CN113048263B - 一种智能灌溉用电动阀及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能灌溉用电动阀及其应用，涉及罐盖阀技术领域，主要由阀体、阀芯、通孔、驱动机构和连通在阀体两侧的出水管组成，所述阀体和阀芯均为开口朝向的筒状结构，所述阀芯在阀体内壁滑动，所述通孔水平贯穿阀芯两侧，所述驱动机构位于阀芯和阀体二者之间用以驱动阀芯在阀体内壁上下滑动。本发明中水流的力和操控阀芯的力在同一直线上，进而不会出现操控阀芯时水流力和阀芯操控力之间合力和二者力不在同一直线上使阀芯出现偏移的力容易损坏阀芯的问题，大大延长了使用寿命。

Description

一种智能灌溉用电动阀及其应用
技术领域
本发明涉及电控传动技术领域，尤其涉及一种智能灌溉用电动阀及其应用。
背景技术
智能灌溉系统中，通常使用电磁阀或者电动阀，电磁阀常安装于灌溉系统首部，需要电线进行通讯，且对水质要求较高，控制面积受限；电动阀常安装于田间给水栓处，通过储电介质（如电池、太阳能板）实现电动控制与远程智能灌溉通讯，实现大面积农作物的轮灌。
在现有技术中，专利号201710152721.8与专利号201610378228.3公开了一种电动阀，解决了由于管道流量较大，存在较大水压，使得传统手动阀门在使用时，费时费力，不方便使用，不能满足当前的智能灌溉系统的问题。
但是在实际使用过程中电动阀经常出现故障，主要原因是在制动阀门时水流产生的水流方向的冲击力会对电动阀的转芯（球状或者薄圆柱）带来较大阻力，从而影响了电动机构，大大降低了电动阀的使用寿命，增加了维修成本，耽误了最佳灌溉时间；
此外，市面电动阀绝大多数仅有1个或者2个出水口，因而控制灌溉面积有限，加之电动阀昂贵，控制较大灌溉面积就需要增加电动阀数量，这无疑又增加了农业灌溉设备费。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种智能灌溉用电动阀及其应用。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种智能灌溉用电动阀，主要由阀体、阀芯、通孔、驱动机构和连通在阀体两侧的四个出水管组成，所述阀体和阀芯均为开口朝下的圆柱形筒状结构，所述阀芯在阀体内壁滑动，所述通孔水平贯穿阀芯两侧，所述阀体表面相对出水管的位置开设有四个圆形孔，四个所述圆形孔在阀体的轴向方向上依次错开且在圆周方向上依次错开一定角度，四个所述阀体借助所述四个圆形孔分别和四个出水管连通，所述通孔为圆孔，所述圆形孔的内径小于所述通孔的内径，所述驱动机构位于阀芯和阀体二者之间用以驱动阀芯在阀体内壁上下滑动；
所述阀体的内壁固定连接有两个导向杆，在阀体的顶端内壁设置有一环形凹槽，该导向杆杆体的顶部呈L型圆滑过渡弯折并且杆体的端部滑动挂接在环形凹槽内，两个所述导向杆以阀体的竖直中心线对称分布在阀体内壁，所述导向杆竖直贯穿阀芯并和阀芯滑动连接，所述阀芯的表面自上到下固定套有三个橡胶圈，位于最下方的橡胶圈套在阀芯表面靠近底端的位置，阀芯表面位于通孔上下两侧的位置均套有橡胶圈，所述阀芯借助三个橡胶圈和阀体内壁过盈配合；
所述驱动机构主要由螺杆和转盘构成，所述螺杆竖直贯穿阀体的上壁，所述螺杆的底端借助电控旋转离合器和阀芯可控的转动连接，其中电控旋转离合器的两端分别连接到螺杆的底端和阀芯的顶部，所述螺杆和阀体交接处套有橡胶密封圈，所述橡胶密封圈和阀体固装，所述螺杆的最上端固装有转盘，所述螺杆的表面螺纹套有第二齿轮，所述第二齿轮的底端借助电控旋转离合器和阀体上端转动连接，所述阀体的上端固装有安装架，所述安装架的内部竖直安装有伺服电机，所述伺服电机输出轴和阀体上端转动安装，所述伺服电机的输出轴表面安装有第一齿轮，所述第一齿轮的表面和第二齿轮啮合。
所述导向杆和阀芯二者之间的位置设有橡胶密封圈。
所述阀体的上端套有防护罩，所述螺杆滑动穿过防护罩。
所述阀体的底端表面设有圆环凸起，所述阀体底端的内壁设有螺纹槽。
一种利用上述所述的的智能灌溉用电动阀实现分区灌溉的方法，包括以下几个步骤：
S1：将阀体底端连通灌溉水管安装在灌溉区域，其中转动阀体使得四个出水管大致朝向四个灌溉区域；
S2：将位于阀体两侧的出水管均连通短支管A、长支管A；
S3：长支管A和短支管A的侧壁均通过旁通连通有滴灌带A，长支管A与短支管A重叠段位置不设滴灌带A；
S4：根据当前的目标浇灌区域，选定四个出水管中的一个作为目标出水管，然后开启电控旋转离合器和伺服电机，使得螺杆带动阀芯同步转动，该转动过程中导向杆杆体的顶部在环形凹槽内被转动支撑，持续转动直至通孔位于与目标出水管的正下方；
S5：关闭电控旋转离合器，使得仅有螺杆自身转动，然后伺服电机带动第一齿轮转动，第一齿轮带动与其啮合的第二齿轮在阀体上端转动，利用第二齿轮转动带动螺纹穿过其内壁的螺杆竖直方向运动，借此利用螺杆带动阀芯在阀体内壁滑动达到驱动阀芯向上运动，直至阀芯上通孔与目标出水管相同高度，然后关闭伺服电机。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明中，阀体在使用时将其底端连通灌溉水管，通过灌溉水管为阀体内部供水，当需要一号出水口出水时利用驱动机构驱动阀芯在阀体内部滑动，随着阀芯滑动使阀芯侧壁通孔和一号出水口连通，由于阀芯上位于通孔上下位置的橡胶圈阻挡通孔出来水沿着阀芯和阀体之间缝隙溢出，当需要二号出水口出水时利用驱动机构驱动阀芯在阀体内部滑动，随着阀芯滑动使阀芯侧壁通孔和二号出水口连通，以此类推可以连通一号出水口、二号出水口、三号出水口和四号出水口，四个出水口进行轮流出水，即轮流灌溉，进而达到了一个阀门控制多个出水口大大提高了该阀门的一个实用性。
2、本发明中，由于水流是沿着阀体底端进入阀体的，且通过滑动控制阀芯是水沿着阀芯侧壁通孔流出，水流的力和操控阀芯的力在同一直线上，进而不会出现操控阀芯时水流力和阀芯操控力之间合力和二者力不在同一直线上使阀芯出现偏移的力容易损坏阀芯的问题，大大延长了使用寿命。
3、本发明中，螺杆的最上端固装有转盘，当电动阀发生故障时可以通过手动旋转转盘的方式进行灌溉，解决了目前电动阀出现故障而不能及时维修的问题，从而保证了作物的最佳灌溉时间。
4、本发明中，通过一号出水口、二号出水口、三号出水口和四号出水口在阀体两侧交错设置，在将与其连通的长支管、短支管配合“十”字形管路布置，可大程度减少支管路布置，从而减少工程造价，利用长支管和短支管配合，既解决了只有一个支管情景布置时支管供水量不足的问题，又解决了两个长支管情景布置时工程造价较大的问题，借助长支管和短支管上的滴管带对一号区域、二号区域、三号区域和四号区域进行轮番灌溉， 满足了基本供水量需求和节省工程造价的目的。
附图说明
图1为本发明提出一种智能灌溉用电动阀及其应用的立体结构示意图；
图2为展示图1中防护罩内部结构的示意图；
图3为展示图1主体内部的剖视图；
图4为一号出水口流通状态的示意图；
图5为二号出水口流通状态的示意图；
图6为四号出水口流通状态的示意图；
图7为三号出水口流通状态的示意图；
图8为截止状态的示意图；
图9为图3的A处结构示意图；
图10为本发明“十”字布置时电动阀的应用状态示意图。
图例说明：1、阀体；2、出水管；3、阀芯；4、螺杆；5、导向杆；6、橡胶圈；7、通孔；8、转盘；9、防护罩；10、安装架；11、伺服电机；12、第一齿轮；13、第二齿轮；201、一号出水口；202、二号出水口；203、三号出水口；204、四号出水口；A1、短支管；A2、长支管；A3、滴灌带。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，如图1-9所示，一种智能灌溉用电动阀，主要由阀体1、阀芯3、通孔7、驱动机构和连通在阀体1两侧的四个出水管2组成，所述阀体1和阀芯3均为开口朝下的圆柱形筒状结构，所述阀芯3在阀体1内壁滑动，所述通孔7水平贯穿阀芯3两侧，所述阀体1表面相对出水管2的位置开设有四个圆形孔，四个所述圆形孔在阀体1的轴向方向上依次错开且在圆周方向上依次错开一定角度，四个所述阀体1借助所述四个圆形孔分别和四个出水管2连通，所述通孔7为圆孔，所述圆形孔的内径小于所述通孔7的内径，所述驱动机构位于阀芯3和阀体1二者之间用以驱动阀芯3在阀体1内壁上下滑动；
所述阀体1的内壁固定连接有两个导向杆5，在阀体1的顶端内壁设置有一环形凹槽，该导向杆5杆体的顶部呈L型圆滑过渡弯折并且杆体的端部滑动挂接在环形凹槽内，两个所述导向杆5以阀体1的竖直中心线对称分布在阀体1内壁，所述导向杆5竖直贯穿阀芯3并和阀芯3滑动连接，所述阀芯3的表面自上到下固定套有三个橡胶圈6，位于最下方的橡胶圈6套在阀芯3表面靠近底端的位置，阀芯3表面位于通孔7上下两侧的位置均套有橡胶圈6，所述阀芯3借助三个橡胶圈6和阀体1内壁过盈配合；
所述驱动机构主要由螺杆4和转盘8构成，所述螺杆4竖直贯穿阀体1的上壁，所述螺杆4的底端借助电控旋转离合器和阀芯3可控的转动连接，其中电控旋转离合器的两端分别连接到螺杆4的底端和阀芯3的顶部，所述螺杆4和阀体1交接处套有橡胶密封圈，所述橡胶密封圈和阀体1固装，所述螺杆4的最上端固装有转盘8，所述螺杆4的表面螺纹套有第二齿轮13，所述第二齿轮13的底端借助电控旋转离合器和阀体1上端转动连接，所述阀体1的上端固装有安装架10，所述安装架10的内部竖直安装有伺服电机11，所述伺服电机11输出轴和阀体1上端转动安装，所述伺服电机11的输出轴表面安装有第一齿轮12，所述第一齿轮12的表面和第二齿轮13啮合。
所述导向杆5和阀芯3二者之间的位置设有橡胶密封圈。
所述阀体1的上端套有防护罩9，所述螺杆4滑动穿过防护罩9。
所述阀体1的底端表面设有圆环凸起，所述阀体1底端的内壁设有螺纹槽。
一种利用上述所述的的智能灌溉用电动阀实现分区灌溉的方法，包括以下几个步骤：
S1：将阀体1底端连通灌溉水管安装在灌溉区域，其中转动阀体1使得四个出水管2大致朝向四个灌溉区域；
S2：将位于阀体1两侧的出水管2均连通短支管A1、长支管A2；
S3：长支管A2和短支管A1的侧壁均通过旁通连通有滴灌带A3，长支管A2与短支管A1重叠段位置不设滴灌带A3；
S4：根据当前的目标浇灌区域，选定四个出水管2中的一个作为目标出水管，然后开启电控旋转离合器和伺服电机11，使得螺杆4带动阀芯3同步转动，该转动过程中导向杆5杆体的顶部在环形凹槽内被转动支撑，持续转动直至通孔7位于与目标出水管的正下方；
S5：关闭电控旋转离合器，使得仅有螺杆4自身转动，然后伺服电机11带动第一齿轮12转动，第一齿轮12带动与其啮合的第二齿轮13在阀体1上端转动，利用第二齿轮13转动带动螺纹穿过其内壁的螺杆4竖直方向运动，借此利用螺杆4带动阀芯3在阀体1内壁滑动达到驱动阀芯3向上运动，直至阀芯3上通孔7与目标出水管相同高度，然后关闭伺服电机11。
其中通孔7为圆孔，圆形孔的内径小于通孔7的内径进而方便通孔7的水直接流过圆形孔避免定位不准容易出现水流降低的问题，驱动机构不仅仅局限于螺纹杆4驱动还可以是气缸、电动伸缩杆等可以驱动直线运动的设备，驱动机构主要由螺杆4和转盘8构成，螺杆4竖直贯穿阀体1的上壁，螺杆4的底端借助电控旋转离合器和阀芯3转动连接，螺杆4和阀体1交接处套有橡胶密封圈，橡胶密封圈和阀体1固装，螺杆4的最上端固装有转盘8，螺杆4的表面螺纹套有第二齿轮13，第二齿轮13的底端借助电控旋转离合器和阀体1上端转动连接，阀体1的上端固装有安装架10，安装架10的内部竖直安装有伺服电机11，伺服电机11输出轴和阀体1上端转动安装，伺服电机11的输出轴表面安装有第一齿轮12，第一齿轮12的表面和第二齿轮13啮合，阀体1的上端套有防护罩9，螺杆4滑动穿过防护罩9。
其整个上述部件达到的效果为，阀体1在使用时将其底端连通灌溉水管，通过灌溉水管为阀体1内部供水，当需要一号出水口201出水时利用驱动机构驱动阀芯3在阀体1内部滑动，随着阀芯3滑动使阀芯3侧壁通孔7和一号出水口201连通，由于阀芯3上位于通孔7上下位置的橡胶圈6阻挡通孔7出来水沿着阀芯3和阀体1之间缝隙溢出，当需要二号出水口202出水时利用驱动机构驱动阀芯3在阀体1内部滑动，随着阀芯3滑动使阀芯3侧壁通孔7和二号出水口202连通，以此类推可以连通一号出水口201、二号出水口202、三号出水口203和四号出水口204，四个出水口进行轮流出水，即轮流灌溉，进而达到了一个阀门控制多个出水口大大提高了该阀门的一个实用性，其中驱动结构是借助安装在阀体1上的伺服电机11带动第一齿轮12转动，第一齿轮12带动与其啮合的第二齿轮13在阀体1上端转动，利用第二齿轮13转动带动螺纹穿过其内壁的螺杆4竖直方向运动，借此利用螺杆4带动阀芯3在阀体1内壁滑动达到驱动阀芯3的作用，其中当伺服电机11出现故障时仅需要借助木棍抵住第一齿轮12使其卡住，通过人工转动转盘8使转盘8驱动螺杆4在第二齿轮13内部螺纹转动，达到了人力驱动阀芯3竖直方向运动，使该阀具有人工、自动两种方式驱动大大增加了实用性。
阀体1的底端表面设有圆环凸起，阀体1底端的内壁设有螺纹槽，借助圆环凸起可以在阀体1底端套有软质输水管时方便用铁丝捆扎固定，阀体1底端内壁的螺纹槽方便1在连通硬质有螺纹的管道，阀体1底端预留两种管路连接方式增加了阀体1整体的一个适配性。
如图10所示，一种智能灌溉用电动阀的应用方法包括以下几个步骤：
S1：将阀体1底端连通灌溉水管安装在灌溉区域，其中转动阀体1使得四个出水管2大致朝向四个灌溉区域；
S2：将位于阀体1两侧的出水管2均连通短支管A1、长支管A2；
S3：长支管A2和短支管A1的侧壁均通过旁通连通有滴灌带A3，长支管A2与短支管A1重叠段位置不设滴灌带A3；
S4：根据当前的目标浇灌区域，选定四个出水管2中的一个作为目标出水管，然后开启电控旋转离合器和伺服电机11，使得螺杆4带动阀芯3同步转动，该转动过程中导向杆5杆体的顶部在环形凹槽内被转动支撑，持续转动直至通孔7位于与目标出水管的正下方；
S5：关闭电控旋转离合器，使得仅有螺杆4自身转动，然后伺服电机11带动第一齿轮12转动，第一齿轮12带动与其啮合的第二齿轮13在阀体1上端转动，利用第二齿轮13转动带动螺纹穿过其内壁的螺杆4竖直方向运动，借此利用螺杆4带动阀芯3在阀体1内壁滑动达到驱动阀芯3向上运动，直至阀芯3上通孔7与目标出水管相同高度，然后关闭伺服电机11。
其整个上述应用方法达到的效果为，通过一号出水口201、二号出水口202、三号出水口203和四号出水口204在阀体1两侧交错设置，在将与其连通的长支管A2、短支管A1配合“十”字形管路布置，可大程度减少支管路布置，从而减少工程造价，利用长支管A2和短支管A1配合替代传统只有一个支管，解决了传统一个支管供水量不足的问题，长支管A2和短支管A1配合不会出现两个都是长支管A2出现工程造价较大的问题，借助长支管A2和短支管A1上的滴管带对一号区域、二号区域、三号区域和四号区域进行轮番灌溉。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能灌溉用电动阀，主要由阀体（1）、阀芯（3）、通孔（7）、驱动机构和连通在阀体（1）两侧的四个出水管（2）组成，其特征在于：所述阀体（1）和阀芯（3）均为开口朝下的圆柱形筒状结构，所述阀芯（3）在阀体（1）内壁滑动，所述通孔（7）水平贯穿阀芯（3）两侧，所述阀体（1）表面相对出水管（2）的位置开设有四个圆形孔，四个所述圆形孔在阀体（1）的轴向方向上依次错开且在圆周方向上依次错开一定角度，四个所述阀体（1）借助所述四个圆形孔分别和四个出水管（2）连通，所述通孔（7）为圆孔，所述圆形孔的内径小于所述通孔（7）的内径，所述驱动机构位于阀芯（3）和阀体（1）二者之间用以驱动阀芯（3）在阀体（1）内壁上下滑动；
所述阀体（1）的内壁固定连接有两个导向杆（5），在阀体（1）的顶端内壁设置有一环形凹槽，该导向杆（5）杆体的顶部呈L型圆滑过渡弯折并且杆体的端部滑动挂接在环形凹槽内，两个所述导向杆（5）以阀体（1）的竖直中心线对称分布在阀体（1）内壁，所述导向杆（5）竖直贯穿阀芯（3）并和阀芯（3）滑动连接，所述阀芯（3）的表面自上到下固定套有三个橡胶圈（6），位于最下方的橡胶圈（6）套在阀芯（3）表面靠近底端的位置，阀芯（3）表面位于通孔（7）上下两侧的位置均套有橡胶圈（6），所述阀芯（3）借助三个橡胶圈（6）和阀体（1）内壁过盈配合；
所述驱动机构主要由螺杆（4）和转盘（8）构成，所述螺杆（4）竖直贯穿阀体（1）的上壁，所述螺杆（4）的底端借助电控旋转离合器和阀芯（3）可控的转动连接，其中电控旋转离合器的两端分别连接到螺杆（4）的底端和阀芯（3）的顶部，所述螺杆（4）和阀体（1）交接处套有橡胶密封圈，所述橡胶密封圈和阀体（1）固装，所述螺杆（4）的最上端固装有转盘（8），所述螺杆（4）的表面螺纹套有第二齿轮（13），所述第二齿轮（13）的底端借助电控旋转离合器和阀体（1）上端转动连接，所述阀体（1）的上端固装有安装架（10），所述安装架（10）的内部竖直安装有伺服电机（11），所述伺服电机（11）输出轴和阀体（1）上端转动安装，所述伺服电机（11）的输出轴表面安装有第一齿轮（12），所述第一齿轮（12）的表面和第二齿轮（13）啮合。
2.根据权利要求1所述的一种智能灌溉用电动阀，其特征在于：所述导向杆（5）和阀芯（3）二者之间的位置设有橡胶密封圈。
3.根据权利要求2所述的一种智能灌溉用电动阀，其特征在于：所述阀体（1）的上端套有防护罩（9），所述螺杆（4）滑动穿过防护罩（9）。
4.根据权利要求3所述的一种智能灌溉用电动阀，其特征在于：所述阀体（1）的底端表面设有圆环凸起，所述阀体（1）底端的内壁设有螺纹槽。
5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的智能灌溉用电动阀实现分区灌溉的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
S1：将阀体（1）底端连通灌溉水管安装在灌溉区域，其中转动阀体（1）使得四个出水管（2）大致朝向四个灌溉区域；
S2：将位于阀体（1）两侧的出水管（2）均连通短支管（A1）、长支管（A2）；
S3：长支管（A2）和短支管（A1）的侧壁均通过旁通连通有滴灌带（A3），长支管（A2）与短支管（A1）重叠段位置不设滴灌带（A3）；
S4：根据当前的目标浇灌区域，选定四个出水管（2）中的一个作为目标出水管，然后开启电控旋转离合器和伺服电机（11），使得螺杆（4）带动阀芯（3）同步转动，该转动过程中导向杆（5）杆体的顶部在环形凹槽内被转动支撑，持续转动直至通孔（7）位于与目标出水管的正下方；
S5：关闭电控旋转离合器，使得仅有螺杆（4）自身转动，然后伺服电机（11）带动第一齿轮（12）转动，第一齿轮（12）带动与其啮合的第二齿轮（13）在阀体（1）上端转动，利用第二齿轮（13）转动带动螺纹穿过其内壁的螺杆（4）竖直方向运动，借此利用螺杆（4）带动阀芯（3）在阀体（1）内壁滑动达到驱动阀芯（3）向上运动，直至阀芯（3）上通孔（7）与目标出水管相同高度，然后关闭伺服电机（11）。
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