CN114303897A - 一种脉冲喷灌机及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲喷灌机及作业方法，属于节水灌溉技术领域，采用喷枪或者桁架喷洒装置，包括电源、动力、水泵、出水管、支架、喷洒装置、转向装置、行走装置、车架、进水管、控制器和定位摄像装置。脉冲喷灌机工作时，由水泵自水渠提水加压至射流空间形成射流，由换向装置作使水流周期性的在左、右侧田块切换喷洒；随着喷灌机沿水渠方向行走，形成平移喷洒与脉冲喷洒双重效果，喷灌强度低、喷洒均匀性高。设计了双前轮转向与轮毂电机行走装置，安装了摄像定位装置与田间作业图，可以按照导航或遥控自主作业。喷灌车自带动力与水泵，可以边形走、边取水、边喷洒，无需输水管道、卷盘与卷盘车。

Description

一种脉冲喷灌机及作业方法

技术领域

本发明属于农业节水灌溉技术领域，涉及喷灌机，具体涉及到一种脉冲喷灌机及作业方法。

背景技术

脉冲微灌具有抗堵塞性能强、灌水均匀度高的特点，受到世界各国的广泛关注与应用。脉冲发生器是将微灌系统中的压力水流变成脉冲水流的核心装置，现有脉冲发生器一般通过电子脉冲装置、脉冲电磁阀或橡胶、塑料膜、弹簧等弹性材料产生脉冲水流，造价高、安装、使用、维护相对复杂、易疲劳损坏。而以变频装置为核心构成的脉冲微灌系统，脉冲发生在微灌系统首部，脉冲波经过干管、支管、毛管到达灌水器时会大幅度衰减，大大降低了脉冲微灌的优势。现有的射流脉冲三通，解决了弹性材料的问题，但脉冲参数与管道流量及射流脉冲三通结构密切相关，射流脉冲三通结构设计定型后，脉冲参数随流量发生变化，难以根据需要设计理想的脉冲参数。脉冲喷灌机节水省工、机动灵活、操作方便，适合我国农田灌溉要求，应用较为广泛。

发明内容

针对上述现有的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，利用射流附壁切换技术形成脉冲喷洒水流的脉冲喷灌机，单喷头和桁架式脉冲喷灌机，喷头车能够跨水渠自主作业，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。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种脉冲喷灌机，包括电源、动力、水泵、出水管、支架、喷洒装置、转向装置、行走装置、车架、进水管、控制器、定位摄像装置、水渠；所述的电源、动力、水泵全部固定在车架上，电源接入动力，动力的轴与水泵的轴通过联轴器联接；所述的支架固定在车架上，喷洒装置固定在支架上，并通过出水管与水泵的出水口连通；所述行走装置位于车架的前轮处，转向装置位于行走装置的上方；进水管前端连接水泵的进口，后端置于水渠中；控制器安装在车架上，定位摄像装置安装支架顶端的正前方。

上述方案中，所述喷洒装置为喷枪或者桁架装置2种方案：第1种方案，所述喷洒装置为喷枪，包括进水口、射流管、射流空间、换向装置、输出管、喷嘴；第2种方案，所述喷洒装置为桁架装置，包括桁架、支管、毛管、小喷头、毛管射流三通、支管管射流三通。

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：第1种方案，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；第二种方案，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，所述转向装置包括电机、小齿轮、左齿轮、右齿轮、左支架、右支架、左前轮、右前轮；所述电机固定在车架上，电机轴的前端安装小齿轮，小齿轮两边分别与左齿轮、右齿轮咬合；所述左齿轮、右齿轮分别通过其圆心处的垂直转轴与左支架、右支架连接，左支架、右支架分别与左前轮、右前轮的轮轴连接。

上述方案中，所述左齿轮、右齿轮为锚形，小齿轮、左齿轮、右齿轮处于同一水平面。

上述方案中，所述左齿轮圆心的垂直轴线与左支架、左前轮的垂直轴线重合，右齿轮圆心的垂直轴线与右支架、右前轮的垂直轴线重合。

上述方案中，所述行走装置包括车架的2个前轮，内置轮毂电机、通讯、速度调节与刹车装置；所述电机为减速电机，设置通讯、正反转及转动速度控制装置；所述定位摄像装置内置定位、图像采集与通讯装置。

上述方案中，所述行走装置、电机、定位摄像装置、控制器由电源供电。

上述方案中，所述控制器内置通讯模块、决策模块、控制模块与田间作业图储存模块，通过与定位摄像装置、田间作业图、行走装置、电机的通讯信息，决策与控制行走装置、转向电机行动方式。

上述方案中，所述车架可以采用遥控方式行走，也可以根据导航随田间作业图行走。

上述方案中，所述作业方法包括以下步骤：车架运行到水渠的一端，并横跨在水渠上，左右车轮分别在左右作业道上，将进水管的进口置于水渠中的水面以下；连接电源，开启动力，启动水泵从水渠中提水加压，经过出水管到达喷洒装置的进水口，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，使得水流周期性的在左、右喷嘴切换喷射，分别垂直于水渠的方向，横向喷洒到左、右侧田块中；在喷洒装置左、右侧横向交替喷洒的同时，控制器根据定位摄像装置或田间作业图的信息，控制电机及行走装置的轮毂电机，使车架沿着水渠行走，形成移动式平行喷洒效果；当车架行驶到水渠尽头时，完成工作位置一田块的喷洒；控制器控制行走装置及电机转向行驶到工作位置二、工作位置三，采用同样的方法即可完成多个田块的喷洒。

本发明的有益效果：

1.本发明脉冲喷灌机工作时，由水泵自水渠提水加压至射流空间形成射流，由换向装置作使水流周期性的在左、右侧田块切换喷洒；随着喷灌机沿水渠方向行走，形成平移喷洒与脉冲喷洒双重效果，喷灌强度低、喷洒均匀性高。设计了双前轮转向与轮毂电机行走装置，安装了摄像定位装置与田间作业图，可以按照导航或遥控自主作业。喷灌车自带动力与水泵，可以边形走、边取水、边喷洒，无需输水管道、卷盘与卷盘车。

2.本发明应用射流附壁与换向技术，实现喷灌机脉冲喷洒效果；可获得理想的喷洒水量分布，降低喷灌强度，增加喷洒均匀性。

3.具有双前轮驱动行走装置，可以跨渠道行走；喷灌车自带动力与水泵，可以边形走、边取水、边喷洒，不需要输水管道。

4.本发明中设置了锚形齿轮的双前轮转向机构，安装了摄像定位装置，控制器通过采集喷头车位置与图像信息，遥控喷头车自动转向与行走。

5.本发明控制器内预装了田间作业图，喷头车能够按照导航根据田间作业图自主作业，省去卷盘与卷盘车。

附图说明

图1为本发明实施例涉及到的脉冲喷灌机的正视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中涉及到的喷洒装置正剖面图；

图4为桁架脉冲喷灌机的俯视图；

图5为图4中的桁架示意图；

图6为负压换向装置剖面图；

图7为水压换向装置剖面图；

图8为图1中涉及到的行走、转向装置正视图；

图9是脉冲喷灌机作业方法示意图。

附图标记：

1、电源；2、动力；3、水泵；4、出水管；5、支架；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、转向装置；7-1、电机；7-2、小齿轮；7-3、左齿轮；7-4、右齿轮；7-5、左支架；7-5、右支架；8、行走装置；9、车架；10、进水管；11、控制器；12、定位摄像装置；13、桁架；14、支管；15、毛管；16、喷头；17、毛管射流三通；18、支管射流三通；19、水渠；20、作业道；21、工作位置一；22、工作位置二；23、工作位置三。

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，一种单喷枪脉冲喷灌机，包括电源1、动力2、水泵3、出水管4、支架5、喷洒装置6、转向装置7、行走装置8、车架9、进水管10、控制器11、定位摄像装置12、水渠19；所述的电源1、动力2、水泵3全部固定在车架9上，电源1接入动力2，动力2的轴与水泵3的轴通过联轴器联接；所述的支架5固定在车架9上，喷洒装置6固定在支架5上，并通过出水管4与水泵3的出水口连通；所述行走装置8位于车架9的前轮处，转向装置7位于行走装置8的上方；进水管10前端连接水泵3的进口，后端置于水渠19中；控制器11安装在车架9上，定位摄像装置12安装支架5顶端的正前方。

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。

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。

结合附图8所示，所述转向装置7包括电机7-1、小齿轮7-2、左齿轮7-3、右齿轮7-4、左支架7-5、右支架7-6、左前轮7-7、右前轮7-8；所述电机7-1固定在车架8上，电机7-1轴的前端安装小齿轮7-2，小齿轮7-2两边分别与左齿轮7-3、右齿轮7-4咬合；所述左齿轮7-3、右齿轮7-4分别通过其圆心处的垂直转轴与左支架7-5、右支架7-6连接，左支架7-5、右支架7-6分别与左前轮7-7、右前轮7-8的轮轴连接；所述左齿轮7-3、右齿轮7-4为锚形，小齿轮7-2、左齿轮7-3、右齿轮7-4处于同一水平面；所述左齿轮7-3圆心的垂直轴线与左支架7-5、左前轮7-7的垂直轴线重合，右齿轮7-4圆心的垂直轴线与右支架7-6、右前轮7-8的垂直轴线重合。

结合附图1、图2、图8所示，所述行走装置8包括车架9的2个前轮，内置轮毂电机、通讯、速度调节与刹车装置；所述电机7-1为减速电机，设置通讯、正反转及转动速度控制装置；所述定位摄像装置11内置定位、图像采集与通讯装置；所述行走装置8、电机7-1、定位摄像装置12、控制器11由电源1供电。

结合附图1、图2、图8所示，所述控制器10内置通讯模块、决策模块、控制模块与田间作业图储存模块，通过与定位摄像装置11、田间作业图、行走装置8、电机7-1的通讯信息，决策与控制行走装置8、转向电机7-1行动方式。

结合附图1所示，所述车架9可以采用遥控方式行走，也可以根据导航随田间作业图行走。

结合附图1至图9所示，所述作业方法包括以下步骤：车架9运行到水渠19的一端，并横跨在水渠19上，左右车轮分别在左右作业道20上，将进水管10的进口置于水渠19中的水面以下；连接电源1，开启动力2，启动水泵3从水渠19中提水加压，经过出水管4到达喷洒装置6的进水口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，使得水流周期性的在左、右喷嘴切换喷射，分别垂直于水渠19的方向，横向喷洒到左、右侧田块中；在喷洒装置6左、右侧横向交替喷洒的同时，控制器11根据定位摄像装置12或田间作业图的信息，控制电机7-1及行走装置8的轮毂电机，使车架9沿着水渠19行走，形成移动式平行喷洒效果；当车架9行驶到水渠19尽头时，完成工作位置一21田块的喷洒；控制器10控制行走装置8及电机7-1转向行驶到工作位置二22、工作位置三23，采用同样的方法即可完成多个田块的喷洒。

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、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、喷头16、毛管射流三通17、支管管射流三通18。

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。

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 (10)

1.一种脉冲喷灌机，其特征在于，包括电源(1)、动力(2)、水泵(3)、出水管(4)、支架(5)、喷洒装置(6)、转向装置(7)、行走装置(8)、车架(9)、进水管(10)、控制器(11)、定位摄像装置(12)和水渠(19)；所述电源(1)、动力(2)、水泵(3)全部固定在车架(9)上，电源(1)接入动力(2)，动力(2)输出轴通过联轴器与与水泵(3)的输入轴连接；所述支架(5)固定在车架(9)上，喷洒装置(6)固定在支架(5)上，并通过出水管(4)与水泵(3)的出水口连通；所述行走装置(8)位于车架(9)的前轮处，转向装置(7)位于行走装置(8)的上方；进水管(10)前端连接水泵(3)的进口，后端置于水渠(19)中；控制器(11)安装在车架(9)上，定位摄像装置(12)安装支架(5)顶端的正前方。

2.根据权利要求1所述的脉冲喷灌机，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)和喷嘴(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)和支管管射流三通(18)。

3.根据权利要求1所述的脉冲喷灌机，其特征在于，所述转向装置(7)包括电机(7-1)、小齿轮(7-2)、左齿轮(7-3)、右齿轮(7-4)、左支架(7-5)、右支架(7-6)、左前轮(7-7)、右前轮(7-8)；所述电机(7-1)固定在车架(8)上，电机(7-1)轴的前端安装小齿轮(7-2)，小齿轮(7-2)两边分别与左齿轮(7-3)、右齿轮(7-4)啮合；所述左齿轮(7-3)、右齿轮(7-4)分别通过其圆心处的垂直转轴与左支架(7-5)、右支架(7-6)连接，左支架(7-5)、右支架(7-6)分别与左前轮(7-7)、右前轮(7-8)的轮轴连接。

4.根据权利要求3所述的脉冲喷灌机，其特征在于，所述左齿轮(7-3)、右齿轮(7-4)为锚形，小齿轮(7-2)、左齿轮(7-3)、右齿轮(7-4)处于同一水平面。

5.根据权利要求3所述的脉冲喷灌机，其特征在于，所述左齿轮(7-3)圆心的垂直轴线与左支架(7-5)、左前轮(7-7)的垂直轴线重合，右齿轮(7-4)圆心的垂直轴线与右支架(7-6)、右前轮(7-8)的垂直轴线重合。

6.根据权利要求1所述的脉冲喷灌机，其特征在于，所述行走装置(8)包括车架(9)的2个前轮，内置轮毂电机、通讯、速度调节与刹车装置；电机(7-1)为减速电机，设置通讯、正反转及转动速度控制装置；所述定位摄像装置(11)内置定位、图像采集与通讯装置。

7.根据权利要求1所述的脉冲喷灌机，其特征在于，行走装置(8)、电机(7-1)、定位摄像装置(12)、控制器(11)由电源(1)供电。

8.根据权利要求1所述的脉冲喷灌机，其特征在于，所述控制器(10)内置通讯模块、决策模块、控制模块与田间作业图储存模块，通过与定位摄像装置(11)、田间作业图、行走装置(8)、电机(7-1)的通讯信息，决策与控制行走装置(8)、转向电机(7-1)行动方式。

9.根据权利要求1所述的脉冲喷灌机，其特征在于，所述车架(9)可以采用遥控方式行走，也可以根据导航随田间作业图行走。

10.根据权利要求1至9任一项所述的脉冲喷灌机的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：车架(9)运行到水渠(19)的一端，并横跨在水渠(19)上，左右车轮分别在左右作业道(20)上，将进水管(10)的进口置于水渠(19)中的水面以下；连接电源(1)，开启动力(2)，启动水泵(3)从水渠(19)中提水加压，经过出水管(4)到达喷洒装置(6)的进水口(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，使得水流周期性的在左、右喷嘴切换喷射，分别垂直于水渠(19)的方向，横向喷洒到左、右侧田块中；在喷洒装置(6)左、右侧横向交替喷洒的同时，控制器(11)根据定位摄像装置(12)或者田间作业图的信息，控制电机(7-1)及行走装置(8)的轮毂电机，使车架(9)沿着水渠(19)行走，形成移动式平行喷洒效果；当车架(9)行驶到水渠(19)尽头时，完成工作位置一(21)田块的喷洒；控制器(10)控制行走装置(8)及电机(7-1)转向行驶到工作位置二(22)、工作位置三(23)，采用同样的方法即可完成多个田块的喷洒。

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