本發(fā)明涉及智能農(nóng)機植保機械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直接注入式實時變濃度在線混藥的變量噴霧裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物病蟲害是我國的主要農(nóng)作物災(zāi)害，具有種類多、影響大、易爆發(fā)成災(zāi)等特點，如果不及時預(yù)防和管理會對我國的國民經(jīng)濟，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域造成重大損失。因此加強農(nóng)作物田間管理，是建設(shè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)農(nóng)田的重要措施。田間農(nóng)作物病蟲害的預(yù)防和管理，對農(nóng)作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量影響很大。目前，我國的植保工作的方針是“預(yù)防為主，綜合防治”，這是我國勞動人民長期同農(nóng)作物病蟲害作斗爭的經(jīng)驗總結(jié)?；瘜W(xué)農(nóng)藥在抑制病蟲害的同時也出現(xiàn)了很多問題：如農(nóng)藥的殘留，污染環(huán)境以及農(nóng)藥使用的不合理所造成的資源浪費。目前國內(nèi)植保機械主要采用傳統(tǒng)的預(yù)混的方式，即農(nóng)藥和水在藥箱里攪拌后再進(jìn)行噴施。但這種混藥方法無法實現(xiàn)變量噴霧，不能改變現(xiàn)有噴霧機浪費農(nóng)藥，污染環(huán)境和混合質(zhì)量不高的缺點。

在現(xiàn)有技術(shù)中，申請人未發(fā)現(xiàn)采用直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置。對相近技術(shù)現(xiàn)有專利進(jìn)行檢索時發(fā)現(xiàn)，專利“一種變量噴霧自動混藥裝置”(申請?zhí)?00820047346.7)使用流量計與流量控制閥控制藥液的流量，成本較高；專利“一種自動混藥的變量噴霧裝置”(申請?zhí)枺?01320285621.X)實現(xiàn)了自動變量噴霧，自吸混藥器安裝在動力泵與噴桿之間的管路上，有一定時間的混藥延遲。根據(jù)試驗研究，在藥泵出口處混藥延遲時間約10s，在噴桿前端處混藥延遲時間約為2s，說明混藥位置離噴頭越近其實時性越好。因此，目前在線混藥裝置受限于藥液流量檢測技術(shù)、混藥延遲和適合性等方面難以滿足市場需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種直接注入式實時變濃度在線混藥的變量噴霧裝置及其控制方法，可直接注入混藥，并實時改變噴藥濃度。其適用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械，且結(jié)構(gòu)簡單可靠，適用于各種噴霧機?？梢员ＷC噴施機械在作業(yè)過程中完成水藥的均勻混合，在高壓力工作狀態(tài)下混藥，成本低，響應(yīng)時間快，實時性好，而且能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的實時調(diào)節(jié)混藥比。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，包括供水通路模塊、精量供藥通路模塊、混藥噴施模塊、控制模塊；供水通路模塊和精量供藥通路模塊分別和混藥噴施模塊相接；控制模塊和供水通路模塊相接以采集供水通路模塊的流量和壓力信號；控制模塊和精量供藥通路模塊相接，以根據(jù)供水通路模塊的流量和壓力、混藥比例控制進(jìn)入混藥噴施模塊的藥量；水和藥在混藥噴施模塊混合并及時噴出。

供水通路模塊包括壓力傳感器A和依次相接的水箱、過濾器、柱塞泵A、溢流流量調(diào)節(jié)閥、流量計和單向閥A，單向閥A接入混藥噴施模塊，與控制模塊電連接的壓力傳感器A接入溢流流量調(diào)節(jié)閥和流量計之間；精量供藥通路模塊包括壓力傳感器B和依次相接的藥箱、精量柱塞泵B和單向閥B，單向閥B接入混藥噴施模塊，與控制模塊電連接的壓力傳感器B接入藥箱，精量柱塞泵B與控制模塊相接。采用這種結(jié)構(gòu)后，水箱用于單獨存放水，柱塞泵A從水箱中抽水，溢流流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)噴霧壓力和噴霧量以適應(yīng)不同作業(yè)要求，壓力傳感器A檢測供水通路模塊中的水壓力，流量計檢測供水通路模塊中的水流量，單向閥A防止藥液倒流至水區(qū)域。藥箱存儲藥液，壓力傳感器B檢測藥箱底部的藥液壓力，精量柱塞泵B將藥液加壓后在混藥噴施模塊注入，單向閥B防止其他藥液和水倒流。精量供藥通路模塊可同時使用多路(例如三路)供藥以滿足多種藥液同時噴施的作業(yè)要求。精量供藥通路模塊無需安裝價格高昂的小流量計即可實現(xiàn)實時變濃度在線混藥噴霧。

直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置安裝在農(nóng)業(yè)機械車體上，柱塞泵A與農(nóng)業(yè)機械車體的動力裝置連接，由該動力裝置驅(qū)動，為噴霧提供動力。

混藥噴施模塊包括噴桿、混藥器和噴頭；噴桿內(nèi)設(shè)有水管和藥管，水管將供水通路模塊和混藥器連接，藥管將精量供藥通路模塊與混藥器連接，混藥器與噴頭相接。采用這種結(jié)構(gòu)后，水和藥液在混藥器內(nèi)沖擊混合后經(jīng)噴頭形成霧滴噴施至目標(biāo)物上方?；焖幤鲀?yōu)選的采用高效短距離混藥結(jié)構(gòu)，且離噴頭近，濃度控制實時性好。

混藥器的數(shù)量為多個，一個混藥器安裝一個噴頭；各混藥器并聯(lián)的接入藥管，且并聯(lián)的接入水管。

精量供藥通路模塊的數(shù)量為多組，各組相互并聯(lián)，藥管的數(shù)量同精量供藥通路模塊的組數(shù)，且一根藥管接入一組精量供藥通路模塊；各藥管并聯(lián)的接入每個混藥器。

噴桿內(nèi)的水管和藥管中間分別設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)藥口，分別與供水通路模塊出水口和精量供藥通路模塊連接，藥管和水管設(shè)有多組分布均勻的出藥口和出水口，并分別與對應(yīng)混藥器的進(jìn)藥口和進(jìn)水口相接，一個混藥器上的進(jìn)藥口等距分布在同一豎直方向上；混藥器沒有自吸功能。采用這種結(jié)構(gòu)后，水和農(nóng)藥在噴桿中間位置注入噴桿內(nèi)部管道。均勻布置可保證混藥器中水和藥配比的均勻性，提高了各個噴頭噴施藥液的均勻性。農(nóng)藥注入壓力大于水壓保證農(nóng)藥和水的定量混合。

控制模塊包括控制器和顯示器，流量計、壓力傳感器A、壓力傳感器B、精量柱塞泵B均與控制器連接；用于輸入和顯示參數(shù)的顯示器與控制器相接。采用這種結(jié)構(gòu)后，控制器采集供水通路模塊的壓力傳感器A和流量計信號以及精量供藥通路模塊的壓力傳感器B信號；根據(jù)供水管路水壓和流量值以及混藥比例計算出當(dāng)前時刻所需的藥液流量，通過驅(qū)動控制精量供藥通路模塊的精量柱塞泵B泵出一定量的藥液。顯示器用于設(shè)定農(nóng)藥種類、對應(yīng)藥箱編號及噴藥濃度等參數(shù)以及顯示供水壓力與流量、供藥量、藥箱藥量、實際噴施濃度等信息。

溢流流量調(diào)節(jié)閥的溢流管路與水箱相接；精量柱塞泵B通過控制模塊控制轉(zhuǎn)速改變泵藥量，并有霍爾傳感器實時反饋精量柱塞泵B的實際轉(zhuǎn)速，保證藥液注入精確。

一種直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置的控制方法，使用直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，包括如下步驟：

S1、通過顯示器輸入?yún)?shù)，包括農(nóng)藥種類、對應(yīng)藥箱編號及噴藥濃度；

S2、控制器采集供水通路模塊中的壓力傳感器A和流量計信號，獲得供水管道水流壓力x和水流流量Q；

S3、控制器采集精量供藥通路模塊的壓力傳感器B信號，獲得藥箱藥液壓力y，由壓力體積模型v＝f(y)計算得到藥箱中藥液的剩余體積v；

S4、控制器根據(jù)供水通路模塊中水流流量Q、水流壓力x和用戶設(shè)定的噴藥濃度，計算出當(dāng)前時刻所需要的藥液量，由精量柱塞泵B的轉(zhuǎn)速n、水流壓力x與藥液流量q的關(guān)系模型q＝f(x,n)計算出精量柱塞泵B所需要的轉(zhuǎn)速n；

S5、控制器輸出驅(qū)動信號控制精量柱塞泵B的電機轉(zhuǎn)速n，利用霍爾傳感器實時檢測精量柱塞泵B的電機轉(zhuǎn)速N，并與控制器形成閉環(huán)控制；

S6、施藥量由處方圖或?qū)崟r傳感器輸入至控制器，控制器計算出混藥濃度再通過精量柱塞泵B泵出藥液；

S7、根據(jù)轉(zhuǎn)速N、壓力x、藥液流量q模型計算出實時的藥液流量q＝f(x，N)，實時噴藥濃度C＝q/Q，藥液剩余體積v＝f(y)；

S8、當(dāng)前水流壓力x，水流流量Q，藥液剩余體積v，藥液流量q和實時噴藥濃度C在顯示器中顯示；

S9、柱塞泵A和精量柱塞泵B始終從水箱和藥箱中抽取水和藥液，水和藥液注入混藥器，在混藥器中快速沖擊混合均勻后由噴頭噴施。

總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，供水通路模塊由農(nóng)業(yè)機械車體(例如拖拉機機械)提供動力，即可在現(xiàn)有噴霧機噴霧系統(tǒng)上加裝而成，可以安裝在任一款預(yù)混式噴霧機上，成本低，可適用目前市場主流產(chǎn)品。

2、本發(fā)明的直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，通過精量柱塞泵B實現(xiàn)藥液精確注入，無需高壓力高精度藥液微小流量傳感器，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低了系統(tǒng)成本。

3、本發(fā)明的直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，通過在離噴頭最近的位置將藥液直接注入水流中，混合均勻后立即經(jīng)噴頭霧化噴施至目標(biāo)上方，水和1種或多種藥液在線混合，且濃度控制響應(yīng)快，實時性好，實現(xiàn)實時變濃度噴霧，滿足變量噴施需求。

4.結(jié)構(gòu)簡單可靠，藥和水單獨存儲，在噴施過程中實時控制多種農(nóng)藥的注入量并在線混合均勻。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是圖1中，混藥噴施模塊的局部放大圖。

其中，1-水箱、2-過濾器、3-顯示器、4-柱塞泵A、5-控制器、6-溢流流量調(diào)節(jié)閥、7-藥箱、8-壓力傳感器B、9-單向閥A、10-精量柱塞泵B、11-壓力傳感器A、12-單向閥B、13-流量計、14-混藥器、15-噴頭、16-噴桿。a為進(jìn)水口，b1、b2、b3為進(jìn)藥口，c為混合液出口。

具體實施方式

下面來對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

一種直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，包括供水通路模塊、精量供藥通路模塊、混藥噴施模塊、控制模塊。本實施例是將本發(fā)明應(yīng)用于高地隙噴霧機JKB18C，構(gòu)成高地隙在線噴霧系統(tǒng)，噴霧壓力為1-2.5Mpa。其中，水箱、過濾器、溢流流量調(diào)節(jié)閥、噴頭、柱塞泵A為噴霧機原有配置，柱塞泵A由噴霧機動力裝置驅(qū)動其他為本發(fā)明裝配。

供水通路模塊包括壓力傳感器A和依次相接的水箱、過濾器、柱塞泵A、溢流流量調(diào)節(jié)閥、流量計和單向閥A，單向閥A接入混藥噴施模塊的噴桿中的水管，與控制模塊的控制器電連接的壓力傳感器A接入溢流流量調(diào)節(jié)閥和流量計之間，檢測供水通路模塊的水壓。溢流流量調(diào)節(jié)閥的溢流管路與水箱相接，從而多余的水回流至水箱。

精量供藥通路模塊包括壓力傳感器B和依次相接的藥箱、精量柱塞泵B和單向閥B，單向閥B接入混藥噴施模塊的噴桿中的藥管，與控制模塊的控制器電連接的壓力傳感器B接入藥箱，精量柱塞泵B與控制模塊的控制器相接。本實施例中的精量供藥通路模塊有三組，相互并列，三個壓力傳感器B和三個精量柱塞泵B均并聯(lián)接入控制器；三個單向閥B各自接入一根藥管。對三個藥箱編號，對應(yīng)加入三種農(nóng)藥，由控制器控制出藥量，對藥量進(jìn)行配比。本實施例中，精量柱塞泵B選型為TRS系列旋轉(zhuǎn)陶瓷柱塞泵。

混藥噴施模塊包括噴桿、混藥器和噴頭。噴桿內(nèi)設(shè)有一根水管和三根藥管，水管將供水通路模塊和混藥器連接，藥管將精量供藥通路模塊與混藥器連接，混藥器與噴頭相接且一一對應(yīng)。噴桿上設(shè)有多個均勻分布的出水口和多個均勻分布的出藥口，出水口為水管的一端，出藥口為藥管的一端；每個混藥器均設(shè)有三個進(jìn)藥口，這三個進(jìn)藥口等距分布在同一豎直方向上；混藥器沒有自吸功能。本實施例中，混藥器和噴頭的數(shù)量均為八個，八個混藥器并聯(lián)的接入每根藥管，且并聯(lián)的接入水管。這種均勻布置的連接方式，保證了藥物混合均勻，噴淋均勻。藥液和水在混藥器中均勻混合，在混藥器的混合液出口排出，及時經(jīng)噴頭噴淋。本實施例中，混藥器選型為SK型靜態(tài)混合器。

控制模塊包括控制器和顯示器，流量計、壓力傳感器A、壓力傳感器B、精量柱塞泵B均與控制器連接，實時反饋監(jiān)測的數(shù)據(jù)，同時精量柱塞泵B通過控制器控制轉(zhuǎn)速改變泵藥量，并有霍爾傳感器實時反饋精量柱塞泵B的實際轉(zhuǎn)速，保證藥液注入精確。用于輸入和顯示參數(shù)的顯示器與控制器相接。

一種直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置的控制方法，使用直接注入式實時變濃度在線混藥噴霧裝置，包括如下步驟：

S1、通過顯示器輸入?yún)?shù)，包括農(nóng)藥種類、對應(yīng)藥箱編號及噴藥濃度等信息；

S2、控制器采集供水通路模塊中的壓力傳感器A和流量計信號，獲得供水管道水流壓力x和水流流量Q；

S3、控制器采集精量供藥通路模塊的壓力傳感器B信號，獲得藥箱藥液壓力y，由壓力體積模型v＝f(y)計算得到藥箱中藥液的剩余體積v；

S4、控制器根據(jù)供水通路模塊中水流流量Q、水流壓力x和用戶設(shè)定的噴藥濃度，計算出當(dāng)前時刻所需要的藥液量，由精量柱塞泵B的轉(zhuǎn)速n、水流壓力x與藥液流量q的關(guān)系模型q＝f(x,n)計算出精量柱塞泵B所需要的轉(zhuǎn)速n；

S5、控制器輸出驅(qū)動信號控制精量柱塞泵B的電機轉(zhuǎn)速n，利用霍爾傳感器實時檢測精量柱塞泵B的電機轉(zhuǎn)速N，并與控制器形成閉環(huán)控制；

S6、施藥量由處方圖或?qū)崟r傳感器輸入至控制器，控制器計算出混藥濃度再通過精量柱塞泵B泵出藥液；該步驟中，“施藥量由處方圖或?qū)崟r傳感器輸入至控制器，控制器計算出混藥濃度”是現(xiàn)有技術(shù)；

S7、根據(jù)轉(zhuǎn)速N、壓力x、藥液流量q模型計算出實時的藥液流量q＝f(x，N)，實時噴藥濃度C＝q/Q,藥液剩余體積v＝f(y)；

S8、當(dāng)前水流壓力x，水流流量Q，藥液剩余體積v，藥液流量q和實時噴藥濃度C在顯示器中顯示；

S9、柱塞泵A和精量柱塞泵B始終從水箱和藥箱中抽取水和藥液，水和藥液注入混藥器，在混藥器中快速沖擊混合均勻后由噴頭噴施。

除了本實施例提及的方式外，精量供藥通路模塊、混藥器和噴頭的數(shù)量可以根據(jù)實際需要選擇。這些變換方式均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。