CN203575440U - 一种牵引式变量喷药机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种牵引式变量喷药机，其包括：喷药机本体，其具有外部壳体；安装在外部壳体内的喷药系统，其具有与拖拉机连接并可根据行走速度自动控制喷药量的牵引装置；以及与喷药系统连接的控制系统。本实用新型牵引式变量喷药机通过设置可根据行走速度自动控制喷药量的牵引装置，并将该装置与牵引其行走的拖拉机连接，实现喷药机喷药作业的自动化和精准化，降低了传统喷药机对人力的依赖，极大提高了生产效率。

Description

一种牵引式变量喷药机

技术领域

本实用新型涉及植物药液喷洒技术领域，具体涉及一种牵引式变量药液机。 

背景技术

国内传统的果园喷药作业大多采用简易的背负式喷药机和手推式喷药机，背负式喷药机采用人工背负药桶，通过手工压摇杆对果树进行喷药。手推式喷药机将药筒固定在可以移动的手推车上，采用离心泵抽取药液喷洒农药，离心泵一般通过小型的汽油机、交流电动机或直流电动机来驱动。汽油机或电动机带动离心泵的运转，将药箱内的液体通过喷头喷射出去。采用电机带动的喷药机通过接通和切断电池与电机之间的电路，来控制电机的转动和停止，以达到控制喷药机是否喷药的目的。 

然而，尽管简单的背负式喷药机价格便宜，操作简单，维护成本低，但是操作人员采用这种喷药机作业劳动强度高，生产效率低，对于比较大型的果园，容易错失最佳的喷药时机。目前，随着人工成本越来越高，背负式喷药机逐渐无法适应果园环境的应用。 

汽油机工作的时候噪音比较大，而且不适合频繁启动和停止，在不喷药时持续的运转，造成大量的能源浪费。 

采用电机驱动的喷药机尽管有其自身优点：如运转噪音小，通过闭合和切断电池与电机之间的电路，控制电机的转动和停止，对喷药控制相对简单，可靠性强等。然而当该喷药机采用交流电机时，有时候需要比较长的电线，对于大面积的果园来说，连接电源不方便；采用直流电机的喷药机需要依靠蓄电池取电，一般电机只能持续运转几 个小时，限制了使用的时间，不利于果园内的长时间工作。 

此外，上述几种类型的喷药机在一定程度上降低了人的体力劳动，但是这些喷药机依然高度依赖人力，生产效率很低。由于现有喷药机主要根据人的经验喷药，喷药量无法准确控制，所以还容易产生漏喷或者多喷的情况。 

实用新型内容

（一）所要解决的技术问题 

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种牵引式变量药液机，其通过设置可根据行走速度自动控制喷药量的牵引装置，并将该装置与牵引其行走的拖拉机连接，实现喷药机喷药作业的自动化和精准化，降低了传统喷药机对人力的依赖，极大提高了生产效率。 

（二）技术方案 

为实现上述目的，本实用新型牵引式变量药液机包括：喷药机本体，其具有外部壳体；安装在外部壳体内的喷药自动控制装置；其中所述喷药自动控制装置与拖拉机连接并根据其行走速度自动控制喷药量。 

其中，所述喷药自动控制装置包括：喷药机本体，其具有外部壳体；安装在外部壳体内的喷药系统，其具有与拖拉机连接并可根据行走速度自动控制喷药量的牵引装置；以及与喷药系统连接的控制系统。 

优选地，所述牵引装置为具有传动轴的离心自吸泵；其中所述传动轴与拖拉机的动力轴连接。 

此外，所述喷药系统还具有：药箱；与药箱连接的喷药管道；设置在喷药管道上的离心自吸泵；设置在喷药管道上且靠近离心自吸泵的调压阀；设置在喷药管道喷口处的喷头；以及设置在喷药管道靠近喷头处且与所述控制系统连接的电磁阀。 

其中，所述喷药管道包括输出管道和回流管道；其中所述回流管道与所述药箱连接并由所述调压阀调节控制，所述输出管道具有位于所述调压阀内外两侧的第一输出管道和第二输出管道，并且在第二输出管道上设有至少一路用来连接所述喷头的分管道。 

优选地，所述第二输出管道上设有两路分管道，其中所述两路分管道分别位于所述第二输出管道的左右两侧。 

进一步，所述喷药系统还具有：与所述离心自吸泵的传动轴相连的用于助力所述喷头喷液的风扇；以及设置在所述喷药管道上的过滤装置和多个单向阀。 

其中，所述控制系统包括：安装在拖拉机上用于采集行走速度信号的传感器；与设置在所述喷药系统的喷药管道上的多个电磁阀连接的用于控制每个电磁阀独立工作的固态继电器；以及分别与传感器和固态继电器连接的用于控制其工作的控制器。 

进一步，所述控制系统还包括：与所述控制器连接的用于人机交互的触摸显示屏；与所述控制器连接的用于对各部件进行控制的控制按键；与所述控制器连接的用于切换系统工作模式的模式切换按钮；以及与所述控制器连接的放大电路；其中所述控制器通过放大电路与所述固态继电器的连接实现其对所述电磁阀开闭的控制。 

优选地，所述控制器为PLC控制器，所述传感器为霍尔传感器。 

此外，本实用新型牵引式变量喷药机还包括：安装在所述喷药机本体上的喷药手动控制装置；以及安装在喷药机本体上的支撑机架。 

（三）有益效果 

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点： 

1）本实用新型牵引式变量喷药机通过在外部壳体内安装喷药系统，并在喷药系统设置与拖拉机连接的牵引装置，该装置可根据行走拖拉机的速度自动控制喷药量，实现了喷药作业的自动化和精准化控制； 

2）本实用新型的喷药系统牵引装置优选为离心自吸泵，并通过其传动轴与拖拉机的动力轴连接，当拖拉机的动力轴旋转时，带动离心自吸泵的传动轴随之旋转，从而带动离心自吸泵工作，进行抽液作用，确保了喷药自动控制装置喷药液量与拖拉机行走速度的精准吻合； 

3）本实用新型的调压阀可以旋转，进而实现对喷药管道压力的调节；风扇通过与离心自吸泵的传动轴连接，其可将产生的风助力喷头喷药，从而使得药液喷射得更远；过滤装置可对整个喷液管道中的杂质进行过滤，确保作业过程中不会堵塞喷头； 

4）本实用新型的控制系统实现对整个喷药作业的自动化、精准化控制，用于感应、传输并处理相关信号，并控制电磁阀的开启和关闭，进而精准控制喷头流量，实现根据作业实际需求定量喷药的目的； 

5）本实用新型牵引式变量喷药机降低了传统喷药机对人力的依赖，避免了因人的经验不足容易造成漏喷或者多喷情况的发生，极大提高了生产效率。 

附图说明

图1是本实用新型牵引式变量喷药机的主体结构示意图； 

图2是图1所示控制系统的结构框图； 

图3是图1所示控制系统的工作原理图； 

图4是图1所示控制系统的定时中断原理图。 

附图标记说明：1-外部壳体；21-离心自吸泵；211-传动轴；22-喷药管道；23-调压阀；24-药箱；25-喷头；26-风扇；27-电磁阀；31-传感器；32-放大电路；33-固态继电器；34-控制器；35-触摸显示屏；36-控制按键；37-模式切换按钮。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，需要说明的 是，附图仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限定。 

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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实用新型中的具体含义。 

如图1、图2所示，本实用新型牵引式变量喷药机包括：喷药机本体，其具有外部壳体1，在外部壳体1内安装有由喷药管道22、调压阀23、药箱24及电磁阀27等组成的喷药系统，以及由传感器31、固态继电器33及控制器34等组成的控制系统。喷药系统具有与拖拉机连接的牵引装置，该装置可根据拖拉机行走速度自动控制喷药量。控制系统与外部拖拉机连接。 

具体地，牵引装置优选为有传动轴211的离心自吸泵21，离心自吸泵21的传动轴211与拖拉机的动力轴连接，当拖拉机的动力轴转动时，离心自吸泵21的传动轴211也随之旋转，进而实现对喷药量的自动控制。 

喷药系统还包括：喷药管道22，其与药箱24连接，喷药管道22主要由输出管道、回流管道组成，回流管道与药箱24连接并由调压阀23调节控制。调压阀23设置在喷药管道22上且靠近离心自吸泵 21，用来调节喷药管道22压力，可以优选为旋转式调压阀23，当调节好压力后，如果离心自吸泵21的输出压力升高，则通过回流管道的液体流量增大实现泄压，这样就可以避免运行过程中压力的大幅波动。喷头25安装在喷药管道22喷口处，风扇26与离心自吸泵21的传动轴211连接，风扇26可优选通过皮带与离心自吸泵21的传动轴211连接，可以助力所述喷头25喷液，即当离心自吸泵21开始运转时，风扇26也开始运转，风扇26产生的风可以助力喷头25喷药，从而使得药雾喷得更远。此外，在喷药管道22上还设置有若干单向阀和过滤装置，单向阀以便对各管路、各分路进行控制。 

为了对本实用新型的喷药系统做出清楚、完整的说明，下面结合实施例作进一步说明。 

第一实施例 

喷药管道22的输出管道可分割成两部分，一部分位于调压阀23内侧（靠近离心自吸泵21），可称为第一输出管道，另一部分位于调压阀23外侧（远离离心自吸泵21），可称为第二输出管道，在第二输出管道上设有至少一路用来连接喷头25的分管道。优选地，在第二输出管道上设有两路分管道，两路分管道分别位于第二输出管道的左右两侧，在每个分管道安装喷头25并设置电磁阀27，用于对每一个喷头25进行独立控制，即：喷药管道22经调压阀23的阀门后分为左右两路，左右两路管道又通过十字接头，分为三个分管道，每个管道接一个电磁阀27，一个电磁阀27接两个喷头25，相当于在喷药机左边安装6个喷头25，右边安装6个喷头25，一共12个喷头25。每一侧的喷头25可呈扇形分布，高度各不相同，每一路电磁阀27控制两个喷头25，通过控制不同的电磁阀27控制喷药量。 

上述实施例只是说明本实用新型技术方案的一种优选，还可以通过本实用新型记载的内容选用更多实施方式，此处不在多述。 

本实用新型的控制系统包括：安装在拖拉机上的传感器31，用 于采集行走速度信号，固态继电器33与设置在喷药管道22上的多个电磁阀27连接，可用于控制每个电磁阀27独立工作。控制器34分别与传感器31和固态继电器33连接。此外，与控制器34还连接有触摸显示屏35、控制按键36、模式切换按钮37和放大电路32，触摸显示屏35用于人机交互，控制按键36用于对各部件进行控制，模式切换按钮37用于切换系统工作模式，电磁阀27和固态继电器33通过放大电路32与控制器34实现连接。 

为了实现更有效、更精准的喷药控制，控制器34可优选为PLC控制器，传感器31可优选为霍尔传感器。 

具体地，本实用新型的控制系统通过以下方法实现对喷药的精准控制： 

控制系统以PLC控制器作为控制核心，通过其IO口控制固态继电器33，进而控制电磁阀27的开启和关闭。由于PLC控制器和固态继电器33的反应速度很快，可以实现以PWM波的形式驱动电磁阀27，控制喷头25流量，达到精准喷药的目的。 

PLC控制器通过内部精准的1MS定时器计时，精度较高，同时配有液晶直观显示，采用简单按钮和按键，使用方便。 

PLC控制器首先根据控制按键36选择，判断喷药机处于何种工作模式下。如果控制按键36没有按下，判断喷药机处于手动控制下，PLC控制机放弃对喷药执行单元的控制。如果按下控制按键36，则喷药机处于自动喷药模式。 

在自动喷药模式下，需要操作者先设定每亩地的喷洒量，此后控制器34会根据设定值自动控制喷药作业。 

开始工作后，PLC控制器通过霍尔传感器采集速度信号。拖拉机的轮毂上均匀地安装了6块强磁铁，在拖拉机运动时，霍尔传感器每接近一个磁铁，输出一个脉冲，每周输出六个脉冲。由于拖拉机的轮子转动一周的距离是固定的，所以在传感器输出两个相邻脉冲的间隔 时间内，拖拉机的移动距离相等。PLC根据两个脉冲之间的时间，计算出拖拉机的速度。计算公式如下： 

v=Δl/Δt            (1) 

拖拉机喷药覆盖的面积（S）等于喷头覆盖幅宽（L_a）乘以行驶距离，如下面的公式，其中，dl_t为单位时间内的行驶距离，v是拖拉机的行驶速度。 

S=L_a*dl_t=L_a*∫vdt            (2) 

在行驶过程中，喷药机单位时间喷洒面积为： 

$\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{dt}}=L_a*v----\left(3\right)$

根据农作物的病虫害程度，每亩地的喷药量的要求不同，如下面公式，Q表示喷药量，K₀表示每亩地所需的喷药量 

$\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{ds}}=K_0---\left(4\right)$

单位时间内的喷药量根据如下公式计算, 

$\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{dt}}*\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{ds}}=K_0*L_a*v---\left(5\right)$

由推导公式可知，单位时间内喷药量与拖拉机的实时速度v呈线性关系，单位时间内的喷药量即所有喷头喷药的流量。 

控制系统根据行驶的速度调整喷药流量，从而达到定量喷药的目的，而喷药的流量又与控制喷头的频率与占空比之间存在关系，所以定量喷药的核心在于根据拖拉机的实时速度调整频率和占空比。 

PLC控制器采集速度值后，根据内部计算，就可以计算出喷头25对应控制的频率和占空比，通过Q0.0-Q0.5通道输出6路不同的PWM波，驱动电路根据PWM波驱动电磁阀27。 

上述是本实用新型牵引式变量药液机的主要组成部分及工作原理，此外，本实用新型牵引式变量药液机还可设置喷药手动控制装置和安装支撑机架。 

本实用新型牵引式变量喷药机通过在外部壳体1内安装喷药自 动控制装置，并将喷药自动控制装置与牵引其行走的拖拉机连接，可根据行走速度的不同实现喷药作业的自动化和精准化控制；喷药系统的离心自吸泵21通过传动轴211与拖拉机的动力轴连接，当拖拉机的动力轴旋转时，带动离心自吸泵21的传动轴211随之旋转，从而带动离心自吸泵21工作，进行抽液作用，确保了喷药自动控制装置喷药液量与拖拉机行走速度的精准吻合；本实用新型的调压阀23可以旋转，进而实现对喷药管道22压力的调节；风扇26通过与离心自吸泵21的传动轴连接，其可将产生的风助力喷头25进行喷药，从而使得药液喷射得更远；过滤装置可对整个喷液管道中的杂质进行过滤，确保作业过程中不会堵塞喷头；药箱24容积一般为1000L，能够满足大面积喷药的要求，配套20马力小型拖拉机即可；本实用新型的控制系统实现对整个喷药作业的自动化、精准化控制，用于感应、传输并处理相关信号，并控制电磁阀27的开启和关闭，进而精准控制喷头流量，实现根据作业实际需求定量喷药的目的。此外，本实用新型牵引式变量喷药机降低了传统喷药机对人力的依赖，避免了因人的经验不足容易造成漏喷或者多喷情况的发生，极大提高了生产效率。 

需要说明的是，尽管上文对本实用新型作了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型记载的内容或原理进行修改，因此，凡按照本实用新型记载的内容或原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。 

Claims (7)

1.一种牵引式变量喷药机，其特征在于，其包括： 

喷药机本体，其具有外部壳体（1）； 

安装在外部壳体（1）内的喷药系统，其具有与拖拉机连接并可根据行走速度自动控制喷药量的牵引装置；以及 

与喷药系统连接的控制系统； 

所述牵引装置为具有传动轴（211）的离心自吸泵（21），所述传动轴（211）与拖拉机的动力轴连接； 

所述喷药系统包括药箱（24），与药箱（24）连接的喷药管道（22），设置在喷药管道（22）上且靠近所述离心自吸泵（21）的调压阀（23），设置在喷药管道（22）喷口处的喷头（25），设置在喷药管道（22）靠近喷头（25）处且与所述控制系统连接的电磁阀（27），以及 

与所述离心自吸泵（21）的传动轴（211）相连的用于助力所述喷头（25）喷液的风扇（26）；以及 

设置在所述喷药管道（22）上的过滤装置和多个单向阀。 

2.根据权利要求1所述的牵引式变量喷药机，其特征在于，所述喷药管道（22）包括输出管道和回流管道；其中 

所述回流管道与所述药箱（24）连接并由所述调压阀（23）调节控制； 

所述输出管道具有位于所述调压阀（23）内外两侧的第一输出管道和第二输出管道，并且在第二输出管道上设有至少一路用来连接所述喷头（25）的分管道。 

3.根据权利要求2所述的牵引式变量喷药机，其特征在于，所述第二输出管道上设有两路分管道，其中所述两路分管道分别位于所述第二输出管道的左右两侧。 

4.根据权利要求1所述的牵引式变量喷药机，其特征在于，所述控制系统包括： 

安装在拖拉机上用于采集行走速度信号的传感器（31）； 

与设置在所述喷药系统的喷药管道（22）上的多个电磁阀（27）连接的用于控制每个电磁阀（27）独立工作的固态继电器（33）；以及 

分别与传感器（31）和固态继电器（33）连接的用于控制其工作的控制器（34）。 

5.根据权利要求4所述的牵引式变量喷药机，其特征在于，所述控制系统还包括： 

与所述控制器（34）连接的用于人机交互的触摸显示屏（35）； 

与所述控制器（34）连接的用于对各部件进行控制的控制按键（36）； 

与所述控制器（34）连接的用于切换系统工作模式的模式切换按钮（37）；以及 

与所述控制器（34）连接的放大电路（32）；其中 

所述控制器（34）通过放大电路（32）与所述固态继电器（33）的连接实现其对所述电磁阀（27）开闭的控制。 

6.根据权利要求4所述的牵引式变量喷药机，其特征在于，所述控制器（34）为PLC控制器，所述传感器（31）为霍尔传感器。 

7.根据权利要求1所述的牵引式变量喷药机，其特征在于，其还包括： 

安装在所述喷药机本体上的喷药手动控制装置；以及 

安装在喷药机本体上的支撑机架。 

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