CN112913435B - 一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，包括用于储存固态肥的储肥箱、设置在储肥箱下方的柱塞管、设置在柱塞管内的可水平移动的第一注肥件和第二注肥件；所述柱塞管上侧开设有与所述储肥箱连通的进肥口，柱塞管两侧设置有与灌溉管网主管连通的出肥口；在动力机构的带动下，所述第一注肥件和第二注肥件之间形成一个尺寸可变且可移动的中间腔，所述中间腔的最大长度大于所述进肥口的长度，所述中间腔的最小长度为零；本发明相对于传统压差施肥罐，能够直接加入固体肥料，解决磷钾肥溶解度低搅拌溶肥困难，且柱塞注肥结构，容杂率高性能稳定可靠，能够将颗粒肥定时定量均匀注入灌溉管网，能合理地利用好水肥资源，增加了肥料利用率。

Description

一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置

技术领域

本发明属于滴灌施肥装置技术领域，具体涉及一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置。

背景技术

滴灌施肥技术是对作物完成灌水的同时施用水溶性肥料，实现水和肥一体化的利用和管理，即水肥一体化技术。目前，滴灌施肥技术常见的人工搅拌水溶冲施肥外，还有压差式施肥罐施肥、文丘里吸肥、比例式隔膜泵注肥、螺杆泵注肥等施肥技术。压差式施肥技术主要是利用施肥罐前后压差将肥料溶液带入滴灌管道，再通过滴灌带、滴灌管等灌水器，将肥料以较小流量准确地输送到作物根部附近的土壤表面，以水滴形式灌入土层中供作物根系直接吸收利用。文丘里吸肥器和比例式注肥泵均可提供较为恒定的肥液浓度，但是前者水头损失大，后者需要外加动力和装置，而且后两者注肥器对多数固体颗粒肥料接受度较差，使其推广和应用受到了一定限制，只能应用于肥料充分溶解得小环境施肥中。压差式施肥罐以其造价低廉，操作与维修简单等优点，广泛应用于温室大棚蔬菜和新疆大田棉花，是目前滴灌系统中应用最普遍的一种滴灌施肥装置。但是，滴灌压差施肥系统在施肥过程中肥液浓度会持续衰减；为了减弱衰减过程势需要提高施肥罐两端的压差，但是施肥罐两端压差越大，肥液浓度衰减速度越快，施肥时间越短，对于滴灌施肥过程中施肥罐注肥均匀度有非常大的影响。总之，传统的压差施肥罐施肥时长及施肥时段不能精确控制造成大量肥料不能集中于作物根系周围，使得肥料下渗造成浪费。

此外现有的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置多采用涡轮流量计计量方式，而涡轮流量计计量时液体必须经过涡轮，推动涡轮旋转产生数字信号，经过多年应用得出涡轮流量计在肥液介质中使用一段时间后涡轮容易卡住无法转动，而直管式电磁流量计和超声波流量计价格较高，所以机器生产成本较高，用户接受度较差。现有施肥装备中多采用文丘里、比例施肥泵、隔膜泵、离心泵，而这些泵只能应用在清液中，对固体大颗粒肥料接受度较差，耗能高，结构复杂零配件多易损坏难维护，而且施肥量难以控制易受灌溉主管道压力影响。且现有施肥装备基本都应用于温室小环境中，缺乏针对大田农作物的成熟可靠的施肥装备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种用于农田滴灌固态肥的可实现固态颗粒肥定时定量均匀注入灌溉管网的自动施肥装置。

本发明的技术方案如下：

一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，包括用于储存固态肥的储肥箱、设置在储肥箱下方的柱塞管、设置在柱塞管内的可水平移动的第一注肥件和第二注肥件以及用于驱动第一注肥件和第二注肥件移动的动力机构；所述柱塞管上侧开设有与所述储肥箱连通的进肥口，所述柱塞管两侧设置有与灌溉管网主管连通的出肥口；所述出肥口沿灌溉管网主管方向贯通设置；

所述第一注肥件包括间隔设置的第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和第二活塞之间间隔的长度大于所述出肥口的长度，所述第二注肥件包括第三活塞和连接在第三活塞远离第一注肥件一端的用于封堵进肥口的挡块，在所述第一活塞、第二活塞和第三活塞滑动密封设置在所述柱塞管内；在动力机构的带动下，所述第二活塞和第三活塞之间形成一个尺寸可变且可移动的中间腔，所述中间腔的最大长度大于所述进肥口的长度，所述中间腔的最小长度为零。

进一步的，所述柱塞管上设置有位于所述出肥口外壁上的防漏网。

进一步的，所述第一注肥件还包括连接在第一活塞与第二活塞之间的支撑棒。

进一步的，所述挡块的长度大于所述进肥口的长度。

进一步的，所述动力机构包括转动装配在柱塞管内两端的丝杆和固定在所述柱塞管上的用于驱动所述丝杆转动平移的减速机，一根丝杆靠近进肥口的一端连接在第一活塞上，另一根丝杆靠近进肥口的一端连接在挡块上。

进一步的，所述动力机构包括设置在柱塞管长度两端的行程气缸，一个行程气缸的活塞端连接在第一活塞上，另一个行程气缸的活塞端连接在挡块上。

进一步的，所述柱塞管通过密封抱件设置在灌溉管网主管内，所述密封抱件包括一对哈弗半壳，所述哈弗半壳相对的一侧分别设置有与灌溉管网主管和柱塞管对应的第一容纳部和第二容纳部，所述柱塞管与灌溉管网主管的交接处还设置有密封圈。

进一步的，所述柱塞管与所述灌溉管网主管的连接处设置有一体成型的连接节，所述灌溉管网主管和柱塞管分别连接在连接节的端部上。

进一步的，所述柱塞管与所述灌溉管网主管的连接处设置有连接组件，所述连接组件包括主节，所述主节包括与灌溉管网主管连接的主筒部和与所述柱塞管连接的分筒部，所述柱塞管穿设在分筒部的筒内且柱塞管与分筒部之间设置有双层密封圈，所述分筒部外配合设置有锁紧帽。

本发明的工作原理是，中间腔用于移动固态肥，中间腔首先根据需要装入定量的固态肥，具体的用量通过动力机构改变中间腔的长度实现，之后，同步移动第一注肥件和第二注肥件，使中间腔在不改变大小的前提下移动至出肥口处，同时挡块封堵进肥口，灌溉主管的水流冲击出肥口内的固态肥，停止一定秒数后，动力机构推动第一注肥件向第三活塞方向靠近减小中间腔，挤出中间腔内的清水，至此完成一次向灌溉管网主管内的注肥；若需进行下一次的注肥，则第二注肥件反向动作，挡块和第三活塞移开打开进肥口，储肥箱中的固态肥向下落入中间腔，再移动中间腔至出肥口注肥即可；动力机构的控制系统为常规工业控制技术，如采用PLC控制器和交互界面如触控屏，不再赘述；可根据土壤及作物类型设置最佳施肥时段和施肥时长，由控制系统统一控制，节省人力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明相对于传统压差施肥罐，能够直接加入固体肥料，解决磷钾肥溶解度低搅拌溶肥困难，且柱塞注肥结构，容杂率高性能稳定可靠，能够将颗粒肥定时定量均匀注入灌溉管网，解决传统高频次人工加肥施肥问题；能够精确控制施肥量，使颗粒肥小量充分均匀溶解与灌溉管网，而且一次可以加入多组轮灌施肥量，大量减少了人力、物力，财力，能合理地利用好水肥资源，增加了肥料利用率。

附图说明

图1为本发明实施例1的中间腔正对进肥口时的结构示意图。

图2为本发明实施例1的中间腔正对出肥口时的结构示意图。

图3为本发明实施例1的中间腔处于最小长度时的结构示意图。

图4为本发明实施例1的动力机构的结构示意图。

图5为本发明实施例1的密封抱件的俯视结构示意图。

图6为本发明实施例2的连接节的俯视结构示意图。

图7为本发明实施例3的连接组件的俯视剖视结构示意图。

图中，第二活塞(1)、支撑棒(2)、出肥口(3)、灌溉管网主管(4)、第一活塞(5)、丝杆(6)、中间腔(7)、第三活塞(8)、挡块(9)、减速机(11)、储肥箱(12)、柱塞管(13)、蜗杆(14)、密封圈(15)、固定螺丝(16)、主管连接管(17)、柱塞连接管(18)、加固部(19)、主筒部(20)、分筒部(21)、锁紧帽(22)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图3所示，一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，包括用于储存固态肥的储肥箱12、设置在储肥箱12下方的柱塞管13、设置在柱塞管13内的可水平移动的第一注肥件和第二注肥件以及用于驱动第一注肥件和第二注肥件移动的动力机构；所述柱塞管13上侧开设有与所述储肥箱12的出口连通的进肥口，所述柱塞管13两侧设置有与灌溉管网主管4连通的出肥口3；储肥箱12为倒锥形，便于固态肥滑落至储肥箱12出口，施肥前根据计划施肥量将固体颗粒肥混合倒入肥料箱中；

所述第一注肥件包括间隔设置的第一活塞5和第二活塞1，所述第一活塞5和第二活塞1之间间隔的长度大于所述出肥口3的长度，第一活塞5和第二活塞1之间的间隔可用于在不需要施肥时供灌溉管网主管4内的水流通过；所述第二注肥件包括第三活塞8和连接在第三活塞8远离第一注肥件一端的用于封堵进肥口的挡块9，在所述第一活塞5、第二活塞1和第三活塞8滑动密封设置在所述柱塞管13内；在动力机构的带动下，所述第二活塞1和第三活塞8之间形成一个尺寸可变且可移动的中间腔7，中间腔7在进肥口与出肥口3进行位置变换，所述中间腔7的最大长度大于所述进肥口的长度，所述中间腔7的最小长度为零；相对于传统压差施肥罐，本装置可将颗粒肥定时定量均匀注入灌溉管网，而且一次可以加入多组轮灌施肥量，减少人力，既增加了肥料利用率，又降低了肥料的投入量。

在本实施例中，如图5所示，柱塞管13与灌溉管网主管4的连接处设置有密封抱件，所述柱塞管13通过设置在灌溉管网主管4内，具体的，所述密封抱件包括一对哈弗半壳，所述哈弗半壳相对的一侧分别设置有与灌溉管网主管4和柱塞管13对应的第一容纳部和第二容纳部，所述柱塞管13与灌溉管网主管4的交接处还设置有密封圈15，密封圈15在哈弗半壳的挤压作用下贴紧灌溉管网主管4的外壁上封堵柱塞管13与灌溉管网主管4的交接处的缝隙；此外，在柱塞管13与灌溉管网主管4的交接处的缝隙处还可以设置一圈防水密封胶，将缝隙封堵。

进一步的，如图1至图3所示，所述出肥口3沿灌溉管网主管4方向贯通设置，且出肥口3设置的靠近灌溉管网主管4的中部，使得灌溉管网主管4中心强劲的水流能够冲击中间腔7内的固态肥，使其快速溶解。

进一步的，所述柱塞管13上设置有位于所述出肥口3外壁上的防漏网，防漏网可为尼龙网或金属网，防止为融化至小尺寸的固态肥进入灌溉管网，同时也可以防止掺杂在固态肥中的大尺寸杂物进入到灌溉管网内。

进一步的，如图1至图3所示，所述第一注肥件还包括连接在第一活塞5与第二活塞1之间的支撑棒2；支撑杆的上下表面以弧形面为佳，减小水流对支撑杆的冲击，延长支撑杆的使用寿命。

进一步的，如图1至图3所示，所述挡块9的长度大于所述进肥口的长度，从而在中间腔7正对出肥口3时仍然能够封堵出肥口3。

在本实施例中，如图4所示，所述动力机构包括转动装配在柱塞管13内两端的丝杆6、转动装配在所述丝杆6上的涡轮组件、固定在所述柱塞管13上的用于驱动所述丝杆6转动平移的减速机11和连接在所述减速机11的输出轴且与所述涡轮组件外周啮合的蜗杆14，通过减速机11的正转反转来控制丝杆6的移动，一根丝杆6靠近进肥口的一端连接在第一活塞5上，另一根丝杆6靠近进肥口的一端连接在挡块9上，两根丝杆6分别由独立的减速机11带动，减速机11由控制系统控制。

本发明的注肥过程为：

施肥前根据计划施肥量将多组轮灌所需肥料混合倒入储肥箱12中，施肥时控制系统根据施肥量和施肥时长控制第一注肥件和第二注肥件的行程和动作频率；

如图1所示，每一个注肥行程开始时，左侧减速机11和右侧减速机11丝杆6全部运行至最右侧，第一注肥件和第二注肥件形成与储肥箱12最底部出口一样大或略大的空管，即中间腔7，肥料受到重力和负压作用进入中间腔7；当肥料进入中间腔7一定秒数后左侧减速机11和右侧减速机11同时推动各自丝杆6向左运行，当中间腔7与灌溉管网主管4横截面齐平时停止运行，如图2所示，此时中间腔7对准出肥口3，通过灌溉主管的水流冲击出肥口3内的颗粒肥料将柱塞管13内肥料冲洗干净，停止一定秒数后左侧减速机11先启动向右推动丝杆6运行，使与第二活塞1和第三活塞8之间的清水从方孔中排出，如图3所示，当第二活塞1和第三活塞8接近后左侧减速机11停止运行，此时右侧减速机11向右运行至最右侧完成注肥的一个行程；活塞运行距离根据减速机11的后端编码器给PLC反馈的数据精确控制运行距离；在控制器中输入一个行程的注肥量，控制器根据设计施肥速率精确控制单位时间内的注肥行程次数；

若需进行下一次的注肥，则第二注肥件向右动作，挡块9和第三活塞8移开打开进肥口，储肥箱12中的固态肥向下落入中间腔7，再移动中间腔7至出肥口3注肥即可。

实施例2

本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。

本实施例中，柱塞管13与所述灌溉管网主管4的连接方式有不同。

在本实施例中，如图6所示，所述柱塞管13与所述灌溉管网主管4的连接处设置有一体成型的连接节，连接节是通过3D打印技术直接成型，材质采用现有的3D防水的打印材料即可，如可为金属、陶瓷或塑料(ABS、PC、PLA等)，连接节包括十字型的空心主体，内部直接打印出主管连接管17和柱塞连接管18，主管连接管17与柱塞连接管18的排布与实施例1中的灌溉管网主管4的柱塞管13交汇出的连接方式相同，主管连接管17与柱塞连接管18仅通过设置在柱塞连接管18中部的出肥口3连通，固态肥也同样从该出肥口中溶解流出；灌溉管网主管4螺纹连接或法兰连接在主管连接管17的两端，柱塞管13相当于被分割为了三个子节，中间的一节被柱塞连接管18取代，另外两个子节螺纹连接或法兰连接在柱塞连接管18的两端；为了增加主管连接管17和柱塞连接管18的交汇处的强度，在主管连接管17和柱塞连接管18与连接的位置处还设置有起到加强作用的增厚的加固部19。

在本实施例中，动力机构的结构也与实施例1中的不同，所述动力机构包括设置在柱塞管13长度两端的行程气缸和用于控制形成气缸形成的换气装置，控制行程气缸的行程为常规技术，此处不再赘述，一个行程气缸的活塞端连接在第一活塞5上，另一个行程气缸的活塞端连接在挡块9上。

实施例3

本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。

本实施例中，柱塞管13与所述灌溉管网主管4的连接方式也不同。

如图7所示，所述柱塞管13与所述灌溉管网主管4的连接处设置有连接组件，所述连接组件包括主节，所述主节包括与灌溉管网主管4连接的主筒部20和与所述柱塞管13连接的分筒部21，分筒部21与主筒部20的方向垂直，灌溉管网主管4法兰连接或螺纹连接在主筒部20的外端部，所述柱塞管13穿设在分筒部21的筒内且出肥口3位于主筒部20的中间位置，柱塞管13外壁与分筒部21内壁之间设置有双层的密封圈15，密封圈15优选的通过设置在柱塞管13外的环槽固定位置，所述分筒部21外配合设置有锁紧帽22，锁紧帽22可以螺纹连接在分筒部21外，锁紧帽22也可以采用抱箍，锁紧帽22的作用是向柱塞管13方向挤压分筒部21使两者靠近锁紧密封圈封闭分筒部21与柱塞管13之间的间隙。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：包括用于储存固态肥的储肥箱(12)、设置在储肥箱(12)下方的柱塞管(13)、设置在柱塞管(13)内的可水平移动的第一注肥件和第二注肥件以及用于驱动第一注肥件和第二注肥件移动的动力机构；所述柱塞管(13)上侧开设有与所述储肥箱(12)的出口连通的进肥口，所述柱塞管(13)两侧设置有与灌溉管网主管(4)连通的出肥口(3)；所述出肥口(3)沿灌溉管网主管(4)方向贯通设置；

所述第一注肥件包括间隔设置的第一活塞(5)和第二活塞(1)，所述第一活塞(5)和第二活塞(1)之间间隔的长度大于所述出肥口(3)的长度，所述第二注肥件包括第三活塞(8)和连接在第三活塞(8)远离第一注肥件一端的用于封堵进肥口的挡块(9)，在所述第一活塞(5)、第二活塞(1)和第三活塞(8)滑动密封设置在所述柱塞管(13)内；在动力机构的带动下，所述第二活塞(1)和第三活塞(8)之间形成一个尺寸可变且可移动的中间腔(7)，所述中间腔(7)的最大长度大于所述进肥口的长度，所述中间腔(7)的最小长度为零。

2.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述柱塞管(13)上设置有位于所述出肥口(3)外壁上的防漏网。

3.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述第一注肥件还包括连接在第一活塞(5)与第二活塞(1)之间的支撑棒(2)。

4.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述挡块(9)的长度大于所述进肥口的长度。

5.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述动力机构包括转动装配在柱塞管(13)内两端的丝杆(6)和固定在所述柱塞管(13)上的用于驱动所述丝杆(6)转动平移的减速机(11)，一根丝杆(6)靠近进肥口的一端连接在第一活塞(5)上，另一根丝杆(6)靠近进肥口的一端连接在挡块(9)上。

6.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述动力机构包括设置在柱塞管(13)长度两端的行程气缸，一个行程气缸的活塞端连接在第一活塞(5)上，另一个行程气缸的活塞端连接在挡块(9)上。

7.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述柱塞管(13)通过密封抱件设置在灌溉管网主管(4)内，所述密封抱件包括一对哈弗半壳，所述哈弗半壳相对的一侧分别设置有与灌溉管网主管(4)和柱塞管(13)对应的第一容纳部和第二容纳部，所述柱塞管(13)与灌溉管网主管(4)的交接处还设置有密封圈(15)。

8.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述柱塞管(13)与所述灌溉管网主管(4)的连接处设置有一体成型的连接节，所述灌溉管网主管(4)和柱塞管(13)分别连接在连接节的端部上。

9.根据权利要求1所述的用于农田滴灌固态肥的自动施肥装置，其特征在于：所述柱塞管(13)与所述灌溉管网主管(4)的连接处设置有连接组件，所述连接组件包括主节，所述主节包括与灌溉管网主管(4)连接的主筒部(20)和与所述柱塞管(13)连接的分筒部(21)，所述柱塞管(13)穿设在分筒部(21)的筒内且柱塞管(13)与分筒部(21)之间设置有双层密封圈(15)，所述分筒部(21)外配合设置有锁紧帽(22)。

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