CN114287326A - 一种智能脉冲卷盘喷灌机及作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能脉冲卷盘喷灌机及作业方法，属于农业节水灌溉技术领域，包括卷盘车、卷盘、PE卷管、喷头车、连接弯头、喷洒装置、冠层温度传感器、空气温度传感器、蓄电池、速度传感器和控制器。智能脉冲卷盘喷灌机工作时，压力水流进入喷头进水口，通过射流管进入射流空间形成射流，在换向装置作用下，水流周期性的在左、右喷嘴(喷头)切换喷射，横向喷洒到左、右侧田块中，形成平移脉冲喷洒效果。既能降低喷灌强度，也能保证喷洒均匀性。在卷盘桁架喷灌机空载移动时，采集沿程的冠层温度与空气温度，根据冠气温差决策喷洒水深及喷灌机运行参数，控制喷灌机按需喷洒，实现智能变量精准喷灌。
Description
技术领域
本发明属于农业节水灌溉技术领域，涉及卷盘喷灌机，具体涉及一种智能脉冲卷盘喷灌机及作业方法。
背景技术
卷盘式喷灌机适应性强、节水省工、有机械化程度高、单位面积设备投资低，是一种适合我国国情的高效机械化作业灌溉装备，近年来推广应用范围逐年扩大。但现有的旋转式单喷头卷盘喷灌机，智能化程度低；作业时喷头边行走边旋转喷洒，喷洒轨迹类似与Z字形，智能化、精准化程度也有待提高。为保证喷洒均匀性，需要重叠喷洒的面积大，喷灌强度居高不下，影响了喷灌的效果。双喷头的卷盘式喷灌机，能够平移喷洒，可解决重叠喷洒及喷灌强度高问题，但也倍增了喷灌机入机流量，增加了喷灌机造价及运行费用。现有桁架式卷盘喷灌机采用的喷头射程小、喷灌强度大，使得喷灌强度大于土壤入渗速度，易形成地表径流，造成深层渗漏及土壤冲蚀，降低喷灌机的作业效率。
发明内容
针对上述现有的卷盘式喷灌机存在的问题或不足，本发明的目的在于，提供一种喷灌强度低，喷洒均匀，利用射流附壁及切换技术形成脉冲喷洒水流的智能脉冲卷盘喷灌机及作业方法，具有平移喷洒与脉冲喷洒双重效果，既能降低喷灌强度，也能保证喷洒均匀性。能够方便的采集冠层温度、空气温度，并根据采集的信息进行喷灌决策、控制执行，实现智能变量精准喷灌。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种智能脉冲卷盘喷灌机，包括卷盘车、卷盘、PE卷管、喷头车、连接弯头、喷洒装置、温度量测装置、蓄电池a、速度传感器、蓄电池b、控制器；所述的卷盘安装在卷盘车，PE卷管盘绕在卷盘上，喷洒装置安装在喷头车上，并通过连接弯头与PE卷管连通；所述温度量测装置与蓄电池a安装在喷头车的车架上。
上述方案中，所述喷洒装置为喷枪或者桁架装置2种方案。
上述方案中，所述喷枪包括进水口、射流管、射流空间、换向装置、输出管、喷嘴；所述的进水口通过螺纹与连接弯头连接；进水口接一个收缩管，收缩管后接射流管；射流管后接射流空间；换向装置位于射流空间顶端的两侧壁面处；射流空间底端分成两个出口，分别接喷枪的左右输出管；输出管末端为喷嘴。
上述方案中，所述桁架装置包括桁架、支管、毛管、小喷头、毛管射流三通、支管管射流三通、温度量测装置、；所述支管、与温度量测装置、固定在桁架上，支管射流三通的进口端连接PE卷管，支管射流三通的两个出口端各连接一条支管；毛管射流三通进口端与支管垂直连接，毛管射流脉冲三通两个出口端各连接一条毛管，毛管末端连接小喷头；所述毛管射流三通、支管管射流三通包括进水口、射流管、射流空间、换向装置、输出管；所述的进水口接一个收缩管，收缩管后接射流管；射流管后接射流空间；换向装置位于射流空间顶端的两侧壁面处；射流空间底端分成两个通道，分别接左、右输出管。
上述方案中，所述换向装置包括负压换向装置、水压换向装置2种方案：
P1、负压换向装置，包括左换向通道、右换向通道；在射流空间顶端的左右边壁上开孔，分别以左换向通道、右换向通道连通；水流通过射流管进入射流空间形成射流，产生附壁效果；如果先附壁于射流空间的左侧壁面，由射流卷吸作用，在左换向通道内产生负压；随着射流的持续，负压将传递到右换向通道内，在射流的两侧产生压差，形成负压反馈作用，使射流换向到右侧壁面；如此循环往复，使得射流方向呈现周期性交替变换，在射流三通内形成射流脉冲效果。
P2、水压换向装置，包括左换向通道、右换向通道；在射流空间顶端的左右边壁上各开一个孔，在左出水管与右出水管的外壁面上各开一个孔，用通道连通同侧的两个孔，形成左右换向通道；压力水流通过射流管进入射流空间形成射流，在射流卷吸作用下产生附壁效果；如果先附壁于射流空间的左侧壁面，进入左出水管，一部分水流由左出水管输出进入管道，另一部分水流通过左换向通道对射流施加压力，形成水压反馈作用，使射流换向到右侧壁面，进入右出水管；如此循环往复，使得射流周期性的在出水管切换输出，在射流三通内形成射流脉冲效果。
上述方案中，所述温度量测装置包括支架、设备杆、冠层温度传感器、空气温度传感器；所述支架固定在喷头车的车架顶端，设备杆安装在支架上，冠层温度传感器安装在设备杆的顶端，空气温度传感器安装在设备杆的上方。
上述方案中，所述支架为伸缩杆，伸缩高度可以上下调节；设备杆为伸缩杆，伸展长度可以调节。
上述方案中，所述冠层温度传感器与空气温度传感器由蓄电池a供电；冠层温度传感器与空气温度传感器内置定位、温度采集与通讯装置。
上述方案中，所述速度传感器、控制器由蓄电池b供电，控制器内置通讯模块、决策模块、控制模块；所述通讯模块接收与发送信息，决策模块根据接收的冠层温度传感器、空气温度传感器与速度传感器信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深与PE卷管回收喷头车的速度，控制模块控制卷盘的转速与预期喷头车回收速度匹配，达到实际喷洒水深与预期值相同及变量喷洒的效果。
上述方案中，包括以下步骤：将卷盘车、喷头车移动到压力水源，连接PE卷管进口与压力水源，调整支架高度与设备杆长度，使冠层温度传感器位于作物冠层上方，然后喷头车空载向初始喷洒位置移动，冠层温度传感器、空气温度传感器随着喷头车的移动，采集沿程作物的冠层温度及空气温度，并发送给控制器；当喷头车移动到初始喷洒位置时，收缩支架高度与设备杆至喷头车的车架顶端；同时，决策模块根据接收的冠层温度传感器、空气温度传感器信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深，根据喷洒水深确定PE卷管相应测点的预期回收速度与卷盘转速；开启压力水源，压力水流由PE卷管经过连接弯头到达进水口，通过射流管后进入射流空间，形成射流；在射流卷吸作用下，附壁于射流空间的一侧壁面，进入该侧壁面的输出管，通过喷嘴或小喷头喷洒到田间；由于换向装置的换向作用，使得水流周期性的左、右切换喷射，分别垂直于PE卷管的方向，横向喷洒到左、右侧田块中；在左、右交替喷洒的同时，控制模块控制卷盘按照决策模块确定的各测点预期转速转动，卷盘旋转回收PE卷管，使得喷头车按照各测点预期速度向压力水源方向喷洒运行，形成平移式精准变量喷洒效果；喷头车返回到压力水源时，就完成了对整个田块的喷洒。
本发明的有益效果：
1.本发明脉冲卷盘喷灌机工作时，压力水流进入喷头进水口，通过射流管进入射流空间形成射流，在换向装置作用下，水流周期性的在左、右喷嘴(喷头)切换喷射，横向喷洒到左、右侧田块中，形成平移脉冲喷洒效果。既能降低喷灌强度，也能保证喷洒均匀性。在卷盘桁架喷灌机空载移动时，采集沿程的冠层温度与空气温度，根据冠层气温差决策喷洒水深及喷灌机运行参数，控制喷灌机按需喷洒，实现智能变量精准喷灌。
2.本发明应用射流控制技术，切换水流的射流方向，驱使水流在两个喷嘴(喷头)交替喷洒，形成脉冲喷洒效果，使喷洒距离由近至远处逐渐增加，解决了喷头近处喷洒水量小及局部水量聚集的问题，获得理想的喷洒水量分布。
3.喷灌机喷头周期性交替平移喷洒，脉冲喷头的最大流量不变，能够保证喷头射程不变，脉冲喷头平均流量减小；通过调整运行速度实现喷洒均匀度与喷灌强度的调节，有益于降低喷灌强度，增加喷洒均匀性。
4.本发明装置中设置了高度可调的冠层温度及空气温度传感器，在喷灌机空载移动至初始位置时，方便的采集沿程的冠层温度及空气温度，根据冠气温差进行灌水深度的决策，控制喷灌机按照需要进行喷洒灌溉。
5.决策模块根据接收的冠层温度传感器、空气传感器器及速度传感器信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深与PE卷管回收喷头车的速度，控制模块控制卷盘的转速与预期喷头车回收速度匹配，达到实际喷洒水深与预期值相同及变量喷洒的效果。
附图说明
图1为本发明实施例涉及到的智能脉冲卷盘喷灌机的正视示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图1中的喷洒装置喷枪正剖面示意图；
图4为智能脉冲桁架卷盘喷灌机的俯视示意图；
图5为图4中的桁架装置的结构示意图；
图6为负压换向装置剖面示意图；
图7为水压换向装置剖面示意图；
图8为温度量测装置示意示意图；
图9为智能脉冲单喷头卷盘喷灌机作业方法示意图。
附图标记如下：
1、卷盘车；2、卷盘；3、PE卷管；4、喷头车；5、连接弯头；6、喷洒装置；6-1、进水口；6-2、射流管；6-3、射流空间；6-4、换向装置；6-4-1、射流控制区；6-4-2、左换向通道；6-4-3、右换向通道；6-5、输出管；6-6、喷嘴；7、温度量测装置；7-1、支架；7-2、设备杆；7-3、冠层温度传感器；7-4、空气温度传感器；8、蓄电池a；9、速度传感器；10、蓄电池b；11、控制器；13、桁架；14、支管；15、毛管；16、小喷头；17、毛管射流三通；18、支管射流三通；19、压力水源；20、初始喷洒位置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
结合附图1、图2所示，智能脉冲卷盘喷灌机，包括卷盘车1、卷盘2、PE卷管3、喷头车4、连接弯头5、喷洒装置6、温度量测装置7、蓄电池a8、速度传感器9、蓄电池b10、控制器11；所述的卷盘2安装在卷盘车1，PE卷管3盘绕在卷盘2上，喷洒装置6安装在喷头车4上，并通过连接弯头5与PE卷管3连通；所述温度量测装置7与蓄电池a8安装在喷头车4的车架上。
结合附图3所示，所述喷洒装置6为喷枪，包括进水口6-1、射流管6-2、射流空间6-3、换向装置6-4、输出管6-5、喷嘴6-6；所述的进水口6-1通过螺纹与连接弯头5连接；进水口6-1接一个收缩管，收缩管后接射流管6-2；射流管6-2后接射流空间6-3；换向装置6-4位于射流空间6-3顶端的两侧壁面处；射流空间6-3底端分成两个出口，分别接喷枪的左右输出管6-5；输出管6-5末端为喷嘴6-6。
结合附图6所示，换向装置6-4为负压换向装置，包括射流控制区6-4-1、左换向通道6-4-2、右换向通道6-4-3；所述的射流控制区6-4-1位于射流管6-2之后；射流控制区6-4-1左右边壁上开孔，分别以左换向通道6-4-2、右换向通道6-4-3连通；当射流附壁于左侧壁面时，由于高速射流的卷吸作用，在左换向通道6-4-2内形成吸力，吸力传递到右换向通道6-4-3，将高速射流向右换向通道6-4-3方向吸附，从而改变射流附壁至右换向通道6-4-3方向，反之亦然；如此循环往复，使得射流方向呈现周期性交替变换，在喷枪内形成射流脉冲效果。
结合附图8所示，温度量测装置7包括支架7-1、设备杆7-2、冠层温度传感器7-3、空气温度传感器7-4；所述支架7-1固定在喷头车4的车架顶端，设备杆7-2安装在支架7-1上，冠层温度传感器7-3安装在设备杆7-2的顶端，空气温度传感器7-4安装在设备杆7-2的上方；所述支架7-1为伸缩杆，伸缩高度可以上下调节；设备杆7-2为伸缩杆，伸展长度可以调节。
结合附图1、图2、图8所示，所述冠层温度传感器7-3与空气温度传感器7-4由蓄电池a8供电；冠层温度传感器7-3与空气温度传感器7-4内置定位、温度采集与通讯装置。
结合附图1、图2、图8所示，速度传感器9、控制器11由蓄电池b10供电，控制器10内置通讯模块、决策模块、控制模块；所述通讯模块接收与发送信息，决策模块根据接收的冠层温度传感器7-3、空气温度传感器7-4与速度传感器9信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深与PE卷管3回收喷头车4的速度，控制模块控制卷盘2的转速与预期喷头车4回收速度匹配，达到实际喷洒水深与预期值相同及变量喷洒的效果。
结合附图1至图9所示，所述作业方法包括以下步骤：将卷盘车1、喷头车4移动到压力水源7，连接PE卷管3进口与压力水源12，调整支架7-1高度与设备杆7-2长度，使冠层温度传感器7-3位于作物冠层上方，然后喷头车4空载向初始喷洒位置8移动，冠层温度传感器7-3、空气温度传感器7-4随着喷头车4的移动，采集沿程作物的冠层温度及空气温度，并发送给控制器11；当喷头车4移动到初始喷洒位置13时，收缩支架7-1高度与设备杆7-2至喷头车4的车架顶端；同时，决策模块根据接收的冠层温度传感器7-3、空气温度传感器7-4信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深，根据喷洒水深确定PE卷管3相应测点的预期回收速度与卷盘2转速；开启压力水源12，压力水流由PE卷管3经过连接弯头5到达进水口6-1，通过射流管6-2后进入射流空间6-3，形成射流；在射流卷吸作用下，附壁于射流空间6-3的一侧壁面，进入该侧壁面的输出管6-5，通过喷嘴6-6或小喷头16喷洒到田间；由于换向装置6-4的换向作用，使得水流周期性的左、右切换喷射，分别垂直于PE卷管3的方向，横向喷洒到左、右侧田块中；在左、右交替喷洒的同时，控制模块控制卷盘2按照决策模块确定的各测点预期转速转动，卷盘2旋转回收PE卷管3，使得喷头车4按照各测点预期速度向压力水源12方向喷洒运行，形成平移式精准变量喷洒效果；喷头车4返回到压力水源12时，就完成了对整个田块的喷洒。
实施例2：
结合附图1至图9所示，实施例2基本结构特征及实施方法与实施例1相似，与实施例1的不同之处在于喷洒装置6与换向装置6-4。
结合附图4和图5所示，所述喷洒装置6为桁架装置，包括桁架13、支管14、毛管15、小喷头16、毛管射流三通17、支管管射流三通18、温度量测装置7；所述支管14与温度量测装置7固定在桁架13上，支管射流三通7的进口端连接PE卷管3，支管射流三通18的两个出口端各连接一条支管14；毛管射流三通17进口端与支管14垂直连接，毛管射流脉冲三通17两个出口端各连接一条毛管15，毛管15末端连接小喷头16。毛管射流三通17、支管管射流三通18包括进水口6-1、射流管6-2、射流空间6-3、换向装置6-4、输出管6-5；所述的进水口6-1接一个收缩管，收缩管后接射流管6-2；射流管6-2后接射流空间6-3；换向装置6-4位于射流空间6-3顶端的两侧壁面处；射流空间6-3底端分成两个通道，分别接左、右输出管6-5。
结合附图7所示，所述换向装置6-4为水压换向装置，包括射流控制区6-4-1、左换向通道6-4-2、右换向通道6-4-3；左换向通道6-4-2、右换向通道6-4-3；在射流控制区6-4-1左右边壁上各开一个孔，在左右输出管6-5外壁面上各开一个孔，用通道连通同侧的两个孔，分别形成左换向通道6-4-2、右换向通道6-4-3；压力水流通过射流管6-2进入射流空间6-3形成射流，在射流卷吸作用下产生附壁效果；如果先附壁于射流空间6-3的左侧壁面，进入左输出管6-5，水流通过左换向通道6-4-2对射流施加压力，形成水压反馈作用，使射流换向到右侧壁面，进入右输出管；如此循环往复，使得射流周期性的在出水管切换输出，在射流三通内形成射流脉冲效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，包括卷盘车(1)、卷盘(2)、PE卷管(3)、喷头车(4)、连接弯头(5)、喷洒装置(6)、温度量测装置(7)、蓄电池a(8)、速度传感器(9)、蓄电池b(10)和控制器(11)；所述的卷盘(2)安装在卷盘车(1)，PE卷管(3)盘绕在卷盘(2)上，喷洒装置(6)安装在喷头车(4)上，并通过连接弯头(5)与PE卷管(3)连通；所述温度量测装置(7)与蓄电池a(8)安装在喷头车(4)的车架上；所述速度传感器(9)安装在PE卷管(3)直线段上方；所述蓄电池b(10)、控制器(11)安装在卷盘车(1)上。
2.根据权利要求1所述的智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，所述喷洒装置(6)为喷枪或者桁架装置2种方案：第1种方案，所述喷洒装置(6)为喷枪，包括进水口(6-1)、射流管(6-2)、射流空间(6-3)、换向装置(6-4)、输出管(6-5)、喷嘴(6-6)；第2种方案，所述喷洒装置(6)为桁架装置，包括桁架(13)、支管(14)、毛管(15)、小喷头(16)、毛管射流三通(17)、支管管射流三通(18)、温度量测装置(7)；所述温度量测装置(7)固定在桁架(13)上。
3.根据权利要求1所述的智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，所述温度量测装置(7)包括支架(7-1)、设备杆(7-2)、冠层温度传感器(7-3)、空气温度传感器(7-4)；所述支架(7-1)固定在喷头车(4)的车架顶端，设备杆(7-2)安装在支架(7-1)上，冠层温度传感器(7-3)安装在设备杆(7-2)的顶端，空气温度传感器(7-4)安装在设备杆(7-2)的上方。
4.根据权利要求3所述的智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，所述支架(7-1)为伸缩杆，伸缩高度可以上下调节；设备杆(7-2)为伸缩杆，伸展长度可以调节。
5.根据权利要求3所述的智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，所述冠层温度传感器(7-3)与空气温度传感器(7-4)由蓄电池a(8)供电；冠层温度传感器(7-3)与空气温度传感器(7-4)内置定位、温度采集与通讯装置。
6.根据权利要求3所述的智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，通讯模块接收与发送信息，决策模块根据接收的冠层温度传感器(7-3)、空气温度传感器(7-4)与速度传感器(9)信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深与PE卷管(3)回收喷头车(4)的速度，控制模块控制卷盘(2)的转速与预期喷头车(4)回收速度匹配，达到实际喷洒水深与预期值相同及变量喷洒的效果。
7.根据权利要求1所述的智能脉冲卷盘喷灌机，其特征在于，所述速度传感器(9)由蓄电池b(10)供电，内置速度采集与通讯装置。
8.根据权利要求1所述的智能脉冲卷盘喷灌机，所述控制器(11)由蓄电池b(10)供电，控制器(10)内置通讯模块、决策模块、控制模块。
9.根据权利要求1至8任一项所述的智能脉冲卷盘喷灌机的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：将卷盘车(1)、喷头车(4)移动到压力水源(7)，连接PE卷管(3)进口与压力水源(12)，调整支架(7-1)高度与设备杆(7-2)长度，使冠层温度传感器(7-3)位于作物冠层上方，然后喷头车(4)空载向初始喷洒位置(8)移动，冠层温度传感器(7-3)、空气温度传感器(7-4)随着喷头车(4)的移动，采集沿程作物的冠层温度及空气温度，并发送给控制器(11)；当喷头车(4)移动到初始喷洒位置(13)时，收缩支架(7-1)高度与设备杆(7-2)至喷头车(4)的车架顶端；同时，决策模块根据接收的冠层温度传感器(7-3)、空气温度传感器(7-4)信息，确定喷洒路径沿程测点的预期喷洒水深，根据喷洒水深确定PE卷管(3)相应测点的预期回收速度与卷盘(2)转速；开启压力水源(12)，压力水流由PE卷管(3)经过连接弯头(5)到达进水口(6-1)，通过射流管(6-2)后进入射流空间(6-3)，形成射流；在射流卷吸作用下，附壁于射流空间(6-3)的一侧壁面，进入该侧壁面的输出管(6-5)，通过喷嘴(6-6)或小喷头(16)喷洒到田间；由于换向装置(6-4)的换向作用，使得水流周期性的左、右切换喷射，分别垂直于PE卷管(3)的方向，横向喷洒到左、右侧田块中；在左、右交替喷洒的同时，控制模块控制卷盘(2)按照决策模块确定的各测点预期转速转动，卷盘(2)旋转回收PE卷管(3)，使得喷头车(4)按照各测点预期速度向压力水源(12)方向喷洒运行，形成平移式精准变量喷洒效果；喷头车(4)返回到压力水源(12)时，就完成了对整个田块的喷洒。
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