CN203181856U

CN203181856U - 一种变量喷雾机直接注入式混药系统装置

Info

Publication number: CN203181856U
Application number: CN2013202123469U
Authority: CN
Inventors: 刘青; 周勇; 郭三爱; 张居敏; 黄小毛; 武小栋
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-04-24

Abstract

本实用新型属于农业喷雾机具领域，涉及一种变量喷雾机直接注入式混药系统装置。主要用于精确农业配套的变量喷雾机上。该装置包括控制单元和执行单元实现按需混药。其特征是：药箱和水箱分开布置，混药过程利用直接注入方式根据控制系统的指令，在输药管路中瞬间实现药-水混合。所述的控制系统由超声波传感器、控制电路、中央处理器和驱动电磁阀等组成，执行单元包括水箱、药箱、输药管路、混药器以及单向阀等。根据射流混合机理和射流混合过程中表现出的渗透和扩张特性，新型密闭式混药器内设计有螺旋叶片，利用压力补偿和卸压回路的方法，保证喷雾压力的相对稳定，实现各喷咀喷雾的均匀性。

Description

一种变量喷雾机直接注入式混药系统装置

技术领域

本实用新型属于农业喷雾作业机械技术领域，具体涉及一种变量喷雾机直接注入式混药系统装置，本实用新型主要用于精确农业配套的变量喷雾机上。

背景技术

传统的喷雾机在田间作业时，喷洒农药或者除草剂采用的是地毯式喷施，即无论是否发生病虫害或存在田间杂草，都均匀地喷洒农药或除草剂。这样导致农药和除草剂的使用效率下降，农业成本增加。这种条件下，而操作工人一般根据地块的大小可以计算出所需要的农药或除草剂的多少，进行药箱配药。由操作人员将农药与水装入箱中，靠机械力或液力进行混合。由于操作人员直接接触农药，容易引起中毒事故的发生。同时，由于喷施作业结束后的剩余农药通常都倾倒在地头，造成对环境的严重污染。这些农药通过地表水或者渗入地下水，污染了上壤和水源，将直接危害到人类或者牲畜。

变量喷雾机是具有机器视觉系统的智能喷雾机具，该机器根据田间病虫或草害发生的情况决定是否施药。机具带有超声波传感器和单片机系统，超声波采集到作业对象的信息，通过控制程序决定是否喷施农药，然后给电磁阀输出信号，启动喷雾作业。由于田间信息采集的实时性，使操作人员无法事前预知所需要的农药或除草剂的多少。因此，药箱混药具有极大的盲目性，可能引起潜在的浪费。为了降低农林病虫害防治过程中农药的使用成本，提高农药使用效率，保护农林生态环境，保护操作者的人身安全，开展直接注入式变量喷雾机农药施用技术的研究是必要的。

国内外已有不少专业人士对混药系统进行了研究。Gebhardt等在1984年就设计了两种直接注入的控制方式，一种是开环控制的计量泵，另一种是采用闭环控制的泵和流量计。但是采用直接注入式系统会产生如临时压力、流量和药液浓度的波动以及时间延迟等问题(A.R.Womac，D.L.Valcore，R.A.Maynard II)。Steward and Humburg(2000)发现注入式系统可以在很大程度上消除由于喷雾机速度改变引起的误差。如江苏大学的何培杰等人对双级射流泵混药装置进行了试验及理论研究，但该单级射流混药装置存在混药比大、混药比不稳定和压强比不高的缺点(何培杰，2003)。农业部南京农业机械化植物保护研究所吴萍等人对背负式手动喷雾机混药装置进行了实验研究，这种混药装置吸药稳定性以及混药的均匀性都较好，但是，该混药装置挤压装置既耐药液的腐蚀，又具有良好的弹性，增加了混药装置成本，同时存在着向挤压装置中添加药液困难，挤压装置中药液不能抽吸干净，残留物处理困难等问题。为了解决以上问题，有必要设计了一种新型的机械式直接注入式混药系统装置。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术的缺陷，同时为了确保农药使用的安全性，并配合变量喷雾技术的应用和发展，采用直接注入式混药系统，避免了操作人员与农药的直接接触。本实用新型与传统的药箱混药方式不同，采用直接注入式混药系统，实现了药箱和水箱分离配置，水箱中的水和药箱中的药液在混药管路中的混药腔中直接混合，并通过喷咀喷出，该系统可以实现按需混药，避免了农药的大量浪费，减少了药箱的清洗工作。尤其是，采用本实用新型的变量喷雾机，喷雾机利用传感器系统判断施药对象，通过中央控制器对采集的数据进行处理，判断出是否喷施农药。由于这些数据的搜集和整理都是在田间进行的，事先无法判断需要混合药物的多少，所以本实用新型设计的直接注入式系统能够实现在线混药，由电磁阀控制药液的流量，药液再通过专用的混药腔与水充分混合，在到达喷咀时达到均匀的混合效果。

本实用新型的核心部件是混药腔的设计和混药机理的选择，由于混药时间非常有限，因此，混药腔的结构和混药机理从根本上决定了混药均匀性。而混药均匀性又是评价植保机械性能关键的参数之一。

具体地本实用新型的技术方案如下所述。

一种变量喷雾机直接注入式混药系统装置，包括如下的控制单元和执行单元：

控制单元包括信号采集单元100、I/V转换单元200、中央处理单元300和信号控制单元400；

信号采集单元100、I/V转换单元200、单片机300和信号控制单元400依次连接；

信号采集单元100包括超声波探头110、超声波传感器控制器120和距离温度显示装置130；

超声波探头110、超声波传感器控制器120、距离温度显示装置130依次连接；

I/V转换单元200包括模拟输出转换210和光电耦合220；

模拟输出转换210、光电耦合220依次连接；

中央处理单元300包括按键输入模块330、液晶显示模块310和单片机控制模块320；

按键输入模块330、单片机控制模块320、液晶显示模块310依次连接；

信号控制单元400包括光电耦合410、继电器420和电磁阀430；

光电耦合410、继电器420、电磁阀430依次连接；

超声波传感器控制器120、模拟输出转换210、光电耦合220、单片机控制模块320、光电耦合410依次连接；

所述的执行单元设有独立的药箱和水箱，其包括药液循环系统A、水路循环系统B和混药循环系统C

药液循环系统A包括药箱1、开关球阀2、过滤器3、流量泵4和单向阀5；

药箱1、开关球阀2、过滤器3、流量泵4和单向阀5依次连接；

水路循环系统B包括水箱6、三通球阀7、过滤器8、加压泵9、控制阀10、流量传感器11和单向阀12；

水箱6、三通球阀7、过滤器8、加压泵9、控制阀10、流量传感器11和单向阀12依次连接；

混药循环系统C包括混药器15、电磁阀14和喷杆喷咀16，所述的混药器15为密闭式，其内装有螺旋叶片，混药器15的入口端与药液循环系统A和水路循环系统B的管路连通，混药器的出口端依次与5个并列安装的电磁阀14的一端连通，电磁阀14的另一端与喷杆喷咀16连接。

优选方案为：混药器内螺旋叶片的螺旋升角为12-15度。

一种适用于果园的变量喷雾机上的直接注入式混药系统装置，它由A、B、C四个部分构成：

A.所述的A系统由两个超声波传感器120分别对喷雾机两旁的果树进行判别，通过电路系统输出信号420，控制两组电磁阀430，当电磁阀430接到信号后，打开开关13，从而使药液和水进入输药管路，在管路中的核心部件即混药器15中进行药、水混合。

B.混药器的结构决定了混药效果的好坏，本实用新型采用液力驱动混药的螺旋叶片泵的旋转，水流以一定的压力进入混药器，直接作用在螺旋叶片上，带动螺旋叶片旋转，与此同时药液也进入混药器，在密闭的压力空间内，存在着湍流混合和机械力混合，因此，当压力达到喷雾压力时，位于出口处的单向阀13打开，混合均匀的药液迅速进入混药系统C，并通过喷杆喷咀16喷出。

C.本实用新型的水箱6的容积设计容量为400升，它有两个出水管路，其中一个用于操作工人工作完毕后洗手，管路中不加泵。另一路出水管中设有过滤器8，隔膜泵9和单向阀7，水流经过单向阀进入混药器，与药-水混合。本系统的优势在于按需混药，没有混合好的药业残留在药箱中，也不会在田间地头造成污染。

D.本实用新型的混药器为一个密封的圆筒状腔体结构，其内装有一个螺旋叶片19，药液和水通过进药口17和进水口25进入混药器15，药水混合液沿着螺旋面运动，由于螺旋面的存在，延长了混合路径，使药液和水在该呼喝系统中充分混合，在到达出药口时，实现均匀混合。

本实用新型采用以上结构，实现了药-水分离，避免的操作人员与药物的直接接触。与传统混药装置相比较，混合均匀度有了很大改善，特别对于悬浊液和乳浊液等粘性相对大的药液混合效果最好。且能缩短流体流经的水管长度，从而减少变量延迟时间。

附图说明

图1：是本实用新型中喷雾机输药系统总设计路线图。

图2：本实用新型控制系统流程图。

图3：是本实用新型中混药器的结构。

图1标记说明：

1.药箱；2.开关球阀；3.过滤器；4.流量阀；5.单向阀；6.水箱；7.球阀；8.过滤器；9.加压泵；10.手动调压阀；11.控制阀；12.流量传感器；13.单向阀；14.电磁阀；15.混药器；16.喷杆喷咀

图2标记说明：

100-超声波物位计；

200-I/V转换单元

210-块；220-A/V转换模块；

300

310-液晶显示模块；320-单片机控制模块；-330按键输入模块；

400电磁阀控制模块。

410-光电耦合、420继电器、430电磁阀；

图3标记说明：

17.进药口；18.轴肩挡圈；19.螺旋轴；20.轴端密封圈；21.混药器端盖；22.螺母；23.密封垫片24.固定螺栓；25.进药口；26.混药器壳体；27.输药口

具体实施方式

实施例1

I/V转换单元200包括模拟输出转换210和光电耦合220；

模拟输出转换210、光电耦合220依次连接；

信号控制单元400包括光电耦合410、继电器420和电磁阀(430)；

光电耦合410、继电器420、电磁阀430依次连接；

药箱1、开关球阀2、过滤器3、流量泵4和单向阀5依次连接；

水路循环系统B包括水箱6、三通球阀7、过滤器8、加压泵9、控制阀(10)、流量传感器11和单向阀12；

混药循环系统C包括混药器15、电磁阀14和喷杆喷咀16，所述的混药器15为密闭式，其内装有螺旋叶片；混药器15的入口端与药液循环系统A和水路循环系统B的管路连通；混药器的出口端依次与5个并列安装的电磁阀14的一端连通，电磁阀14的另一端与喷杆喷咀16连接。

混药器15内螺旋叶片安装在旋转轴上，该叶片的螺旋升角为12-15度，可以满足工艺流程需要。

本实用新型的工作方式是：由超声波传感器、中央处理器、电磁阀等组成的控制系统和药箱、水箱、混药器以及输药管路组成的执行系统组成的本装置，通过超声波传感器对施药对象进行数据采集，由中央处理器通过编写好的程序进行判别，然后给电磁阀发出信号，驱动电磁阀打开后，药液和水经过过滤器、泵分别进入输药管路，在管路中的混药器中进行混合。混药器采用液力驱动混药螺旋叶片，由于水流和药液都预先经过泵加压，水流以一定的压力进入混药器，直接作用在叶片上，带动叶片旋转，与此同时，药液进入混药器，当混药器中的压力达到喷雾压力时，混药器出口处的单向阀打开，混合均匀的药液进入喷药管路，经喷咀喷出，从而完成喷雾作业。

Claims

1.一种变量喷雾机直接注入式混药系统装置，其特征包括如下的控制单元和执行单元：

控制单元包括信号采集单元(100)、I/V转换单元(200)、中央处理单元(300)和信号控制单元(400)；

信号采集单元(100)、I/V转换单元(200)、单片机(300)和信号控制单元(400)依次连接；

信号采集单元(100)包括超声波探头(110)、超声波传感器控制器(120)和距离温度显示装置(130)；

超声波探头(110)、超声波传感器控制器(120)、距离温度显示装置(130)依次连接；

I/V转换单元(200)包括模拟输出转换(210)和光电耦合(220)；

模拟输出转换(210)、光电耦合(220)依次连接；

中央处理单元(300)包括按键输入模块(330)、液晶显示模块(310)和单片机控制模块(320)；

按键输入模块(330)、单片机控制模块(320)、液晶显示模块(310)依次连接；

信号控制单元(400)包括光电耦合(410)、继电器(420)和电磁阀(430)；

光电耦合(410)、继电器(420)、电磁阀(430)依次连接；

超声波传感器控制器(120)、模拟输出转换(210)、光电耦合(220)、单片机控制模块(320)、光电耦合(410)依次连接；

药液循环系统A包括药箱(1)、开关球阀(2)、过滤器(3)、流量泵(4)和单向阀(5)；

药箱(1)、开关球阀(2)、过滤器(3)、流量泵(4)和单向阀(5)依次连接；

水路循环系统B包括水箱(6)、三通球阀(7)、过滤器(8)、加压泵(9)、控制阀(10)、流量传感器(11)和单向阀(12)；

水箱(6)、三通球阀(7)、过滤器(8)、加压泵(9)、控制阀(10)、流量传感器(11)和单向阀(12)依次连接；

混药循环系统C包括混药器(15)、电磁阀(14)和喷杆喷咀(16)，所述的混药器(15)为密闭式，其内装有螺旋叶片；混药器(15)的入口端与药液循环系统A和水路循环系统B的管路连通；混药器(15)的出口端依次与5个并列安装的电磁阀(14)的一端连通，电磁阀(14)的另一端与喷杆喷咀(16)连接。

2.如权利要求1所述的混药装置，其特征在于，所述的螺旋叶片的螺旋升角为1215度。