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一种智控卷盘喷灌机及控制方法与流程

2023-01-06 02:14:10 来源:中国专利 TAG:


1.本技术涉及喷灌设备的领域,尤其是涉及一种智控卷盘喷灌机及控制方法。


背景技术:

2.卷盘喷灌机是一种适用于喷灌大面积农田的农业灌溉设备,是农田节水灌溉通常选用的喷灌设备,它节省了大量的人力,灌溉效率高,并且节约水资源。
3.卷盘喷灌机通常包括卷盘、支撑架、喷灌水管、卷盘驱动装置和喷头车,卷盘设置在支撑架上,喷灌水管盘绕在卷盘,可以进行收或放,卷盘驱动装置能够带动卷盘转动,喷头车通过喷灌水管与卷盘连接,卷盘支撑架底部设有车轮。在进行喷灌工作时,利用拖拉机等牵引机车将卷盘喷灌机整体牵拉至田间地头后,先通过调整支撑架调整喷灌方向,再利用拖拉机或绞车等牵引设备把连接有喷灌水管的喷头车拖出至预设的喷灌地点,然后再开启供水阀门,带压水进入喷灌水管,并自喷头车的喷头喷出进行喷灌作业,同时启动卷盘驱动装置驱动卷盘旋转,从而实现喷灌水管的自动回收并带动喷头车回退。
4.现有技术中卷盘驱动装置采用电动机控制,能够实现对喷灌水管的自动收或放,但是在对喷灌水管的收或放的过程中,卷盘的转动速率(即角速度)是一致的,而由于喷灌水管是逐层盘绕在卷盘上的,不同层的喷灌水管的收或放的速度(线速度)实际是不同的,继而导致喷头经过单位长度的实际时间是不同的,单位受喷灌面积下的受液量不一致,不能实现灌溉均匀的效果。
5.针对上述中的相关技术,发明人认为如何实现对喷灌水管收的速度控制,是提升灌溉效果均匀的有效保障。


技术实现要素:

6.为了实现对卷盘喷灌机的喷灌水管的速度控制,本技术提供一种智控卷盘喷灌机及控制方法。
7.本技术提供的一种智控卷盘喷灌机及控制方法采用如下的技术方案:第一方面,本技术提供一种智控卷盘喷灌机,采用如下的技术方案:一种智控卷盘喷灌机,包括卷盘、支撑架、喷灌水管、卷盘驱动装置和喷头车;所述卷盘的一个翼板的外表面固定设有凸出于翼板外表面的圆环状齿盘,且齿盘与翼板同心设置;卷盘驱动装置能够通过带动齿盘转动进而带动卷盘上盘绕的喷灌水管回收;卷盘驱动装置包括电动机、减速器,电动机与减速器传动连接,减速器与齿盘传动连接;该卷盘喷灌机还包括控制箱、信号监测装置,所述信号监测装置用以采集卷盘转动状态或喷灌水管运动状态信号,且将采集的信号反馈至控制箱;所述控制箱接受采集信号或录入信息,经处理后发出控制指令,通过控制与控制箱连通的电动机或减速器,进而调整喷灌水管的回收速度。
8.通过采用上述技术方案,本技术通过设置信号监测装置对卷盘转动状态或喷灌水管运动状态信号进行监控,通过控制箱对监控信号进行处理,并通过控制和调整卷盘驱动装置的电动机或减速器带动齿盘转动的转速,进而控制喷灌水管回收的速度,从而能够实现对喷灌水管回收的速度不均匀的问题的解决,实现灌溉均匀的效果。
9.可选的,所述信号监测装置包括用以采集卷盘转动的转动传感器,所述转动传感器设置于卷盘或齿盘或变速箱输出端处;所述控制箱记录所述转动传感器采集转动一圈的实际时长。
10.通过采用上述技术方案,公开了一种信号监测装置的类型或设置方式。通过控制箱通过反馈的监测卷盘转动状态的信号,并调用内置的参数矩阵,从而判定当前喷灌水管所在的层,然后处理模块根据实际需要的回收喷灌水管的速度,控制调整齿盘转动的转速。
11.可选的,所述转动传感器采用霍尔传感器、编码器、旋转传感器中任意一种。
12.通过采用上述技术方案,公开了转动传感器的种类选择。
13.可选的,所述信号监测装置包括用以采集喷灌水管移动线速度的线速度传感器,所述线速度传感器设置于喷头车处或喷灌水管离开卷盘的位置处。
14.通过采用上述技术方案,公开了另一种信号监测装置的类型或设置方式。通过直接对喷灌水管移动线速度进行检测,可知直接得知速度是否均匀,并通过控制箱对其处理,当发生变动时通过调整,实现有效的控制,控制方式更简单、直接。从而能够实现对喷灌水管回收的速度不均匀的问题的解决,实现灌溉均匀的效果。
15.可选的,所述卷盘的两侧翼板的外缘之间设置有连杆,所述连杆设置在喷灌水管回收的移动路径一侧,且不干扰喷灌水管回收;所述线速度传感器置于所述连杆上。
16.通过采用上述技术方案,公开了喷灌水管离开卷盘的位置安装线速度传感器时对卷盘的改造。
17.可选的,所述控制箱内置有依次连通的输入模块、处理模块、输出模块,以及与输入模块、处理模块、输出模块连通的存储模块;所述输入模块能够接受信号监测装置采集的信息,且能够输入预设信息并存入存储模块;所述处理模块能够调用存储模块的信息,并对输入模块接受的信号实时处理,处理后的信号送入输入模块;所述输入模块依据处理后的信号发出控制指令至发动机或减速器。
18.通过采用上述技术方案,公开了控制箱内的控制系统的组成及作用,通过控制系统对参数的预设、采集信号的处理、控制指令的下发,实现自动、高效、及时的过程控制。
19.可选的,所述电动机采用变频电机或普通电机配有变频器;所述减速器采用设置有调速部件的减速器或采用调速减速机。
20.通过采用上述技术方案,公开了为实现自动控制,对电动机、减速器的选型。
21.可选的,该智控卷盘喷灌机在进水管上设置用以实时监测进水的水压的压力表,并将压力信号反馈至控制箱;该智控卷盘喷灌机还设置有与控制箱连接的报警装置;在控制箱中预设有压力阈值,
当监测压力值小于压力阈值,控制箱控制卷盘驱动装置停止带动齿盘转动,并发出报警信号至报警装置;当检测压力值下降、但不小于压力阈值,控制箱控制卷盘驱动装置降低带动齿盘转动的转速,并发出报警信号至报警装置。
22.通过采用上述技术方案,公开了对其的进一步的优化。由于不同的供水压力对于灌溉的均匀性可能产生影响,因此通过对供水压力的监测,并通过控制系统对其处理后,作出相应的控制,以保证灌溉的效果。
23.第二方面,本技术提供一种智控卷盘喷灌机的控制方法,采用如下的技术方案:一种智控卷盘喷灌机的控制方法,包括步骤,启动卷盘喷灌机;初始化控制箱;预设信息;以初始转动角速度运动;信号监测装置采集信号反馈至控制箱;控制箱处理信号;下发控制指令信号;电动机或减速器调速;停止收卷。
24.通过采用上述技术方案,通过控制箱预设信息及采集信息的输入,获得设备的静态和动态信息,经由调用及处理后得到控制指令,通过控制指令控制调速,使喷灌水管的收回速度达到合适的速度,以使灌溉的效果均匀、一致。
25.可选的,预设信息包括{层c,圈数n,直径r,弧长s}的参数矩阵、初始转动角速度、压力阈值、实际需要的回收喷灌水管的速度、待喷灌的农田的长度、计划喷灌的时间的全部或部分。
26.通过采用上述技术方案,公开了控制箱预设的一些信息。
27.本技术包括以下至少一种有益技术效果:1.本技术通过控制箱预设信息及采集信息的输入,获得设备的静态和动态信息,经由调用及处理后得到控制指令,通过控制指令控制电动机或减速器调速,使喷灌水管的收回速度达到合适的速度,以使灌溉的效果均匀、一致。
28.2.本技术通过对进水压力的监测,并通过控制系统对其处理后,作出相应的控制,以保证灌溉的效果。
29.3.本技术自动化控制,通过高效的智能控制,提高了效率,节约了用电量,提高了能效。
附图说明
30.图1是本技术智控卷盘喷灌机的一种实施例主视结构示意图。
31.图2是本技术智控卷盘喷灌机的一种实施例俯视结构示意图。
32.图3是本技术智控卷盘喷灌机的一种实施例立体结构示意图。
33.附图标记说明:
1、支撑架;11、车轮;2、卷盘;21、翼板;22、旋转轴座;3、卷盘驱动装置;31、电动机;32、减速器;33、齿盘;4、喷灌水管;41、进水管;42、压力表;5、控制箱。
具体实施方式
34.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
35.本实施例公开了一种智控卷盘喷灌机。
36.参考图1-3,卷盘2喷灌机包括卷盘2、支撑架1、喷灌水管4、卷盘驱动装置3和喷头车(图中未展示)。
37.其中,卷盘2包括筒体、翼板21,筒体为中空的圆筒状结构,翼板21是圆盘状结构,两件翼板21与筒体同轴并固定设置在筒体的两端,翼板21的外径尺寸大于筒体的外径尺寸,两件翼板21相对的内表面和筒体的外表面共同构成喷灌水管4的容纳空间,喷灌水管4能够盘绕在该容纳空间内。在其中一件翼板21的外表面上固定设有凸出于翼板21外表面的圆环状齿盘33,且齿盘33与翼板21同心设置。
38.其中,支撑架1底部设置有车轮11,便于带动其运动。在支撑架1上对称设置有旋转轴座22,旋转轴座22同轴设置有旋转轴,旋转轴自卷盘2的筒体的两侧与筒体连接,筒体与旋转轴为同轴心,卷盘2能够在旋转轴座22上发生转动。在卷盘2的设置有齿盘33的一侧的支撑架1上设置电动机31、减速器32,减速器32的一侧设置有伸出的带轮,带轮通过皮带与电动机31的输出端连接;减速器32的另一侧设置有伸出的链轮,链轮通过链条与翼板21外表面的圆环状齿盘33连接。通过电动机31带动减速器32运动,减速器32带动齿盘33运动,翼板21与齿盘33同步转动,也即卷盘2与齿盘33同步转动。其中电动机31、减速器32、齿盘33组成卷盘驱动装置3。
39.其中,在卷盘2的筒体的一侧,设置喷灌用水的进水管41。进水管41与喷灌水管4的一端连通,喷灌水管4的另一端与灌溉用喷头车的喷头连通。进水管41提供的水经过喷灌水管4,到达喷头处,用于对农田进行喷灌。
40.该智控卷盘喷灌机还包括控制箱5,本实施例采用plc控制箱5,当然也可以采用其他软件编程控制箱5。控制箱5包括输入模块、处理模块、输出模块、存储模块,输入模块与处理模块连通,处理模块与输出模块连通,输入模块、处理模块、输出模块分别与存储模块连通。输入模块可以接收外部监测装置采集的信号,也可以通过操作人员录入信息。处理模块能够根据内置程序对输入模块输入的信息进行处理,也能够调用存储模块中存储的数据信息,输出模块能够依据处理模块处理结果,对外发出控制指令信息。存储模块能够预存录入的信息、存储输入模块、处理模块、输出模块的过程信息等。
41.为了减少或克服由于喷灌水管4回收的速度不同,而导致的单位受喷灌面积下的受液量不一致,灌溉不均匀的问题。在本技术中,最核心的问题就是需要在喷灌水管4回收的过程中,动态的控制喷灌水管4回收的速度(线速度),使其维持相对稳定的状态。也即解决灌溉不均匀的问题,主要在于解决喷灌水管4回收的速度不均匀的问题。
42.在本实施例中,喷灌水管4回收的速度(线速度)可以通过多种信号监测装置,配合控制系统对监测信号的处理进行确定和控制。
43.由于喷灌水管4在卷盘2上逐层盘绕,不同层的喷灌水管4的转动直径是不同的,在卷盘2转动的过程中,卷盘2转动角速度相同,即不同层的喷灌水管4的转动角速度相同,根
据角速度与线速度的关系v=ωr,v为线速度(单位:m/s),ω为角速度(单位:rad/s),r为半径(单位:m), 则知,在卷盘2盘绕的情况下,随着盘绕进度的推移,r变大,要使得v不变,需要ω减小。
44.由于卷盘2上每层可以盘绕的喷灌水管4的圈数n是确定的,不同层的直径r是确定的,该层上每一圈的喷灌水管4对应的弧长s也是确定的。也即可以形成卷盘2喷灌机的{层c,圈数n,直径r,弧长s}的对应关系参数矩阵。
45.在本技术的一种实施例中,智控卷盘喷灌机在控制箱5内通过输入模块预先录入{层c,圈数n,直径r,弧长s}的参数矩阵,形成所在层c-该层的圈数n-该层的直径r-该层的弧长s之间的关系。进而可以依据s=ωrt,t为转动一圈的时长(单位:s),确定在当喷灌水管4在卷盘2上的某一层c上随卷盘2转动回收转动时,若以某一固定的角速度ω转动的转动一圈的时长t,形成所在层c-该层的圈数n-该层的直径r-该层的弧长s-转动一圈的时间t之间的关系。
46.智控卷盘喷灌机设置用以采集卷盘2转动的转动传感器,转动传感器可以设置于卷盘2或齿盘33或变速箱输出端处,并将采集到的信号反馈到控制箱5,经输入模块输入,并且同时记录转动一圈的实际时长t,t为实际转动一圈的时长(单位:s),记录时长可通过控制箱5内的程序自动完成,也即控制箱5内的控制程序具有计时器模块。
47.转动传感器可以采用霍尔传感器进行计数,以霍尔传感器作为原点,接收一个霍尔传感器的脉冲就是一圈,同时记录转动一圈的实际时长t。转动传感器还可以采用编码器计数,直接读取的位置进行计数;转动传感器还可以采用旋转传感器等能够检测圈数或转速的传感器。
48.启动该智控卷盘喷灌机后,从输入模块输入一个初始转动角速度ω0,使喷灌水管4在以固定的角速度ω0转动作用下的卷盘2带动回收,视为匀速圆周运动,此时,采集到转动一圈的实际时长t0,该过程实际转过的弧长s0=ω0rt0,形成s0与t0的关系。处理模块调用{层c,圈数n,直径r,弧长s}的参数矩阵,并将得到的转动角速度ω0时s0与t0的关系,与所在层c-该层的圈数n-该层的直径r-该层的弧长s-转动一圈的时间t之间的关系对比,从而判定当前喷灌水管4所在的层c0,同时得到了当前的直径r。等参数,然后处理模块根据实际需要的回收喷灌水管4的速度v1,计算出对应的角速度值ω1。
49.角速度与转速的关系ω=2πn,n是每秒转动的圈数。控制角速度可以通过直接控制减速器32的输出端的出处角速度值来实现,也可以通过控制电动机31的转速,从而控制减速机的输入端的转速,进而控制减速器32的输出端的出处角速度值来实现。根据控制方式的不同,将电动机31和/或减速器32与控制箱5连通。处理模块依据控制的不同,得到对应的指控指令信息。其中,如通过减速机调速,减速器32采用设置有调速部件的减速器32,或采用调速减速机。
50.输出模块将控制指令信息发送到电动机31和/或减速器32,以使卷盘2跳转到按照角速度值ω1转动。
51.当喷灌水管4在收卷过程中,喷灌水管4从前一层盘绕变到后一层盘绕时,其弧长s与时长t的关系发生变化,处理模块自动计算并跳转到相应的角速度值。
52.直至收卷结束,停止收卷。
53.该实施例中,由于智控卷盘喷灌机的{层c,圈数n,直径r,弧长s}参数矩阵在设备
成型时已经确定,因此在后续的使用过程中,不需要频繁调整,系统预设即可。使用时,只需要在初始状态下,设定一个初始的角速度,启动转动,通过转动传感器监测卷盘2转动一圈,系统内可以自行采集转动一圈的时长,通过调用参数矩阵,即可得到当前所在的层及该层的相关参数。系统可以通过录入的欲达到的收管线速度,自动控制卷盘2使其适配。在跃层的过程中,同样自动适配,使整个过程中,不同层的喷灌水管4的收管的速度能够自动趋于并维持一致,使喷头经过单位长度的实际时间相同,单位受喷灌面积下的受液量一致,实现灌溉均匀的效果。
54.当然,该智控卷盘喷灌机还可以通过输入模块设定待喷灌的农田的长度、以及计划喷灌的时间,使该智控卷盘喷灌机自动匹配收管速度,通过自动控制,完成喷灌作用。可以使得使用者有能够较好的规划灌溉作业。
55.本实施例中,当喷灌作业中途中断时,系统自动记录工作停止前的参数,可以选做重启的初始参数。因此该装置不用重置系统,在停止作业或发生故障等情况下,也不必然人工收卷完成,重启时再重新安置喷头车的位置。这样就能很好地避免灌溉遗漏或重复灌溉,连续作业效果好,灌溉均匀性和一致性较好。
56.其中,为了保证喷灌的效果和喷灌的安全,喷灌用水的进水管41上设置用以检测进水的水压的压力表42,该压力表42能够实时监测进水压力,并将该压力信号反馈至控制箱5。在启动喷灌作业前,通过输入模块输入灌溉作业的工作最低压力阈值。当处理模块判定进水管41的水压低于工作最低压力阈值时,说明进水管41的水压不够,此时,喷头车处的喷水流量不足,不能进行喷灌作业。正常工作时,进水管41的供水为带压水,是能够满足压力阈值条件的。当工作中出现检测到的压力值低于设定的压力阈值时,输出模块箱电动机31发出停止作业的指令。同时在该智控卷盘喷灌机上设置报警器,报警器采用声音报警和/或光亮报警。
57.作为进一步的优化,为了更好的保证喷灌的效果,即使在相同的收管线速度的前提下,如果进水管水压发生较大变化,也即单位时间内的供水量发生变化,此时单位受喷灌面积下的受液量也将不一致,不能实现灌溉均匀的效果。对此,该智控卷盘喷灌机在处理模块判定压力表42检测到水压下降、但是未低于工作最低压力阈值的情况下,可以通过输出模块下发控制指令降低电动机31或减速器32的转速,从而控制降低卷盘2的转动角速度的方式,来保证喷灌的效果的一致性。
58.当然的,智控卷盘喷灌机还可以通过人为关机,或通过设定作业时间,当灌溉时间达到预设值关机等。
59.实施例2作为另一种实施例,智控卷盘喷灌机设置用以采集喷灌水管4移动线速度的线速度传感器,线速度传感器可以设置于喷头车处或喷灌水管4离开卷盘2的位置处。当其设置于喷灌水管4离开卷盘2的位置处时,在卷盘2的两侧翼板21的外缘之间设置连杆,连杆设置在喷灌水管4回收的经过的一侧,且不干扰喷灌水管4回收处,线速度传感器设置在连杆上。线速度传感器将采集到的信号反馈到控制箱5,经输入模块输入。
60.智控卷盘喷灌机在控制箱5内通过输入模块预先录入{层c,圈数n,直径r,弧长s}的参数矩阵。
61.启动该智控卷盘喷灌机后,从输入模块输入一个初始转动角速度ω0,使喷灌水管
4在以固定的角速度ω0转动作用下的卷盘2带动回收,视为匀速圆周运动,此时,线速度传感器监测到喷灌水管4移动线速度v0,则处理模块可以计算出当前喷灌水管4所处的层的直径r=v0/ω0,并调用{层c,圈数n,直径r,弧长s}参数矩阵,从而判定当前喷灌水管4所在的层c。然后处理模块根据实际需要的回收喷灌水管4的线速度v1,计算出对应的角速度值ω1。
62.输出模块将控制指令信息发送到电动机31和/或减速器32,以使卷盘2跳转到按照角速度值ω1转动。
63.当喷灌水管4在收卷过程中,喷灌水管4从前一层盘绕变到后一层盘绕时,由于r发生变化,而角速度值仍然为ω1,线速度传感器检测到的线速度发生变化,此时处理模块自动根据实际需要的回收喷灌水管4的线速度v1,计算出对应的角速度值ω1’
,输出模块下发控制指令跳转到相应的角速度值。
64.直至收卷结束,停止收卷。
65.当然,上述实施例中的信号监测装置可以共同使用,达到更好的检测精度。
66.本技术还公开了一种智控卷盘喷灌机的控制方法,包括以下步骤。
67.准备工作。在进水管41上连接外部供水管道。将喷头车置于待喷灌的初始位置,安装喷头并调整喷头的角度。调整支撑架1使卷盘2的方向与喷头车的与喷灌水管4的方向一致(对于使用牵引机车带动该卷盘2喷灌机的喷头车随机喷灌作用的情况,不需要调整方向的一致性,当然,也不在本技术要解决的技术问题内)。固定支撑架1。启动外部供水设备等。
68.参数预设。启动卷盘2喷灌机;初始化控制箱5;通过控制箱5的输入模块预设包括{层c,圈数n,直径r,弧长s}的参数矩阵、初始转动角速度ω0、工作最低压力阈值、实际需要的回收喷灌水管4的速度v1、待喷灌的农田的长度、以及计划喷灌的时间等。
69.启动卷盘2喷灌机。包括启动电动机31、减速器32,打开进水管41阀门供水等。控制箱5内的输入模块接受信号监测装置的检测信号,处理模块对信息进行处理,输出模块下发控制指令使设备做出适应的运动或调整。
70.当灌溉过程中,灌溉水管所在层发生变化时,控制箱5内控制系统自动调整。
71.直至收卷结束,停止收卷。
72.本技术既可以有效的提高灌溉作业的均匀性、一致性,又通过完善自动化控制,通过高效的智能控制,提高了效率,节约了用电量,提高了能效。
73.以上均为本技术的较佳实施例,并非依此限制本技术的保护范围,故:凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本技术的保护范围之内。
再多了解一些

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