CN114223513B - 一种户外果园用多功能微喷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种户外果园用多功能微喷装置，包括：智能首部枢纽、管网和灌水器。本发明将微喷与泡泡机、起烟机实现有机结合，提高微喷灌功能性，同时针对户外果园常遇到的授粉过度依赖人工、烟雾防冻污染大问题，设计出一种户外果园用多功能微喷装置；装置在保留原有灌溉功能的同时，增加喷泡、喷烟功能以进行系统授粉及防冻，同时通过首部枢纽的识别装置对三项功能进行统一控制，实现对作物生长不同时期需求的系统化、智能化管理；该装置新型喷头借用平衡环原理，平衡圆环分别在两垂直轴向与外部框架及储液槽连接，使其悬挂的储液槽在晃动时始终保持稳定，防止其内部的花粉混合溶液洒落。

Description

一种户外果园用多功能微喷装置
技术领域
本发明涉及栽培学设备技术领域，尤其是一种户外果园用多功能微喷装置。
背景技术
微喷又称雾滴喷灌，是在低压水的作用下通过特别设计的微型雾化喷头将水喷射到空中，散成细小雾滴，洒在作物枝叶上或树冠下地面的一种灌水方式，农作物从苗期到成长收获期全过程都适用。微喷既可增加土壤水分，又可提高空气湿度，起到调节小气候的作用。
泡泡授粉技术是将花粉采集后，和有机或无机溶液混合，形成泡泡，当泡泡在空中爆炸，花粉随之粘在花朵的柱头上，便可以完成花粉的传递，进行授粉。其优点是稳定的液膜和大表面积的肥皂泡可作为输送微小轻质花粉粒的合适介质，并且肥皂泡作为生态材料，具有易降解性和低成本的优点。
而户外果园中常见的问题如下：①猕猴桃为主的果树花粉可以购买，但授粉仍然依赖人工，工作量较大；②水资源利用效率低，多数水果需要高频率灌溉来增湿保持产量，但喷灌、微喷灌成本较高，普及较慢；③蓝莓、葡萄等果园均易出现大面积霜冻，而喷水法效果不佳；传统熏烟法污染较大、烟雾利用效率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种户外果园用多功能微喷装置，实现对作物生长不同时期需求的系统化、智能化管理。
为解决上述技术问题，本发明提供一种户外果园用多功能微喷装置，包括：智能首部枢纽、管网和灌水器，管网首端与智能首部枢纽连接，末端与灌水器连接；智能首部枢纽主要功能为灌溉用水储存，气体、烟雾生成，花粉及表面活性剂混合溶液配置以及对四者的控制传出；不同功能下，智能首部枢纽可分别将灌溉用水、气体、花粉及表面活性剂混合溶液、烟雾通过管网输送到灌水器，并由灌水器喷出，实现灌水、喷泡、喷烟功能；
智能首部枢纽包括高扬程水泵1、低扬程水泵2、气泵3、负压排烟器4、升降机5、旋转机械臂6、起烟机7、烟雾发生室8、混合搅拌室9、蓄水池10、智能识别系统11和底部移动装置12；管网包括干管13、烟雾发生室支管14、蓄水池支管15、气泵支管16、微喷管17和混合溶剂导出管18；灌水器包括新型喷头19；
装置整体由底部移动装置12承载，升降机5与旋转机械臂6由下而上组成整体，旋转机械臂6包括旋转支座20、径向滑轨21及沿径向滑轨21滑动的水平框架22，升降机5升降、旋转支座20转动及水平框架22于径向滑轨21上的滑动统一控制，新型喷头19通过微喷管17连接搭载于水平框架22的干管13末端，干管13首端分别连接通往烟雾发生室8、气泵3、蓄水池10的烟雾发生室支管14、气泵支管16、蓄水池支管15，并单独设一混合溶剂导出管18将混合搅拌室9与新型喷头19储液槽29直接连接，新型喷头19搭载于旋转机械臂6之上，实现灌溉、授粉、保温三种模式下喷头位置调控；
在灌溉模式下，蓄水池10中灌溉水由高扬程水泵1泵出，并依次进入蓄水池支管15、干管13、微喷管17，由新型喷头19喷出；在授粉模式下，花粉及表面活性剂于混合搅拌室9中混匀，后通过低扬程水泵2压入新型喷头19储液槽29，后由气泵3压缩气体并泵出，气体依次进入气泵支管16、干管13、微喷管17，并通过新型喷头19吹出带有花粉的泡泡；在防冻模式下，通过起烟机7于烟雾发生室8内产生烟雾，后由负压排烟器4通过负压将烟雾依次吸入烟雾发生室支管14、干管13、微喷管17，通过新型喷头19喷出；智能识别系统11安装于旋转机械臂6之上，对果园内作物生长条件进行监测，控制各模式功能启闭及旋转机械臂移动。
优选的，新型喷头19包括柱状连接件24、旋转部件25、连接杆26、风车起泡圈27、外部平衡环框架28和储液槽29；新型喷头19的旋转部件25上部与柱状连接件24通过圆柱卡槽连接，下部通过球形卡槽与储液槽29连接，保证旋转部件25与储液槽29能够相对转动，并在储液槽29圆心处提供向上的拉力；旋转部件25通过连接杆26与风车起泡圈27连接，其组合体通过柱状连接件24与外部平衡环框架28及储液槽29连接，旋转部件25下部固定连接杆26首端，连接杆26末端固定风车起泡圈27。
优选的，旋转部件25内部流道设有一定弧度，同时流道出口与径向设有一定角度；授粉模式下，气泵3吹出气体由旋转部件25流道出口吹出，气体推力作用下旋转部件25旋转，同时气体吹动风车起泡圈27，风车起泡圈27转动覆膜，吹出泡泡。
优选的，风车起泡圈27整体呈风车状，在扇叶内部开圆形覆膜孔，覆膜孔内外边缘为锯齿状，增加泡泡液吸附性。
优选的，外部平衡环框架28包括外部框架30和平衡圆环31，平衡圆环31分别在两垂直轴向与外部框架30及储液槽29连接，连接方式为圆柱卡槽，可发生相对转动；通过平衡环原理，使得其内部的储液槽29在喷头晃动时能够保持稳定。
优选的，储液槽29上部为圆形凹槽，圆心处设有凸起的球形卡槽，下部为实心圆锥形，整体材料为塑料，使得储液槽29在补充泡泡液时能保持稳定。
优选的，授粉用混合溶剂配方有两种：一是使用无机溶液，在泡泡液中加入无机盐，如硼、钙、镁和钾，上述离子通过直接或间接的机制促进花粉萌发，同时也可调控pH影响花粉萌发和增加花粉管长度；其二为添加有机溶液，在溶液中加入明胶等有机溶质提升泡泡性能，明胶所含的水溶性蛋白质，在花粉萌发和花粉管伸长中起重要作用。
优选的，在防冻模式下，起烟机7喷出烟雾成分为甘油，无污染且对人体无害。
优选的，在授粉模式下，通过低扬程水泵2将花粉混合溶液压入单独的混合溶剂导出管18，达到对储液槽29内补充溶剂的效果。
优选的，在授粉模式下，对于番茄等两性自花授粉作物，可使用泡泡作为授粉药(激素、农化产品)载体，促进花朵授粉，较人工方法可大大降低授粉药用量。
本发明的有益效果为：本发明将微喷与泡泡机、起烟机实现有机结合，提高微喷灌功能性，同时针对户外果园常遇到的授粉过度依赖人工、烟雾防冻污染大问题，设计出一种户外果园用多功能微喷装置；装置在保留原有灌溉功能的同时，增加喷泡、喷烟功能以进行系统授粉及防冻，同时通过首部枢纽的识别装置对三项功能进行统一控制，实现对作物生长不同时期需求的系统化、智能化管理；该装置新型喷头借用平衡环原理，平衡圆环分别在两垂直轴向与外部框架及储液槽连接，使其悬挂的储液槽在晃动时始终保持稳定，防止其内部的花粉混合溶液洒落。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为本发明的新型喷头整体结构示意图。
图3为本发明的新型喷头旋转部件与风车起泡圈连接体示意图。
图4为本发明的新型喷头旋转部件与风车起泡圈连接体俯视图。
图5为本发明的风车结构示意图。
图6为本发明的平衡环框架及储液槽连接体示意图。
其中，1、高扬程水泵；2、低扬程水泵；3、气泵；4、负压排烟器；5、升降机；6、旋转机械臂；7、起烟机；8、烟雾发生室；9、混合搅拌室；10、蓄水池；11、智能识别系统；12、底部移动装置；13、干管；14、烟雾发生室支管；15、蓄水池支管；16、气泵支管；17、微喷管；18、混合溶剂导出管；19、新型喷头；20、旋转支座；21、径向滑轨；22、水平框架；23、搅拌器；24、柱状连接件；25、旋转部件；26、连接杆；27、风车起泡圈；28、外部平衡环框架；29、储液槽；30、外部框架；31、平衡圆环。
具体实施方式
如图1所示，一种户外果园用多功能微喷装置，包括：智能首部枢纽、管网和灌水器，三者由上而下连接；智能首部枢纽主要功能为灌溉用水储存，气体、烟雾生成，花粉及表面活性剂混合溶液配置以及对四者的控制传出，管网首端与智能首部枢纽连接，末端与灌水器连接；不同功能下，智能首部枢纽可分别将灌溉用水、气体、花粉及表面活性剂混合溶液、烟雾通过管网输送到灌水器，并由灌水器喷出，实现灌水、喷泡、喷烟功能；
智能首部枢纽包括高扬程水泵1、低扬程水泵2、气泵3、负压排烟器4、升降机5、旋转机械臂6、起烟机7、烟雾发生室8、混合搅拌室9、蓄水池10、智能识别系统11和底部移动装置12；管网包括干管13、烟雾发生室支管14、蓄水池支管15、气泵支管16、微喷管17和混合溶剂导出管18；灌水器包括新型喷头19；
装置整体由底部移动装置12承载，升降机5与旋转机械臂6由下而上组成整体，旋转机械臂6包括旋转支座20、径向滑轨21及沿径向滑轨21滑动的水平框架22，升降机5升降、旋转支座20转动及水平框架22于径向滑轨21上的滑动统一控制，新型喷头19通过微喷管17连接搭载于水平框架22的干管13末端，干管13首端分别连接通往烟雾发生室8、气泵3、蓄水池10的烟雾发生室支管14、气泵支管16、蓄水池支管15，并单独设一混合溶剂导出管18将混合搅拌室9与新型喷头19储液槽29直接连接，新型喷头19搭载于旋转机械臂6之上，实现灌溉、授粉、保温三种模式下喷头位置调控；
在灌溉模式下，蓄水池10中灌溉水由高扬程水泵1泵出，依次进入蓄水池支管15、干管13、微喷管17，由新型喷头19喷出；在授粉模式下，花粉及表面活性剂于混合搅拌室9中混匀，后通过低扬程水泵2压入新型喷头19储液槽29，后由气泵3压缩气体并泵出，气体依次进入气泵支管16、干管13、微喷管17，并通过新型喷头19吹出带有花粉的泡泡；在防冻模式下，通过起烟机7于烟雾发生室8内产生烟雾，后由负压排烟器4通过负压将烟雾依次吸入烟雾发生室支管14、干管13、微喷管17，通过新型喷头19喷出；智能识别系统11安装于旋转机械臂6之上，对果园内作物生长条件进行监测，控制各模式功能启闭及旋转机械臂移动。
如图2所示，新型喷头19由柱状连接件24、旋转部件25、连接杆26、风车起泡圈27、外部平衡环框架28、储液槽29组成，旋转部件25下部固定连接杆26首端，连接杆26末端固定风车起泡圈27；新型喷头19旋转部件25上部与柱状连接件24连接，下部通过球形卡槽与储液槽29连接，保证旋转部件25与储液槽29能够相对转动，并在储液槽29圆心处提供向上的拉力。
如图3、图4所示，所述新型喷头19旋转部件25内部流道设有一定弧度，同时流道出口与径向设有一定角度，使旋转部件25能够在水流或气流反作用推力下发生转动；风车起泡圈27通过连接杆26与旋转部件25底部连接，方向与旋转部件25流道出口方向正对。
如图5所示，新型喷头19风车起泡圈27整体呈风车状，在扇叶内部开圆形覆膜孔，覆膜孔内外边缘为锯齿状，增加泡泡液吸附性。
如图6所示，新型喷头19外部平衡环框架28包括外部框架30、平衡圆环31，平衡圆环31分别在两垂直轴向与外部框架30及储液槽29连接，连接方式为圆柱卡槽，可发生相对转动；通过平衡环原理，使得其内部的储液槽29在喷头晃动时能够保持稳定；新型喷头19储液槽29上部为圆形平底凹槽，下部为实心圆锥形，整体材料为塑料，使得储液槽29在补充泡泡液时能保持稳定。
授粉模式下，气泵3吹出气体由旋转部件25流道出口吹出，气体推力作用下旋转部件25旋转，同时气体吹动风车起泡圈27，风车起泡圈27转动覆膜，吹出泡泡。
在防冻模式下，装置通过起烟机7向烟雾发生室8内吹入烟雾，后通过支管首端的负压排烟器4将烟雾依次吸入烟雾发生室支管14、干管13，由新型喷头19喷出，扩散范围大且易于控制。在防冻模式下，装置起烟机7喷出烟雾主要成分为甘油，无污染且对人体无害。在授粉模式下，所述装置通过低扬程水泵2将花粉混合溶液压入单独的混合溶剂导出管18，达到对储液槽29内补充溶剂的效果。
授粉用混合溶剂配方有两种：一是使用无机溶液，在泡泡液中加入无机盐，如硼、钙、镁和钾等，上述离子通过直接或间接的机制促进花粉萌发，同时也可调控pH影响花粉萌发和增加花粉管长度；其二为添加有机溶液，可在溶液中加入明胶等有机溶质提升泡泡性能。明胶所含的水溶性蛋白质，可在花粉萌发和花粉管伸长中起重要作用。对于番茄等两性自花授粉作物，可使用泡泡作为授粉药(激素、农化产品)载体，促进花朵授粉，较人工方法可大大降低授粉药用量。
装置可对气泵3、高扬程水泵1、负压排烟器4、升降机5、旋转机械臂6实现一体控制，同时可通过识别系统对果园温湿度、果园植物生理状态进行识别，调节灌溉、授粉、防冻模式。
工作使用原理：
灌溉模式：通过外接水源将灌溉用水补充入装置蓄水池10，关闭气泵支管16、烟雾发生室支管14阀门，打开蓄水池10中高扬程水泵1；高扬程水泵1将蓄水池10中灌溉用水依次泵入蓄水池支管15、干管13、微喷管17，随后水流由新型喷头19的旋转部件25开口喷出，反作用力下喷头顺时针转动，形成圆形灌溉区域；同时可通过智能首部枢纽控制升降机5、旋转机械臂6、底部移动装置12，对喷头位置、灌溉范围进行控制。
授粉模式：首先将花粉及表面活性剂补充入混合搅拌室9，开启混合搅拌室9中搅拌器23将溶液混合，随后开启混合搅拌室9中低扬程水泵2，将混合溶液通过低压泵入混合溶剂导出管18，随后流入新型喷头19储液槽29，完成泡泡混合溶液补充；之后将蓄水池支管15、烟雾发生室支管14阀门关闭，开启气泵3，气体依次通过气泵支管16、干管13、微喷管17，并从新型喷头19旋转部件25开口喷出，在气流反作用力下旋转部件25开始转动，与此同时气流吹动前方风车起泡圈27，风车起泡圈27转动并于储液槽29中覆膜，泡泡膜在气流吹动作用下形成泡泡；携带花粉的泡泡在飘落过程中破裂或落于花朵雌蕊，完成授粉；装置可通过识别装置对授粉期花朵进行识别，随后控制升降机5、旋转机械臂6、底部移动装置12，调节喷头位置；同时此装置新型喷头19外部框架30结合平衡环原理，在喷头位置调节情况下或外部因素干扰情况下，能降低储液槽29中混合溶液损失量。
防冻模式：通过起烟机7将甘油转化为烟雾通入烟雾发生室8内部，关闭蓄水池支管15、气泵支管16阀门，开启负压排烟器4，烟雾在负压下依次通过烟雾发生室支管14、干管13、微喷管17，后由旋转部件25开口喷出，在气流压力作用下，喷头旋转增加烟雾扩散范围，同时可通过升降机5、旋转机械臂6、底部移动装置12控制喷头位置，改变烟雾覆盖面积。
本发明将微喷与泡泡机、起烟机实现有机结合，提高微喷灌功能性，同时针对户外果园常遇到的授粉过度依赖人工、烟雾防冻污染大问题，设计出一种户外果园用多功能微喷装置。装置在保留原有灌溉功能的同时，增加喷泡、喷烟功能以进行系统授粉及防冻，同时通过首部枢纽的识别装置对三项功能进行统一控制，实现对作物生长不同时期需求的系统化、智能化管理；该装置新型喷头19借用平衡环原理，平衡圆环31分别在两垂直轴向与外部框架30及储液槽29连接，使其悬挂的储液槽29在晃动时始终保持稳定，防止其内部的花粉混合溶液洒落。

Claims (6)

1.一种户外果园用多功能微喷装置，其特征在于，包括：智能首部枢纽、管网和灌水器，管网首端与智能首部枢纽连接，末端与灌水器连接；
智能首部枢纽包括高扬程水泵(1)、低扬程水泵(2)、气泵(3)、负压排烟器(4)、升降机(5)、旋转机械臂(6)、起烟机(7)、烟雾发生室(8)、混合搅拌室(9)、蓄水池(10)、智能识别系统(11)和底部移动装置(12)；管网包括干管(13)、烟雾发生室支管(14)、蓄水池支管(15)、气泵支管(16)、微喷管(17)和混合溶剂导出管(18)；灌水器包括新型喷头(19)；新型喷头(19)包括柱状连接件(24)、旋转部件(25)、连接杆(26)、风车起泡圈(27)、外部平衡环框架(28)和储液槽(29)；新型喷头(19)的旋转部件(25)上部与柱状连接件(24)通过圆柱卡槽连接，下部通过球形卡槽与储液槽(29)连接，保证旋转部件(25)与储液槽(29)能够相对转动，并在储液槽(29)圆心处提供向上的拉力；旋转部件(25)通过连接杆(26)与风车起泡圈(27)连接，其组合体通过柱状连接件(24)与外部平衡环框架(28)及储液槽(29)连接，旋转部件(25)下部固定连接杆(26)首端，连接杆(26)末端固定风车起泡圈(27)；旋转部件(25)内部流道设有一定弧度，同时流道出口与径向设有一定角度；授粉模式下，气泵(3)吹出气体由旋转部件(25)流道出口吹出，气体推力作用下旋转部件(25)旋转，同时气体吹动风车起泡圈(27)，风车起泡圈(27)转动覆膜，吹出泡泡；外部平衡环框架(28)包括外部框架(30)和平衡圆环(31)，平衡圆环(31)分别在两垂直轴向与外部框架(30)及储液槽(29)连接，连接方式为圆柱卡槽，可发生相对转动；通过平衡环原理，使得其内部的储液槽(29)在喷头晃动时能够保持稳定；储液槽(29)上部为圆形凹槽，圆心处设有凸起的球形卡槽，下部为实心圆锥形，整体材料为塑料，使得储液槽(29)在补充泡泡液时能保持稳定；
装置整体由底部移动装置(12)承载，升降机(5)与旋转机械臂(6)由下而上组成整体，旋转机械臂(6)包括旋转支座(20)、径向滑轨(21)及沿径向滑轨(21)滑动的水平框架(22)，升降机(5)升降、旋转支座(20)转动及水平框架(22)于径向滑轨(21)上的滑动统一控制，新型喷头(19)通过微喷管(17)连接搭载于水平框架(22)的干管(13)末端，干管(13)分别连接通往烟雾发生室(8)的烟雾发生室支管(14)、通往气泵(3)的气泵支管(16)、通往蓄水池(10)的蓄水池支管(15)，并单独设一混合溶剂导出管(18)将混合搅拌室(9)与新型喷头(19)储液槽(29)直接连接，新型喷头(19)搭载于旋转机械臂(6)之上，实现灌溉、授粉、防冻三种模式下喷头位置调控；
在灌溉模式下，蓄水池(10)中灌溉水由高扬程水泵(1)泵出，依次进入蓄水池支管(15)、干管(13)、微喷管(17)，由新型喷头(19)喷出；在授粉模式下，花粉及表面活性剂于混合搅拌室(9)中混匀，后通过低扬程水泵(2)压入新型喷头(19)的储液槽(29)，后由气泵(3)压缩气体并泵出，气体依次进入气泵支管(16)、干管(13)、微喷管(17)，并通过新型喷头(19)吹出带有花粉的泡泡；在防冻模式下，通过起烟机(7)于烟雾发生室(8)内产生烟雾，后由负压排烟器(4)通过负压将烟雾依次吸入烟雾发生室支管(14)、干管(13)、微喷管(17)，通过新型喷头(19)喷出；智能识别系统(11)安装于旋转机械臂(6)之上，对果园内作物生长条件进行监测，控制各模式功能启闭及旋转机械臂移动。
2.如权利要求1所述的户外果园用多功能微喷装置，其特征在于，风车起泡圈(27)整体呈风车状，在扇叶内部开圆形覆膜孔，覆膜孔内外边缘为锯齿状，增加泡泡液吸附性。
3.如权利要求1所述的户外果园用多功能微喷装置，其特征在于，授粉用混合溶剂配方有两种：一是使用无机溶液，在泡泡液中加入无机盐，无机盐为硼、钙、镁和钾，无机盐离子通过直接或间接的机制促进花粉萌发，同时也可调控pH影响花粉萌发和增加花粉管长度；其二为添加有机溶液，在溶液中加入明胶提升泡泡性能，明胶所含的水溶性蛋白质，在花粉萌发和花粉管伸长中起重要作用。
4.如权利要求1所述的户外果园用多功能微喷装置，其特征在于，在防冻模式下，起烟机(7)喷出烟雾成分为甘油，无污染且对人体无害。
5.如权利要求1所述的户外果园用多功能微喷装置，其特征在于，在授粉模式下，通过低扬程水泵(2)将花粉混合溶液压入单独的混合溶剂导出管(18)，达到对储液槽(29)内补充溶剂的效果。
6.如权利要求1所述的户外果园用多功能微喷装置，其特征在于，在授粉模式下，对于两性自花授粉作物，使用泡泡作为授粉药载体。
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