一种喷药机喷头堵塞故障排除系统与方法
【专利摘要】一种喷药机喷头堵塞故障排除系统与方法属农业机械【技术领域】，喷头堵塞故障排除系统包括主控制系统、报警系统、显示模块、电源模块，还包括安装在喷药分支管路上的喷头堵塞监测传感器组和管路压力传感器、安装在药箱上的药箱液位传感器、喷药机水泵、水泵电机、电磁阀及喷头；本发明还提供了喷药机喷头堵塞故障排除方法。本发明可根据液位传感器、管路压力传感器、喷头堵塞监测传感器组的输出信号实时监测喷药机当前的工作状态，某一分支管路喷头发生堵塞时会及时启动备用小支路电磁阀，实现补喷，若发生药箱液位低、水泵电机转速低等故障时，主控制系统会精确判断喷药机的故障类型和故障管路的分支位置，从而为快速、便捷的排除故障提供前提条件。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于农业机械【技术领域】，具体涉及一种具有喷头堵塞故障排除功能的喷药 机和故障排除方法。 一种喷药机喷头堵塞故障排除系统与方法
【背景技术】
[0002] 目前，国内外对于喷药技术和喷药器械的研究，如：多功能喷药机（专利号： ZL201010218611. 5)解决现有喷药机的底盘高矮不能调整问题，基于处方图控制的智能变 量喷药机（专利号：ZL200910211739. 6)可以利用实现采集的草分布信息实现变量喷药。现 有的喷药技术与喷药机研究重点主要集中在喷药机适用范围、杂草识别准确度和提高农药 利用率等方面，对喷药机喷头堵塞故障排除方法的研究未见报道。
[0003] 喷药机主要工作在复杂的农田环境中，药箱落入杂质或药液中混杂的杂质可能堵 塞喷头，从而导致漏喷，造成作业区域大面积漏喷现象。由于药液的挥发性以及药箱安装位 置的关系，漏喷状况很难被驾驶员及时发现，并且施药区域和未施药区域不易区分，从而导 致病、虫、草害的二度泛滥。若在未准确判断漏喷区域的情况下，用重复喷药方式避免漏喷， 不仅浪费人力、物力，更造成环境的二次污染。因此，及时监测喷药机是否发生堵塞、漏喷， 针对喷头堵塞故障进行排除，可以为绿色可持续农业的实施提供可靠的技术保障。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够对喷药机喷头堵塞部 位进行故障排除的系统和方法。
[0005] -种喷药机喷头堵塞故障排除系统，由主控制系统A、电源模块a、显不模块b、报 警系统c、药箱系统B、药液喷洒前部系统C、药液喷洒后部系统D、回水管1、三通管I 2、供 水管3组成，其中显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部系统C 的水泵电机13、管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器I 24、喷头 堵塞监测传感器II 21、药液喷洒后部系统D的电磁阀I 25、电磁阀II 27、电磁阀III 29、电磁 阀IV 31均由主控制系统A控制。
[0006] 主控制系统A、显不模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部 系统C的管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器I 24、喷头堵塞 监测传感器II 21、药液喷洒后部系统D的电磁阀I 25、电磁阀II 27、电磁阀III 29、电磁阀 IV 31均由电源模块a供电。
[0007] 药液喷洒前部系统C的三通总管II 16出口经回水管1与药箱系统B的药箱回水 口 8连接；
[0008] 药液喷洒前部系统C的水泵入口 11经供水管3与药箱系统B的药箱出水口 9连 接；
[0009] 药液喷洒前部系统C的三通支管II 18经三通管I 2的三通管I上支管34与药液 喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器I 24连接；
[0010] 药液喷洒前部系统C的三通支管II 18经三通管I 2的三通管I下支管35与药液 喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器II 21连接。
[0011] 所述的药箱系统B由药箱4、液位传感器5、屏蔽线6、药箱盖7、药箱回水口 8、药箱 出水口 9和液位计10组成，其中药箱盖7固接于药箱4顶部中央，液位传感器5与液位计 10顶端固接，液位计10下部插于药箱4中，液位传感器5上设有屏蔽线6,药箱回水口 8位 于药箱盖7 -边，药箱出水口 9位于药箱4右侧下部。
[0012] 所述的药液喷洒前部系统C由水泵入口 11、水泵12、水泵电机13、水泵出口 14、 管路压力传感器15、三通总管II 16、溢流阀17、三通支管II 18、三通支管I 19和三通总管 I 20组成，其中水泵电机13输出轴与水泵12输入轴固接，水泵出口 14经三通支管I 19 与三通支管II 18连通，三通总管I 20与三通支管I 19连通，三通总管I 20出口处固接管 路压力传感器15,三通总管II 16与三通支管II 18连通，溢流阀17串接于三通总管II 16中 部。
[0013] 所述的药液喷洒后部系统D由塞监测传感器II 21、三通管III22、三通管II 23、喷头 堵塞监测传感器I 24、电磁阀I 25、喷头I 26、电磁阀II 27、喷头II 28、电磁阀III 29、喷头 III 30、电磁阀IV 31和喷头IV 32组成，其中喷头堵塞监测传感器I 24固接于三通管I上支 管34与三通管II总管36之间；喷头堵塞监测传感器II 21固接于三通管I下支管35与三 通管III总管39之间。
[0014] 电磁阀I 25固接于三通管II上支管37与喷头I 26之间；电磁阀II 27固接于三 通管II下支管38与喷头II 28之间；电磁阀III 29固接于三通管III上支管40与喷头III 30之 间；电磁阀IV 31固接于三通管III下支管41与喷头IV 32之间。
[0015] 所述的主控制系统能够实时接收和监测上述传感器输出的电平信号，当监测参数 超出预先所设定的值时，主控制系统会控制报警系统报警。
[0016] 所述的报警系统为声光报警，当接收到主控制系统的信号时，会发出红光和警报 声，此时可知喷药机上出现故障；补喷完成后，会发出绿光和警报声，提示补喷完成。
[0017] 一种喷药机喷头堵塞故障排除方法，包括下列步骤：
[0018] 1.主控制系统A对喷头流量进行监控
[0019] 1. 1由主控制系统A通过喷头堵塞监测传感器实时监测喷头流量；
[0020] 1. 2与设定流量比较，判断其流量是否满足喷药要求；
[0021] 1. 3当流量不满足喷药要求时，即通过报警系统c发出报警信号，提示喷头可能发 生堵塞、水泵转速过低或者药箱液位过低中的某一类型故障；
[0022] 2.主控制系统A对药箱的液位进行监控
[0023] 2. 1主控制系统A通过液位传感器5实时监测药箱的液位情况；
[0024] 2. 2通过管路压力传感器15实时监测喷药分支管路压力；
[0025] 2. 3若液位为安全液位、且喷药压力大于安全压力时，则存在喷头堵塞的情况；
[0026] 3.主控制系统A对喷头流量进行调整
[0027] 3. 1由主控制系统A分析支路喷头堵塞监测传感器I 24和喷头堵塞监测传感器 II 21的流量值；
[0028] 3. 2流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路；
[0029] 3. 3主控制系统A控制关闭原有小支路电磁阀I 25或电磁阀III 29 ;
[0030] 3. 4启动备用小支路电磁阀II 27或电磁阀IV 31工作，进行补喷；
[0031] 3. 5通过报警系统c发出报警信号和补喷完成信号。
[0032] 本发明能达到的效果是：可以根据液位传感器、管路压力传感器、喷头堵塞监测传 感器组（包括与分支管路数量相同的喷头堵塞监测传感器）的输出信号实时监测喷药机当 前的工作状态；当主控系统监测到上述某一分支管路喷头发生堵塞时，会及时启动备用小 支路电磁阀，实现补喷；若发生药箱液位低、水泵电机转速低等故障时，主控系统会精确判 断喷药机的故障类型和故障管路的分支位置，从而为快速、便捷的排除故障提供前提条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为喷药机喷头堵塞故障排除系统结构示意图
[0034] 图2为药箱系统结构示意图
[0035] 图3为药液喷洒前部系统结构示意图
[0036] 图4为药液喷洒后部系统结构示意图
[0037] 图5为三通管I结构示意图
[0038] 图6为三通管II结构示意图
[0039] 图7为三通管III结构示意图
[0040] 图8为实施步骤框图
[0041] 其中：A.主控制系统B.药箱系统C.药液喷洒前部系统D.药液喷洒后部系统 a.电源模块b.显示模块c.报警系统1.回水管2.三通管I 3.供水管4.药箱5.液 位传感器6.屏蔽线7.药箱盖8.药箱回水口 9.药箱出水口 10.液位计11.水泵入 口 12.水泵13.水泵电机14.水泵出口 15.管路压力传感器16.三通总管II 17.溢流 阀18.三通支管II 19.三通支管I 20.三通总管I 21.喷头堵塞监测传感器II 22.三 通管III 23.三通管II 24.喷头堵塞监测传感器I 25.电磁阀I 26.喷头I 27.电磁阀II 28.喷头II 29.电磁阀III 30.喷头III 31.电磁阀IV 32.喷头IV 33.三通管I总管34.三 通管I上支管35.三通管I下支管36.三通管II总管37.三通管II上支管38.三通管II 下支管39.三通管III总管40.三通管III上支管41.三通管III下支管
【具体实施方式】
[0042] 为了能够更加全面的理解本发明，下面将结合附图对本发明的系统和方法做进一 步的解释和说明。
[0043] 如图1所示，一种具有喷头堵塞故障排除功能的喷药机，包括主控制系统A、电源 模块a、显示模块b、报警系统c、药箱系统B、药液喷洒前部系统C、药液喷洒后部系统D、回 水管1、三通管I 2、供水管3组成，显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液 喷洒前部系统C的水泵电机13、管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测 传感器I 24、喷头堵塞监测传感器II 21、药液喷洒后部系统D的电磁阀I 25、电磁阀II 27、 电磁阀III 29、电磁阀IV 31均由主控制系统A控制。
[0044] 主控制系统A、显示模块b、报警系统c、药箱系统B的液位传感器5、药液喷洒前部 系统C的管路压力传感器15、药液喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器I 24、喷头堵塞 监测传感器II 21、药液喷洒后部系统D的电磁阀I 25、电磁阀II 27、电磁阀III 29、电磁阀 IV 31均由电源模块a供电；所述电源为拖拉机+12V蓄电池所供直流电源，通过电源模块a 分别输出+5V和+24V直流电；+12V直流电源用于为主控制系统A、喷药机水泵电机13、管 路压力传感器15以及报警系统c供电，+5V直流电源用于为霍尔流量传感器和光电编码器 供电，+24V直流电源用于液位传感器5供电。
[0045] 如图3所示，药液喷洒前部系统C的药箱回水口 8连接；三通总管II 16上置有溢 流阀17。
[0046] 药液喷洒前部系统C的水泵入口 11经供水管3与药箱系统B的药箱出水口 9连 接；
[0047] 药液喷洒前部系统C的三通支管II 18经三通管I 2的三通管I上支管34与药液 喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器I 24连接；
[0048] 药液喷洒前部系统C的三通支管II 18经三通管I 2的三通管I下支管35与药液 喷洒后部系统D的喷头堵塞监测传感器II 21连接。
[0049] 如图2所示，药箱系统B由药箱4、液位传感器5、屏蔽线6、药箱盖7、药箱回水口 8、药箱出水口 9和液位计10组成，其中药箱盖7固接于药箱4顶部中央，液位传感器5与 液位计10顶端固接，液位计10下部插于药箱4中，液位传感器5上设有屏蔽线6,药箱回水 口 8位于药箱盖7 -边，药箱出水口 9位于药箱4右侧下部。
[0050] 如图3所示，药液喷洒前部系统C由水泵入口 11、水泵12、水泵电机13、水泵出口 14、管路压力传感器15、三通总管II 16、溢流阀17、三通支管II 18、三通支管I 19和三通总 管I 20组成，其中水泵电机13输出轴与水泵12输入轴固接，水泵出口 14经三通支管I 19 与三通支管II 18连通，三通总管I 20与三通支管I 19连通，三通总管I 20出口处固接管 路压力传感器15,三通总管II 16与三通支管II 18连通，溢流阀17串接于三通总管II 16中 部。
[0051] 如图4、图5、图6和图7所示，所述的药液喷洒后部系统D由塞监测传感器II 21、三 通管III 22、三通管II 23、喷头堵塞监测传感器I 24、电磁阀I 25、喷头I 26、电磁阀II 27、 喷头II 28、电磁阀III 29、喷头III 30、电磁阀IV 31和喷头IV 32组成，其中喷头堵塞监测传感 器I 24固接于三通管I上支管34与三通管II总管36之间；喷头堵塞监测传感器II 21固 接于三通管I下支管35与三通管III总管39之间。
[0052] 电磁阀I 25固接于三通管II上支管37与喷头I 26之间；电磁阀II 27固接于三 通管II下支管38与喷头II 28之间；电磁阀III 29固接于三通管III上支管40与喷头III 30之 间；电磁阀IV 31固接于三通管III下支管41与喷头IV 32之间。
[0053] 所述的液位传感器5优选投入式水位传感器，管路压力传感器15优选应变式压 力传感器，喷头堵塞监测传感器组（包括喷头堵塞监测传感器II 21、喷头堵塞监测传感器 I 24)优选霍尔流量传感器。并且上述传感器均通过屏蔽导线6与主控制系统A连接，从 而主控制系统A能够实时接收和监测上述传感器输出电平信号的变化。所述喷药机水泵电 机13用于为喷药机水泵提供动力。
[0054] 中小型喷药机上一般安装有2个以上的喷头，在本发明的实施例中喷药机安装有 2组喷头（如图4所示），第1组喷头包括喷头I 26、喷头II 28,第2组喷头包括喷头III 30、 喷头IV 32,两组喷头通过管路并排安装，在主控制系统A内有相对应的编号喷头组1和喷头 组2,以便利于通过主控制系统A，对每组喷头以及每组喷头上的喷头堵塞监测传感器进行 定位和标识。
[0055] 液位传感器5安装在药箱4上；管路压力传感器15通过三通总管I 20并联在管 路上，用于监测主回路压力；喷头堵塞监测传感器组由分支管路喷头堵塞监测传感器II 21 和喷头堵塞监测传感器I 24组成，分别串联在对应三通管I下支管35和.三通管I上支 管34的分支管路中，用于监测各回路中的药液流量。主控制系统A通过液位传感器5实时 监测药箱4的液位情况、通过管路压力传感器15实时监测喷药分支管路压力，若液位为安 全液位、且压力不小于喷药安全压力时，则存在喷头堵塞情况。由主控制系统A分析分支管 路喷头堵塞监测传感器II 21和喷头堵塞监测传感器I 24的流量值，流量不满足喷药要求 的支路为发生喷头堵塞的支路，主控制系统A关闭原有小支路电磁阀I 25或电磁阀III 29， 启动备用小支路电磁阀II 27或电磁阀IV 31工作、实现补喷，并通过报警系统c发出报警信 号、排除喷头堵塞故障并实现补喷。
[0056] 如图8所示，利用本发明的喷药机喷头堵塞故障排除方法，包括如下具体步骤：
[0057] 喷药作业前通过试验，获取喷头堵塞监测传感器组包括2个喷头堵塞监测传感器 21、24的最小安全流量N min和最大安全流量Nmax，本实施例中最小安全流量设定为1. 5m3/h， 最大安全流量设定为2m3/h。
[0058] 1.主控制系统A对喷头流量进行监控
[0059] 1. 1由主控制系统A通过喷头堵塞监测传感器实时监测喷头流量；
[0060] 1. 2与设定流量比较，判断其流量是否满足喷药要求；
[0061] 1. 3当流量不满足喷药要求时，即通过报警系统c发出报警信号，提示喷头可能发 生堵塞、水泵转速过低或者药箱液位过低中的某一类型故障；
[0062] 2.主控制系统A对药箱的液位进行监控
[0063] 2. 1主控制系统A通过液位传感器5实时监测药箱的液位情况；
[0064] 2. 2通过管路压力传感器15实时监测喷药分支管路压力；
[0065] 2. 3若液位为安全液位、且喷药压力大于安全压力时，则存在喷头堵塞的情况；
[0066] 3.主控制系统A对喷头流量进行调整
[0067] 3. 1由主控制系统A分析支路喷头堵塞监测传感器I 24和喷头堵塞监测传感器 II 21的流量值；
[0068] 3. 2流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路；
[0069] 3. 3主控制系统A控制关闭原有小支路电磁阀I 25或电磁阀III 29 ;
[0070] 3. 4启动备用小支路电磁阀II 27或电磁阀IV 31工作，进行补喷；
[0071] 3. 5通过报警系统c发出报警信号和补喷完成信号。
【权利要求】
1. 一种喷药机喷头堵塞故障排除系统，由主控制系统（A)、电源模块（a)、显示模块 (b)、报警系统（c)、药箱系统（B)、药液喷洒前部系统（C)、药液喷洒后部系统（D)、回水管 (1)、三通管I (2)、供水管（3)组成，其特征在于显示模块（b)、报警系统（c)、药箱系统（B) 的液位传感器（5)、药液喷洒前部系统（C)的水泵电机（13)、管路压力传感器（15)、药液喷 洒后部系统（D)的喷头堵塞监测传感器I (24)、喷头堵塞监测传感器II (21)、药液喷洒后 部系统⑶的电磁阀I (25)、电磁阀II (27)、电磁阀III (29)、电磁阀IV (31)均由主控制系 统（A)控制；主控制系统（A)、显示模块（b)、报警系统（c)、药箱系统（B)的液位传感器（5)、 药液喷洒前部系统（C)的管路压力传感器（15)、药液喷洒后部系统（D)的喷头堵塞监测传 感器I (24)、喷头堵塞监测传感器II (21)、药液喷洒后部系统（D)的电磁阀I (25)、电磁阀 II (27)、电磁阀III (29)、电磁阀IV (31)均由电源模块（a)供电；药液喷洒前部系统（C)的 三通总管II (16)出口经回水管（1)与药箱系统（B)的药箱回水口（8)连接；药液喷洒前部 系统（C)的水泵入口（11)经供水管（3)与药箱系统（B)的药箱出水口（9)连接；药液喷洒 前部系统（C)的三通支管II (18)经三通管I (2)的三通管I上支管（34)与药液喷洒后部 系统（D)的喷头堵塞监测传感器I (24)连接；药液喷洒前部系统（C)的三通支管II (18) 经三通管I (2)的三通管I下支管（35)与药液喷洒后部系统（D)的喷头堵塞监测传感器 Π (21)连接。
2. 按权利要求1所述的喷药机喷头堵塞故障排除系统，其特征在于所述的药箱系统 (B)由药箱（4)、液位传感器（5)、屏蔽线（6)、药箱盖（7)、药箱回水口（8)、药箱出水口（9) 和液位计（10)组成，其中药箱盖（7)固接于药箱（4)顶部中央，液位传感器（5)与液位计 (10)顶端固接，液位计（10)下部插于药箱⑷中，液位传感器（5)上设有屏蔽线（6)，药箱 回水口⑶位于药箱盖（7) -边，药箱出水口（9)位于药箱（4)右侧下部。
3. 按权利要求1所述的喷药机喷头堵塞故障排除系统，其特征在于所述的药液喷洒 前部系统（C)由水泵入口（11)、水泵（12)、水泵电机（13)、水泵出口（14)、管路压力传感 器（15)、三通总管II (16)、溢流阀（17)、三通支管II (18)、三通支管I (19)和三通总管 I (20)组成，其中水泵电机（13)输出轴与水泵（12)输入轴固接，水泵出口（14)经三通支 管I (19)与三通支管II (18)连通，三通总管I (20)与三通支管I (19)连通，三通总管 I (20)出口处固接管路压力传感器（15)，三通总管II (16)与三通支管II (18)连通，溢流 阀（17)串接于三通总管II (16)中部。
4. 按权利要求1所述的喷药机喷头堵塞故障排除系统，其特征在于所述的药液喷洒 后部系统（D)由塞监测传感器II (21)、三通管III (22)、三通管II (23)、喷头堵塞监测传感 器I (24)、电磁阀I (25)、喷头I (26)、电磁阀II (27)、喷头II (28)、电磁阀III (29)、喷头 III (30)、电磁阀IV (31)和喷头IV (32)组成，其中喷头堵塞监测传感器I (24)固接于三通 管I上支管（34)与三通管II总管（36)之间；喷头堵塞监测传感器II (21)固接于三通管I 下支管（35)与三通管III总管（39)之间；电磁阀I (25)固接于三通管II上支管（37)与喷 头I (26)之间；电磁阀II (27)固接于三通管II下支管（38)与喷头II (28)之间；电磁阀 III (29)固接于三通管III上支管（40)与喷头III (30)之间；电磁阀IV (31)固接于三通管III 下支管（41)与喷头IV (32)之间。
5. -种喷药机喷头堵塞故障排除方法，其特征在于包括下列步骤： 5. 1主控制系统（A)对喷头流量进行监控 5. 1. 1由主控制系统（A)通过喷头堵塞监测传感器实时监测喷头流量； 5. 1. 2与设定流量比较，判断其流量是否满足喷药要求； 5. 1. 3当流量不满足喷药要求时，即通过报警系统（c)发出报警信号，提示喷头可能发 生堵塞、水泵转速过低或者药箱液位过低中的某一类型故障； 5. 2主控制系统（A)对药箱的液位进行监控 5. 2. 1主控制系统（A)通过液位传感器（5)实时监测药箱的液位情况； 5. 2. 2通过管路压力传感器（15)实时监测喷药分支管路压力； 5. 2. 3若液位为安全液位、且喷药压力大于安全压力时，则存在喷头堵塞的情况； 5. 3主控制系统（A)对喷头流量进行调整 5. 3. 1由主控制系统（A)分析支路喷头堵塞监测传感器I (24)和喷头堵塞监测传感器 II (21)的流量值； 5. 3. 2流量不满足喷药要求的支路为发生喷头堵塞的支路； 5. 3. 3主控制系统（A)控制关闭原有小支路电磁阀I (25)或电磁阀III (29); 5. 3. 4启动备用小支路电磁阀II (27)或电磁阀IV (31)工作，进行补喷； 5. 3. 5通过报警系统（c)发出报警信号和补喷完成信号。
【文档编号】A01M7/00GK104145923SQ201410377348
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】齐江涛, 贾洪雷, 李杨, 庄健, 范旭辉, 冯先臻, 刘慧力, 宋相礼 申请人:吉林大学