能的直接转化，并将空气势能储存起来；喷洒模块充分利用气动隔膜泵的工作原理，实现不经由电力驱动而达到药液以一定压力输出的功能，这是一种新型的实现方式；控制模块采用PLC控制系统能够实现对储能筒内的空气压力、药液的流量和压力的实时调节、自动控制，持续性好易于实现。

Description

一种风动-储能农用航空喷洒装置

技术领域

本发明提供一种以风为动力可实时调节的风动-储能农用航空喷洒装置，属于高效航空植保喷雾技术领域。

背景技术

农用航空植保具有作业效率高、质量好、适用性广、成本低以及应对突发危害能力强的特点，是目前植保领域的研究热点。随着精准农业技术的应用，农业航空植保技术的发展空间将更为广阔，以有人驾驶飞机为施药载体的航空喷施系统具有防控面积大、突击能力强、作业效率高等地面机械不可比拟的优势。有人驾驶农用航空飞机喷施系统一般由由药箱、液泵、喷杆、喷头、加药设备（过滤器、胶管及支架）、流量控制系统等部分组成。一般的农业航空喷施系统工作原理为：由电机驱动的隔膜泵(或离心泵)输送药液通过隔膜泵(或离心泵)将药液从药箱持续不断地输送至喷杆、喷头，作为动力部件的电机需要外部电源输入才能保持持续运转。由此有人驾驶农用航空飞机喷施系统大都采用了直流电机来驱动液泵的工作模式，这就要求飞机上要配置专门的直流电源系统，不但增加了能量的消耗，而且由于直流电源和直流电机严苛的工作环境要求，大大增加了维护成本也降低了喷施系统的可靠性，同时增加了航空飞行器的电气系统的复杂程度。

发明内容

本发明所解决的技术问题：为解决喷洒系统采用直流电机驱动液泵带来的能量消耗、可靠性差、维护成本高的缺点，本发明充分利用飞机在飞行过程中的高速气流作为动力源，采用风动叶片、旋涡风机、气动储能筒做为集风-储能装置，将该装置产生的压缩气体来驱动气动隔膜泵，进而使喷洒系统高效作业。该装置结构紧凑，适用性好，可实时调节、自动控制，具有较高的经济性和稳定性，可用于大面积的农用飞机航空喷洒。

本发明的目的在于提供一种以风为动力可实时调节的风动-储能高效、节能的农用航空喷洒装置，以解决上述目前航空喷洒装置中存在的技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：本发明是一种新型的农业喷洒装置，整个装置包括集风-储能模块、控制模块、喷洒模块等结构。集风-储能模块将风能收集后压缩空气至储能筒中成为空气势能，在需要时集风-储能模块释放空气势能带动气动隔膜泵将药液提高至一定压力，最后喷洒输出。控制模块在整个运行过程中对储能装置的压力、药液流量和压力进行实时调节、按需分配。

集风-储能模块包括：风动叶片、旋涡风机、主轴、储能筒等结构。在飞机运行过程中，风动叶片在风场的作用下高速旋转，通过主轴带动旋涡风机快速转动，将空气进行压缩实现风能向空气势能的转化；气动储能筒将旋涡风机压缩完成的空气作为空气势能储存起来，在需要时为气动隔膜泵提供动力。

喷洒模块的结构主要为：气动隔膜泵、药液输送管、药液箱、喷杆、航空喷头等。该模块的工作过程是气动隔膜泵在空气势能的作用下，从药液箱中抽取药液并将其提高至某一压力，该压力由控制模块决定，最后药液经由喷杆、航空喷头等机构输出。该模块充分利用气动隔膜泵的工作原理，实现不经由电力驱动而达到药液输出的功能，这是一种新型的实现方式。

控制模块是本装置重要的组成部分之一，它主要有：压力传感器、流量传感器、流量控制器及PLC控制单元组成。该模块主要实现以下功能：当储能筒内的压力过高或过低时，通过储能筒内的压力传感器反馈到PLC控制系统，从而决定集风装置的运行，以达到稳定储能筒内气体压力的效果；该模块与喷洒模块结合使用时，可达到对药液的流量、压力精确控制。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本装置采用以风为动力来驱动整个装置工作，不仅达到节能的效果，而且省略了直流电源等设备，使得飞机上的电气结构大大简化，节约了维护成本。

（2）采用控制模块，拥有调节储能筒压力、药液流量和压力的能力，在喷洒过程中可以按照需求来决定喷洒的流量和压力，可实时调节以适应不同情况下的喷洒要求，提高了整个喷洒装置的工作效率。

（3）采用了储能筒作为能量转换的一部分，而不是直接将收集到的风能直接应用在气动隔膜泵，可以在风力不强时利用储能筒中的空气势能来驱动气动隔膜泵，提高了气动隔膜泵工作的稳定性，适用范围更广。

（4）将风动叶片和旋涡风机集成在一起即利用了风能的转矩也充分利用了旋涡风机对空气的压缩作用，省去了传统方法利用压缩机来压缩空气储能的方式。

（5）将风能-空气压缩储能能量装置运用到航空喷施驱动系统中来，可解决采用风动直接驱动液泵带来的压力、流量波动等问题，从而可使航空喷施系统易于实现控制，为实现精准喷施奠定基础；采用风动喷施系统较电驱动而言，可显著降低维护费用节约成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；其中图中：1-风动叶片；2-旋涡风机；3-主轴；4-储能筒；5-药液箱；6-气动隔膜泵；7-药液输送管；8-喷杆；9-航空喷头。

图2为本发明的控制模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，本发明总体方案为：风动叶片1在风场的作用下高速旋转，通过主轴3与旋涡风机2的直接连接为旋涡风机2提供驱动力，由旋涡风机2的压缩作用将空气压缩至储能筒4，在需求时储能筒4中的空气势能释放出来为气动隔膜泵6提供驱动力，药液箱5中的药液在气动隔膜泵6的作用下被抽取出来通过药液输送管7输送到分支喷杆8上，最后由航空喷头9以一定的压力将药液喷洒输出。

本发明控制模块示意图如图2所示。控制模块具体控制方案是：本装置的控制模块主要是对储能筒内的压力、药液的流量和压力进行控制，储能筒内的压力传感器负责采集储能筒内的气体压力，当储能筒内的压力过低或过高时，PLC控制系统根据压力传感器的数据来决定集风装置是否进行工作压缩空气；位于喷杆处的压力传感器和流量传感器负责采集药液的压力和流量，然后将数据传输到PLC控制系统，PLC控制系统根据得到的药液数据进行实时决定药液的流量和压力，然后将决定的数据反馈给流量控制器，从而达到实时调节药液流量和压力的目的；该控制模块采用PLC控制系统能够实现对储能筒内的空气压力、药液的流量和压力的实时调节、自动控制，提高了整个装置工作效率，持续性好易于实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.风动-储能农用航空喷洒装置，包括风动叶片、旋涡风机、主轴、储能筒、液箱、气动隔膜泵、药液输送管、喷杆、航空喷头、空气压力传感器、药液压力传感器、流量传感器、PLC控制系统，其工作形式为：风动叶片1在风场的作用下高速旋转，通过主轴3与旋涡风机2直接连接为旋涡风机2提供驱动力，由旋涡风机的压缩作用将空气压缩至储能储能筒4，在需求时储能筒中的空气势能释放出来为气动隔膜泵6提供驱动力，药液箱5中的药液在气动隔膜泵6的作用下被抽取出来通过药液输送管7输送到分支喷杆8上，最后由航空喷头9以一定的压力将药液喷洒输出。

2.根据权利要求1所述的风动-储能农用航空喷洒装置，其特征在于：本装置的控制模块主要是对储能筒内的压力、药液的流量和压力进行控制，储能筒中的压力传感器的负责采集储能筒内的气体压力，当储能筒内的压力过低或过高时，PLC控制系统根据压力传感器的数据来决定集风装置是否进行工作压缩空气；位于喷杆处的压力传感器和流量传感器负责采集药液的压力和流量，然后将数据传输到PLC控制系统，PLC控制系统根据得到的药液数据进行实时决定药液的流量和压力，然后将决定的数据反馈给流量控制器，从而达到实时调节药液流量和压力的目的。

3.根据权利要求1、2所述的风动-储能农用航空喷洒装置，其特征在于：该控制模块采用PLC控制系统能够实现对储能筒内的空气压力、药液的流量和压力的实时调节、自动控制，提高了整个装置工作效率，持续性好易于实现。