CN110149824B - 一种温室用旋耕消毒联合作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温室用旋耕消毒联合作业机械，涉及农业机械领域，包括消毒设备，所述消毒设备包括药剂箱、药剂传输管道和雾化喷头；药剂箱内的药液经药剂传输管道流入雾化喷头，经雾化喷头雾化后经喷孔喷入土壤中，在立式旋耕机后方加装消毒装置，将汽油驱动空气压缩机、药剂箱以及高压水泵布置在机器拖拉的小车上，旋耕消毒联合作业机工作时，首先通过立式旋耕机对温室土壤进行耕翻和碎土作业，在此基础上将后置的消毒装置产生的高速雾化药液喷入到松软的土壤内，并通过覆膜装置进行覆膜作业，实现对温室土壤彻底有效的消毒，另外还增加了覆膜装置实现了消毒后直接覆膜功能。

Description

一种温室用旋耕消毒联合作业机械

技术领域

本发明属于农业工程领域，具体涉及一种温室用旋耕消毒联合作业机械。

背景技术

近年来，设施农业发展迅猛，生产面积不断增加，但是由于连年重茬种植，加之温室内环境因素，土壤中各种病毒菌逐年累计，影响土壤连作，这对设施农业的发展造成很大的障碍。目前在接茬时对温室内土壤进行消毒是解决温室重茬连作障碍的较为有效地方法，可较大程度减少土壤内累计的病毒菌，有利于提高作物产量和品质。

目前的土壤消毒技术主要包括物理消毒技术、化学药剂消毒技术以及生物熏蒸技术。其中，物理消毒技术包括太阳能加热消毒技术、蒸汽消毒技术热水消毒技术以及电处理消毒技术；化学药剂消毒技术是指利用各种化学药剂通过喷淋、浇灌、混土和熏蒸等方式对土壤进行消毒；生物熏蒸技术是利用一些植物在其有机物质分解过程中释放出挥发性物质，抑制或杀死土壤中有害生物的一种土壤消毒方法。对于各种温室土壤消毒方法，目前最常用的是化学药剂消毒法，这种方法最明显的优点就是经济成本低，方法简单，适合大规模使用，但是其最大的缺点就是各种化学药剂对生态环境都不友好，对土壤、水源以及周边环境都有比较大的影响。因此，目前研究如何减少化学消毒试剂利用率以及使用量仍是目前相关学者的研究重点。

本发明将温室土壤旋耕作业和消毒作业进行结合，发明一种温室用旋耕消毒联合作业机械，旨在利用旋耕机作业时对温室土壤进行实时有效消毒。

发明内容

本发明基于立式旋耕和温室土壤消毒，提出一种全新的温室用旋耕消毒联合作业机械，在旋耕作业的同时完成对温室土壤的消毒作业，可对温室内深层土壤进行彻底有效地消毒。本发明旋耕机具有结构简单、制造成本低、功耗低以及耕深大的特点。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种温室用旋耕消毒联合作业机械，包括消毒设备，所述消毒设备包括药剂箱、汽油驱动空气压缩机、高压水泵、药剂传输管道和雾化喷头；药剂箱内的溶液经药剂传输管道流入雾化喷头，经雾化喷头雾化后经喷孔喷入土壤中。

进一步的，所述雾化喷头包括内部药剂流通通道、药剂入口、密封圈、空气入口、阀体、阀芯、拉瓦尔管和连接套；

所述阀体内安装有阀芯；所述阀芯的一端与阀体连通，另一端与拉瓦尔管连通；空气经设置在阀体上的空气入口进入到阀体后经阀芯进入拉瓦尔管；所述阀体上还开设有药剂入口，药剂经药剂入口进入阀体后经设置在拉瓦尔管上的内部药剂流通通道；空气和药剂在药剂流通通道内混合后喷出。

进一步的，所述空气和药剂在药剂流通通道内混合后进入连接套内设的谐振腔后喷出。

进一步的，所述拉瓦尔管中的空气通道与内部药剂流通通道垂直设置。

进一步的，拉瓦尔管通过端盖支撑。

进一步的，所述阀体与阀芯结合处通过密封圈密封。

进一步的，所述谐振腔为十字形槽孔结构。

一种耕作机械，该耕作机械包括上述消毒设备。

进一步的，所述耕作机械还包括覆膜装置，旋耕机对土壤进行耕翻后消毒设备将雾化药液输入土壤，覆膜装置进行覆膜。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1、本发明将喷药消毒装置和立式深耕旋耕机进行结合，实现了在旋耕作业的同时对温室深层土壤进行彻底有效消毒、土地耕整、消毒、覆膜一次性完成，提高了温室田间管理质量。

2、本发明利用含有拉瓦尔管和谐振腔的雾化喷头实现消毒液的液化和加速，结构简单，制造成本低；

3、本发明将消毒液直接通过位于消毒剂流通管道上的小孔喷入深层土壤，和旋耕过后的细碎土壤进行充分混合，并在松软的土壤里进行渗透，可以对温室内深层土壤进行更为彻底有效的杀毒，提高了土壤消毒质量。

4、在立式旋耕机后方加装消毒装置，将汽油驱动空气压缩机、药剂箱以及高压水泵布置在机器拖拉的小车上，旋耕消毒联合作业机工作时，首先通过旋耕机对温室土壤进行耕翻和碎土作业，在此基础上将后置的消毒装置产生的高速雾化药液输入到松软的土壤内，并通过覆膜装置进行覆膜作业，实现对温室土壤彻底有效的消毒，另外还增加了覆膜装置实现了消毒后直接覆膜。

附图说明

图1为本发明整机结构示意图；

图2为本发明消毒设备的布置图；

图3为本发明喷雾架结构示意图；

图4为本发明刀辊结构示意图

图5为本发明中雾化喷头结构示意图；

图6为本发明气液两相流形成装置谐振腔尺寸示意图；

图7为本发明中所用拉瓦尔喷管原理图；

附图标记如下：

1、立式旋耕机；2、喷雾架；3、空气输送管道；4、空气压缩机；5、药剂传输管道；6、药剂箱；7、小车；8、高压水泵；9、阀门；10、开沟器高度调节装置；11、开沟器；12、塑料薄膜；13、覆土铲；14、软管；15、雾化喷头；16、喷孔；17、刀轴；18、旋耕刀；19、高速空气流动通道；20、第二喷孔；21、刀座；22、内部药剂流通通道；23、药剂入口；24、密封圈；25、空气入口；26、阀体；27、阀芯；28、拉瓦尔管；29、端盖；30、连接套。

具体实施方式

为了对本发明进一步地了解，下面结合附图对本发明做进一步的说明：

一种温室用旋耕消毒联合作业机械，包括消毒设备，所述消毒设备包括药剂箱6、药剂传输管道5和雾化喷头15；药剂箱6内的药液经药剂传输管道5流入雾化喷头15，经雾化喷头15雾化后经喷孔16喷入土壤中；所述雾化喷头15包括内部药剂流通通道22、药剂入口23、密封圈24、空气入口25、阀体26、阀芯27、拉瓦尔管28和连接套30；所述阀体26内安装有阀芯27；所述阀芯27的一端与阀体26连通，另一端与拉瓦尔管28连通；空气经设置在阀体26上的空气入口25进入到阀体26后经阀芯27进入拉瓦尔管28；所述阀体26上还开设有药剂入口23，药剂经药剂入口23进入阀体26后经设置在拉瓦尔管28上的内部药剂流通通道22；药剂在拉瓦尔管28内和空气混合进行第一次雾化，在设置于连接套30的谐振腔内进行第二次雾化。

结合附图1，在旋耕机后方加装消毒装置，将空气压缩机4、药剂箱6以及高压水泵8布置在机器拖拉的小车上，如图2所示。旋耕消毒联合作业机工作时，首先通过立式旋耕机1对温室土壤进行耕翻和碎土作业，在此基础上将后置的消毒装置产生的高速雾化药液输入到松软的土壤内，并通过覆膜装置12进行覆膜作业，实现对温室土壤的消毒。

结合附图3所示，在喷雾架2的若干竖直钢管底部沿机具前进的反方向开设若干喷孔16，将雾化喷头15置于喷雾架2的竖直钢管中，雾化喷头15接收来自汽油驱动的空气压缩机4的空气和来自高压水泵8的药剂并对其进行雾化，自开设的喷孔16喷入到旋耕过后松软的土壤内进行消毒作业。

结合附图5所示，雾化喷头15，包括密封圈24、空气入口25、阀体26、阀芯27、拉瓦尔管28、端盖29、连接套30；装置空气入口25处连接空气压缩机4提供的一定压力的气体，当气源阀门打开，一定压力的气体将部分压力能转化为动能，此时的流速为亚音速，气流进一步经过流道和拉瓦尔阀芯27内流道并经过拉瓦尔管后，气流会被加速至超音速。超音速气体会与从进液孔流经拉瓦尔阀芯27内流道进入拉瓦尔管28的待雾化液体发生剪切、摩擦和碰撞，高速气体微团与相对低速的液体微团之间具有较大的粘性力，从而使得不断流入的多组液体微团获得较大的动能，此动能可以使得液体微团克服液体表面张力和自身的惯性，从母体中剥落分离，从而形成第一次雾化。进一步，伴随着从拉瓦尔管28喷出的高速气体的大粒径的液滴会射流进入到十字型双级谐振腔中发生与腔壁的碰撞雾化，最后会在高频震荡的气流场的两级谐振腔的谐振作用下，由于液滴中的微团的惯性和气流场的反复的加速度的作用下产生超声雾化的效果，形成粒径为10-20微米的雾滴。

本发明所用喷头中的拉瓦尔管实际上起到了一个"流速增大器"的作用。其结构原理图如图7所示，拉瓦尔喷28包括汇聚端、喉部以及发散端。其前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又连接一拉瓦尔管28。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。经高压水泵8和空气压缩机4加压输送的气液两相流从拉瓦尔管28的汇聚端进入喷管的前半部，在这一阶段，气液两相流运动遵循"流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，因此气流不断加速。当到达窄喉时，流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在拉瓦尔管发散端，气液两相流被加速，消毒液细化成雾滴粒径在20-50微米左右的高速气液两相流。

通过若干雾化喷头15将来自汽油驱动空气压缩机4的高速空气和来自高压水泵8的消毒液进行充分混合并对其加速雾化形成高速气液两相流，通过位于喷雾架2上沿机具前进的反方向布置的若干喷孔16喷射到旋耕过后松软的的土壤中，以超音速与被切土壤猛烈冲击混合，让雾滴与土壤更均匀地分布于土壤中，实现消毒作业。

旋耕机可在较为简单的结构基础上实现更大的耕深，从而更容易使旋耕作业能够打破犁层，对深部硬质土壤进行耕翻，实现更为高效、有效的土壤消毒作业的同时减少化学药剂的使用量。

刀轴17和旋耕刀设计成中空的型式，并在旋耕刀表面开设若干第二喷孔20，来自空压机的高速气体经第二喷孔20喷入土壤内，这种型式的刀辊不仅可以减轻自重、降低机具工作能耗，还能尽可能吹落黏附在旋耕刀上的土壤，减少刀辊周围土壤量，减轻旋耕刀和土壤之间的摩擦粘附，降低耕作能耗，增加旋耕刀使用寿命。

覆膜作业由布置在小车上的覆膜机构实现，在对土壤进行旋耕和消毒作业后，通过开沟铲开设两条沟道，将塑料薄膜自动铺设到作业后的土地上，经覆土铲将薄膜进行压实。

结合图5，内部药剂流通通道22、药剂入口23、密封圈24、空气入口25、阀体26、阀芯27、拉瓦尔管28等。将其固定在喷雾架2的竖直钢管内，将消毒药剂加速雾化后自若干喷孔喷入土壤中。

利用低频超声雾化原理，设计拉瓦尔管28的加速原理和谐振腔谐振原理对进入装置的消毒液进行两次雾化和加速，形成粒径为10-20微米左右的雾滴，

雾化喷头，其中的谐振腔设计成管加锥型，直接用钻头加工成盲孔形式，以较低的生产成本实现增加震荡频率，减小雾滴粒径的效果。其总长为50mm，为谐振波长的五倍。

温室用旋耕消毒联合作业机械设计耕深可达40～50cm，使旋耕作业能够打破犁层，对温室深层硬质土壤进行耕翻。本发明旋耕消毒装置可在药剂使用量一定的情况下，实现比常规土壤消毒更为高效的作业。

旋耕机采用立式旋耕机，旋耕机包括有7根刀辊，刀辊轴线在竖直平面内，将拖拉机产生的动力通过万向节、锥齿轮等传送给旋耕机刀辊。这种旋耕机可在较为简单的结构基础上实现更大的耕深，从而更容易使旋耕作业能够打破犁层，对深部硬质土壤进行耕翻，实现更为高效、有效的土壤消毒作业的同时减少化学药剂的使用量。

旋耕机刀轴和旋耕刀设计成中空的型式，并在旋耕刀表面开设若干小孔，来自空压机的高速气体经小孔喷入土壤内，这种型式的刀辊不仅可以减轻自重、降低机具工作能耗，还能尽可能吹落黏附在旋耕刀上的土壤，减少刀辊周围土壤量，减轻旋耕刀和土壤之间的摩擦，降低旋耕刀的磨损程度，增加旋耕刀使用寿命。

土壤消毒装置包括药剂箱6、高压水泵8、空气压缩机4、覆膜机构、内部药剂流通通道22、空气输送管道3。在立式旋耕机后方焊接喷雾架，包括消毒剂流通管道、雾化喷头、固定架等。在喷雾架后方拖拉一小车，小车上布置汽油驱动空气压缩机、高压水泵8、药剂箱6以及覆膜机构。覆膜机构包括开沟器、塑料薄膜安装装置以及覆土铲。

消毒液储存在药剂箱内，经高压水泵进行加压传输，经位于旋耕机后方喷雾架的雾化喷头时和来自空气压缩机的高速空气流进行混合并获得加速和雾化，得到雾滴粒径在10-20微米左右的高速气液两相流，然后经消毒剂流通管道进入旋耕过后松软的土壤内并进行渗透。覆膜机构对旋耕消毒过后的土地进行覆膜，减少药液的蒸发，以此实现对温室深层土壤彻底有效的消毒作业。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种温室用旋耕消毒联合作业机械，其特征在于，包括消毒设备，所述消毒设备包括药剂箱（6）、药剂传输管道（5）和雾化喷头（15）；药剂箱（6）内的溶液经药剂传输管道（5）流入雾化喷头（15），经雾化喷头（15）雾化后经喷孔（16）喷入土壤中；

所述雾化喷头（15）包括内部药剂流通通道（22）、药剂入口（23）、密封圈（24）、空气入口（25）、阀体（26）、阀芯（27）、拉瓦尔管（28）和连接套（30）；

所述阀体（26）内安装有阀芯（27）；所述阀芯（27）的一端与阀体（26）连通，另一端与拉瓦尔管（28）连通；空气经设置在阀体（26）上的空气入口（25）进入到阀体（26）后经阀芯（27）进入拉瓦尔管（28）；所述阀体（26）上还开设有药剂入口（23），药剂经药剂入口（23）进入阀体（26）后经设置在拉瓦尔管（28）上的内部药剂流通通道（22）；药剂和空气在拉瓦尔管（28）内混合后进行第一次雾化；所述空气和药剂经拉瓦尔管（28）内第一次雾化后进入连接套（30）内设的谐振腔进行第二次雾化喷出；所述拉瓦尔管（28）中的空气通道与内部药剂流通通道（22）垂直设置；所述谐振腔为十字形槽孔结构。

2.根据权利要求1所述的温室用旋耕消毒联合作业机械，其特征在于，空气经压缩机（4）压缩后进入空气入口（25），药剂由高压水泵（8）泵入药剂入口（23）。

3.根据权利要求1所述的温室用旋耕消毒联合作业机械，其特征在于，拉瓦尔管（28）通过端盖（29）支撑。

4.根据权利要求1所述的温室用旋耕消毒联合作业机械，其特征在于，所述阀体（26）与阀芯（27）结合处通过密封圈（24）密封。

5.一种包括权利要求1-4任一项所述的温室用旋耕消毒联合作业机械的耕作机械，其特征在于，该耕作机械包括所述的温室用旋耕消毒联合作业机械。

6.根据权利要求5所述的耕作机械，其特征在于，所述耕作机械还包括覆膜装置（12），旋耕机对土壤进行耕翻后消毒设备将雾化药液输入土壤，覆膜装置（12）进行覆膜。

7.根据权利要求5所述的耕作机械，其特征在于，所述耕作机械还包括刀轴（17），所述刀轴（17）和旋耕刀（18）均内开设有高速空气流动通道（19），空气压缩机中的高压空气经高速空气流动通道（19）并通过第二喷孔（20）进入土壤。

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