CN1555680A - 反馈式自适应抗风喷灌节水喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，主要由喷头本体、喷头座、活动连接装置、感风板、平衡调节装置、摆幅控制装置组成。感风板是一块正面设置的固定于喷头本体之上的面板，以感应风力的大小；平衡调节装置设置在喷头本体上并位于正中间靠前的位置，使喷头本体处于平衡位置；摆幅控制装置与喷头本体固定连接，悬挂在喷头本体的外侧，以控制喷体摆动的仰角幅度，抵抗风力的干扰影响。由于该喷头的以上特点，因而具备反馈式自适应抗风节水喷灌的能力，使喷灌喷洒的水流精确到位，实现农业、园林的抗风节水喷洒，从而节约喷灌用水资源，可用于对植物的抗风喷灌，保护城市的绿化和生态环境。

Description

反馈式自适应抗风喷灌节水喷头

所属技术领域

本发明涉及一种喷灌装置，尤其是抗风干扰和自适应控制喷灌的反馈式节水喷头。

背景技术

目前，用于植物尤其是城市绿化带园林灌溉用的常见的国产喷灌喷头(典型的有中国专利申请号为CN99222685的“旋转喷头”)，以及各种公知的进口喷灌喷头，在植物喷灌时受风力干扰影响很大，以致于喷洒不能准确到位，结果导致应该喷灌的种植地没喷灌到，不应该喷的地面或路面却流水四溢，从而产生以下情形：1)部分植物没浇灌上水；2)水喷洒到人行道或机动车道上出了；3)浪费水资源；4)非种植地面受水浸湿破坏；4)没浇灌的地方还需要人工补洒水。正是因为这样，给植物的喷灌尤其园林、花草绿化地的管理带来很大的麻烦，为此需付出更多的水费和人工费，更为令人“头痛”的是地面受损，不仅影响地面的质量和路人的行走，而且由于地面的打滑和水流的喷射影响车辆的安全行驶。如果运用当今世界上尖端的微电子技术、计算机技术和人工智能技术及自动化控制技术来解决上述问题，无疑将不成任何问题，但是作为一个小小的喷头如果这样做的话，其造价必然会非常昂贵而缺乏实用性。因此迄今为止，还是没有好的解决办法。

发明内容

针对现有喷灌喷头所存在的缺点，本发明的目的在于克服现有喷头在喷灌时受风力干扰影响大的缺点，提供一种能够根据风力的变化智能调整喷射角度准确喷洒到位的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，该喷头能够识别风力的大小和方向，具有一定的学习功能，并作出相应的决策和执行相应的运动，通过反馈进行自我调节喷射的角度，以适应环境的变化，自适应控制喷头进行智能化喷灌，从而达到节约用水、节省人工且不影响地面和行人与车辆实现抗风喷灌的目的。

为实现上述目的，本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头包括一个喷头本体，一个带进水接口的喷头座，一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置，还包括感风板、平衡调节装置、摆幅控制装置。该感风板是一块正面设置的固定于喷头本体之上的面板，以感应风力的大小；该平衡调节装置设置在喷头本体上并位于正中间靠前的位置，使喷头本体处于平衡位置；该摆幅控制装置与喷头本体固定连接，悬挂在喷头本体的外侧，以控制喷体摆动的仰角幅度。

采用了上述结构后，本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头实质上就包括了以下部分：1)机械支撑部分，即喷头座，是一通过活动连接装置连接喷头本体并带有能与水管相连的进水接口的座体。2)执行部分，是由喷头本体和活动连接装置组成，喷头本体是一带喷嘴或喷口实现喷灌喷射的喷头基体，活动连接装置是一使喷头本体相对喷头座能够实现高低方向的摆动的同时又不溢漏水的连接装置。3)感知部分，即感风板，可分为单块式感风板和双块正交式感风板，前者是一块片状或板状的轻薄面板；后者一件两块轻薄面板相互垂直正交而成的连体件，它是前者的改进，是为了更好地识别与控制任意方向的风。整个感风板固定在喷头本体的上方，由于喷头本体通过活动连接件的连接，因此它相对喷头座能够实现高低方向的摆动，当任意风吹动时，总能把该风的风力分解成两个垂直正交的X、Y方向的风力，单块式感风板则只对一个方向的风响应，双块正交式感风板则对两个方向的风响应，这样固定在喷头本体的上方的感风板接受风的吹动并随风在高低方向摆，风力大时感风板摆动的角度增大，即摆幅增大，风力小时则摆幅也小，风往哪边吹，感风板则往那边摆，以此来感知和识别风的大小和方向。4)控制部分，包括平衡调节装置、摆幅控制装置，平衡调节装置是为了使喷头在无风喷灌工作时，通过调节喷头的转动力矩，实现控制喷头处于铅垂平衡位置；摆幅控制装置则是一控制和调节喷头本体摆幅大小的装置，它相当于一个臂长可调的摆锤，分为单向摆幅控制装置和双向摆幅控制装置，所谓单向摆幅控制装置是将该摆幅控制装置一个或两个地设置在喷头本体在前后方向或左右方向的外侧，以便控制和调节喷头本体在前后方向或左右方向摆幅的大小；而所谓双向摆幅控制装置所述的单向摆幅控制装置则是将该摆幅控制装置两个或四个地设置在喷头本体在前后方向与左右方向的外侧，以便控制和调节喷头本体在前后方向与左右方向的摆幅大小，其中摆幅控制装置设置成偶数是为了对称的需要。该摆幅控制装置具有一定的学习功能，通过人“教”它一遍，就能记住并“学会”应变，即在有风喷洒时，通过人调节该装置，来控制喷头本体与地面成合适的角度，当该角度合适时，调整即便完成，此后喷头本体就能通过感风板对风力变化的辩识和风力的传动作出响应，执行相应的动作，自动调整其喷洒角度以地适应风的变化，从而实时地智能控制喷头本体的喷射角度，以控制喷射的近远，抵消风的影响，使之准确喷洒到位，实现自适应控制喷头进行智能化抗风喷灌。5)驱动部分，是由自然风和感风板共同来充当，当有风吹动时，感风板接受风的吹动并传递风能为喷头本体的摆动提供动力。具备以上五部分后，显然，本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头就能够实现智能化。

所述的活动连接装置是一上端带有螺纹下端带有锁口的圆筒，在进水接口的座体上部是两端带孔直连通的空心球台体，并在进水接口的座体上部的空心球台体与喷头本体之间设置一环形密封圈以防漏水。为了限止喷头的水平方向的转动，该空心球台体也可设置成被两个平行的铅垂平面所挖切形成两平行的平面，刚好与锁口的圆筒的内表面形成配合，这样就限止了喷头本体就只能在高低方向摆动，而不能在水平方向转动。当然，如果在喷头本体的内部设置一与进水接口的座体上部的空心球台体表面高精度吻合的表面，使之能够较高精度地轻接触配合，也可以不要环形密封圈。此外，为了使喷头本体相对喷头座能够实现高低方向的摆动的同时不溢漏水，该活动连接装置也可通过上紧套和软管构成，使喷头本体与喷头座活动连接，还可在软管中间安放一细弹簧，也可以在软管的管壁内填埋弹性体如弹性钢丝、弹性钢片等，以便使软管能够直立承受喷头本体的重量且又能摆动。

所述的感风板，分为一片状或板状的轻薄面板，为了便于任意方向的风的识别与控制，感风板也可以设置成一件两个轻薄面板相互正交而成的连体件，它固定在喷头本体的上方可以直接固定于喷头本体之上，也可以通过带有一支承架固定于喷头本体之上，该支承架可以运用熟知的技术象收音机天线一样，做成长短伸缩式的，而感风板的板面也可做成面积大小可调式的(如象白页扇)，这样通过对感风板的有效感风面积的大小调整以及设置的高低的调整，来调整感风板对风的敏感度和控制所传递的风力的大小，以便合理地控制喷头本体的正确喷射的角度。

所述的平衡调节装置包括一根悬臂，一个重量平衡块，一个固定镙丝，该重量平衡块被该悬臂穿入，并通过固定镙丝上紧，通过重量平衡块的移动调整喷头本体的重心，以此平衡喷洒时喷射产生的动力态力矩，使得喷头本体在无风喷洒时保持喷头本体处于铅垂平衡位置。

此平衡调节装置也可以是一与喷头本体融为一体的重量平衡体，在设计喷头本体时有意识地使喷头的重心偏离中心线而向着正中间靠前的位置；也可以在水压不大的情况下，可以忽略不要此平衡调节装置。

所述的摆幅控制装置与喷头本体固定连接，悬挂在喷头本体的外侧，该摆幅控制装置包括悬臂杆、摆动平衡块、固定镙丝，所述的摆动平衡块被该悬臂杆穿入，并通过固定镙丝上紧。在无风喷洒时该摆幅控制装置，主要由于其摆动平衡块的作用使喷头本体喷洒保持喷头处于铅垂平衡位置，而在有风喷洒时，一方面由于其摆动平衡块的偏离平衡位置，将产生的一个限制喷头本体摆动的转动力矩，另一方面由于感风板在受风吹动时带动喷头本体摆动的摆幅大小与风力的大小成正比，摆幅大小在一定的范围内也基本上与喷洒距离的远近成正比，这样通过调整摆动平衡块的在悬臂杆上的移动位置，就总能找到摆动平衡块在悬臂杆上一个确定的移动位置，使得摆动平衡块所生产的力矩恰到好处地限制喷头本体的摆幅，正好使喷头喷射的水洒到离喷头某一距离，此喷射的距离是喷头本体摆动的幅度与风力本身对喷射的水粒吹动的影响共同作用的结果。换言之，当逆风喷洒喷射水粒时，一方面风的阻力使水粒喷射的距离变近；另一方面由于感风板在风力的吹动下带动喷头本体摆动成一定的仰角而使水喷射变远而正好弥补风力的影响，这样通过调整并确定摆动平衡块的在悬臂杆上的移动位置，就实现了喷洒准确到位；反之当逆风喷洒喷射水粒时，一方面顺风的力量使水粒喷射的距离变远，另一方面由于感风板在风力的吹动下带动喷头本体摆动成一定的俯角而使水喷射变近而正好弥补风力的影响，同样也达到准确喷洒的效果。

此摆幅控制装置，也可以是另一种形式：包括外侧挂置的弹性体，一个调节螺栓，该调节螺栓旋入喷头座体的螺纹孔内上，通过所述的弹性体的两头分别与喷头本体、调节螺栓相连接，这样通过调整弹性体的弹力的大小，同理也能实现喷头的抗风喷洒准确到位。

当然，本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，并不限于固定某一方向喷洒的喷头，也适应于转动类喷头。换言之，如果喷头本体相对于喷头座作完全圆周的旋转运动进行旋转喷射洒水时，显然也是同样适应的，因为风力总能分解成两个方向，一个是喷射的径向，另一个是切向，显然切向方向的影响可以忽略不计，而只有径向方向的风才对喷洒时有影响；但如果喷头本体相对于喷头座作非完全圆周的旋转运动进行旋转喷射洒水时(定角度旋转喷洒)，则需考虑切向方向风的影响，则感风板宜采用双块正交式感风板，而摆幅控制装置相应地采用双向摆幅控制装置。因此，所有的喷头一旦只要带上本发明所具有的“感风板、平衡调节装置、摆幅控制装置、活动连接装置”结构特征，就会具备反馈式自适应抗风喷灌的能力。

本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的有益的效果是，无需用电，也无需用电子元器件，仅仅运用纯机械手段就实现喷头的智能化抗风喷灌，并且结构简单，本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头同已有技术的喷头相比具有如下优点：能够抗风喷灌并准确喷洒到位，由此可使植物有效地浇灌上水，避免了水喷洒到行人或车辆上，节约了水资源，阻止了非种植地面受水浸湿破坏，防止了没浇灌到的地方人工补洒，减少了劳动强度，节省了人工。此外，本发明的反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，如果和中国专利申请号012669482植物浇水用太阳能全自动控制器或中国专利申请号012667633植物浇水全自动控制器一起联合使用，则整个园林绿化或植物的种植，可实现全自动地智能化喷灌。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细的说明：

图1是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头在无风状态下喷洒的原理示意图。

图2是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头在有风状态下喷洒的原理示意图。

图3是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的第一个具体实施方式的示意性结构主视图。

图4是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的第一个具体实施方式的示意性结构左视图。

图5是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的第二个具体实施方式的示意性结构主视图。

图6是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的第三个具体实施方式的示意性结构主视图。

图7是本发明反馈式自适应抗风节水喷头的双块正交式感风板示意性结构主视图。

图8是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的双块正交式感风板示意性结构沿A-A线的剖视图。

图中1.感风板，2.喷头本体，3.固定铰链支座，4.摆动平衡块，5.弯形悬臂，6.固定螺丝，7.重量平衡块，8.悬臂，9.固定螺丝，10.活动软管，11.连接杆，12.活动连接件，13.喷头座，14.调节螺栓，15.弹性体，16.上紧套，17.上紧套，18.软管，19.弹性座圈，20环形密封圈，21.空心球台体，22.锁口边，23.进水接口。

具体实施方式

在图1中，为本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头在无风状态下喷洒的原理示意图，在喷头本体2之上固定设置一感风板1，而喷头本体2的左下侧则接上一软水管10以便给喷头供上一定压力的水，并将喷头本体固定在连接杆9之顶端，该连接杆9为固定铰链支座3所支承，并可绕固定铰链支座3转动，在此连接杆的右方固定接上一悬臂8，此悬臂8套上一重量平衡块7，并用固定镙丝9上紧；在该连接杆9的下端悬臂5，类似地也套上一摆动平衡块4(与重量平衡块一样只是功能的略有差异，为区分起见，取不同的名)，并用固定镙丝6上紧。在无风喷洒时，通过重量平衡块7的调节，改变喷头的转动力矩，抵消水流喷射反冲向后产生的力矩，以使喷头处于正常喷洒的平衡位置(一般为铅垂平衡位置)，此时喷头喷出的水的落地点与喷头的距离为a；在有风喷洒时，如图2所示，当面向着喷头正面吹来时，即逆风喷洒时，由于感风板在风力的吹动下带动喷头本体2摆动成一定的仰角而使水喷射变远，弥补了喷灌时迎风喷洒距离近的影响，通过调整摆动平衡块4的在悬臂杆上的移动位置，使得摆动平衡块4所生产的力矩恰到好处地限制喷头本体的摆幅，使喷头喷洒准确到位；反之，在顺风喷洒时，由于喷头本体2摆成俯角而使水喷射变近，则正好弥补顺风喷洒距离远的影响，同样也达到准确喷洒的效果。

在图3、图4所示的第一个实施例中，分别是本发明反馈式自适应抗风喷灌节水喷头的示意性结构主视图和左视图，在喷头本体2之上固定设置一感风板1，通过活动连接件12、环形密封圈20、空心球台体21构成喷头的活动连接装置将喷头本体2与喷头座13活动连接，活动连接件12则是一上端带有螺纹下端带有锁口边22的圆筒，进水接口23的座体上部是两端带孔直连通的空心球台体21，在所述的进水接口23的座体上部的空心球台体21与喷头本体2之间带有一环形密封圈20使喷头座活动连接，并将喷头本体固定在连接杆9之顶端，该连接杆9为固定铰链支座3所支承，并可绕固定铰链支座3转动，在此连接杆的右方固定接上一悬臂8，此悬臂8套上一重量平衡块7，并用固定镙丝9上紧；在该连接杆9的下端的弯形悬臂5上，也类似地也套上一摆动平衡块4，即平衡块4被该弯形悬臂5穿入，并通过固定镙丝6上紧。在无风喷洒时，通过重量平衡块7的调节，改变喷头的转动力矩，抵消水流喷射反冲向后产生的力矩，以使喷头处于正常喷洒的平衡位置(一般为铅垂平衡位置)，此时喷头喷出的水的落地点与喷头的距离为a；在有风喷洒时，如图2所示，当面向着喷头正面吹来时，即逆风喷洒时，由于感风板在风力的吹动下带动喷头本体2摆动成一定的仰角而使水喷射变远，弥补了喷灌时迎风喷洒距离近的影响，通过调整摆动平衡块4的在悬臂杆上的移动位置，使得摆动平衡块4所生产的力矩恰到好处地限制喷头本体的摆幅，使喷头喷洒准确到位；反之，在顺风喷洒时，由于喷头本体2摆成俯角而使水喷射变近，则正好弥补顺风喷洒距离远的影响，同样也达到准确喷洒的效果。

在图5所示的第二个实施例中，相比第一个实施例只是改变了摆幅控制装置，通过弹性体(例如弹簧)15和调节螺栓14替换第一个实施例中的摆动平衡块4、弯形悬臂5、固定螺丝6就形成了新的摆幅控制装置，它包括对称挂置的弹性体1、调节螺栓14，该调节螺栓14旋入喷头座体的螺纹孔内，通过所述的两弹性体15的两头分别与喷头本体2、调节螺栓14相连接，通过调节螺栓14，使得弹性体15所生产的力矩也恰到好处地限制喷头本体2的摆幅，同样也可实现喷头抗风喷洒准确到位。

在图6所示的第三个实施例中，相比第二个实施例只是改变了活动连接部分，通过上紧套16、17和软管18替换第二个实施例中的连接件12、环形密封圈20、空心球台体21就形成了喷头新的活动连接装置，使喷头本体2与喷头座13活动连接，同样也可实现喷头抗风喷洒准确到位。

在图7、图8中，相比以上所有的实施例和技术方案只是改变了感风板的形状和结构，把单一平面的感风板改为双块正交式感风板，即一件两块轻薄面板相互垂直正交而成的连体件，以便识别与控制任意方向的风力，通过类似的相应的双向摆幅控制装置，即将前面所述的左右对称的单向摆幅控制装置，对应地多增设一相同的前后摆幅控制装置，这样就能更有效地控制喷头本体摆动的方向，实现更为精确的抗风喷洒。

Claims (6)

1.反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，包括：包括一个喷头本体(2)，一个带进水接口的喷头座(13)，一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(12、20、21，16、17、18)，其特征在于：它还包括感风板(1)、摆幅控制装置(5、4、6，5、14)，所述的感风板是一正面设置的与喷头本体固定连接的轻薄面板，所述的摆幅控制装置与喷头本体固定连接，悬挂在喷头本体的外侧。

2.根据权利要求1所述反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，其特征在于：所述的感风板是一块正面设置的面板，该面板固定于与喷头本体之上。

3.根据权利要求1所述反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，其特征在于：所述的感风板是一件两个轻薄面板相互正交而成的连体件。

4.根据权利要求1所述反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，其特征在于：所述的摆幅控制装置对称地与喷头本体固定连接。

5.根据权利要求1所述反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，其特征在于：所述的摆幅控制装置，包括弯形悬臂(5)、摆动平衡块(4)、固定镙丝(6)，所述的平衡块被该弯形悬臂穿入，并通过固定镙丝上紧。

6.根据权利要求1所述反馈式自适应抗风喷灌节水喷头，其特征在于：所述的摆幅控制装置，包括对称挂置的弹性体(15)，调节螺栓(14)，该调节螺栓旋入喷头座体的螺纹孔内，通过所述的两弹性体的两头分别与喷头本体、调节螺栓相连接。

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