田间灌溉多功能作业机的制作方法

本实用新型涉及节水灌溉技术领域，具体涉及一种与卷盘式喷灌机配套使用的田间灌溉多功能作业机。

背景技术：

卷盘式喷灌机组作为一种高效节水灌溉设备，具有移动灵活、灌溉水利用效率高等特点，但机组配套产品较少，限制了该产品的大规模应用。

卷盘式喷灌机组在应用中存在以下问题：1.卷盘进口所需工作压力大，而田间地头给水栓的水压一般在20m以下，无法满足移动式喷灌机对压力的需求；2. 灌溉田间地块缺少电力供应，难以实现自动化和精准化；3.拖拉机牵引喷头车的方式易造成作物的损坏；4.水肥一体化效果差，缺少配套施肥装置。5.冬季管道易结水，排水需要专用气泵，用户很难自行安装应用该产品。因此，开发卷盘式喷灌机的配套产品，是实际生产中急需解决的问题。

一种新型太阳能柴油机混合发电系统(专利号：ZL 201310670460.0)，提出了一种以太阳能发电技术与柴油机发电技术相互补充，以蓄电池(铅酸或铁锂)储能技术组成的新能源混合技术，该发明所述方案廉价、可靠可解决偏远地区供电不足的问题。一种太阳能喷灌机取水加压控制系统(专利号：ZL 201410731925.3)，提出了一种加压控制系统，系统可靠性强、能耗损失小、且水泵启动操作方便省事，可实现自动化灌溉。一种太阳能驱动自动控制施肥打药装置(专利号：ZL 201520930226.1),提出了一种施肥打药装置，该装置以太阳能作为动力，操作方便，可移动，施肥精度高，施肥流量稳定，自动化程度高。一种太阳能驱动喷灌机牵引装置(专利号：ZL 201410692993.3)，提出了一种牵引装置，该装置以太阳能为动力且实现匀速牵引，具有节能环保、结构简单、操作方便、突变荷载小等特点，可有效的避免了拖拉机牵引过程中对农作物造成的大面积摧毁。

但是，上述现有技术中的系统装置功能单一，成本高，用户难以购置全部配套产品。

技术实现要素：

针对当前卷盘式喷灌机配套装置功能单一的问题，本实用新型的目的在于提出一种与卷盘式喷灌机配合使用的田间灌溉多功能作业机，实现一机多用、节能降耗的功能，解决卷盘式喷灌机配套装置应用难的问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种田间灌溉多功能作业机，包括底盘车，在底盘车上集成有发电系统、加压装置、施肥装置、牵引装置、排水装置以及配电箱；

所述的加压装置用于提升卷盘式喷灌机进水口的水压，加压装置包括离心式水泵；

所述的施肥装置包括电动隔膜泵，电动隔膜泵的输入管道上安装有背压阀，电动隔膜泵的输出管道上安装有流量计和过滤器；

所述的牵引装置包括钢丝绳卷筒、第一动力输入轴；其中所述的钢丝绳卷筒通过第一动力输入轴从所述的底盘车上获取动力，利用钢丝绳对卷盘式喷灌机进行牵引；

所述的排水装置包括空压机，空压机上连接有储气罐，储气罐上通过导气管连接排气口；所述的空压机通过第二动力输入轴从所述的底盘车上获取动力；

所述的配电箱用于对发电系统、施肥装置进行调节。

进一步地，所述的底盘车采用拖拉机，该拖拉机由柴油机驱动，具有动力输出轴以及液压升降器。

进一步地，所述的发电系统包括车载发电机以及太阳能电池板，车载发电机、太阳能电池板均连接至车载蓄电池；其中，所述的车载发电机的动力源来自于柴油机；所述的太阳能电池板通过支架安装在拖拉机的上方。

进一步地，所述的牵引装置安装在载物板上，载物板通过所述的液压升降器安装在拖拉机的后部。

进一步地，所述的牵引装置还包括：

第一变速箱，与所述的第一动力输入轴、钢丝绳卷筒连接，用于将第一动力输出轴传递来的动力提供给钢丝绳卷筒；

手动离合器、手动变速档，均安装在第一变速箱上，分别用于控制第一动力输入轴、第一变速箱的连接或断开，以及控制第一变速箱输出的转速；

排丝装置，安装在钢丝绳卷筒上，用于将钢丝绳均匀地缠绕在钢丝绳卷筒上。

进一步地，所述的配电箱中设置有：

第一控制开关，用于控制太阳能电池板与车载蓄电池之间电路的通断；

第二控制开关，用于控制车载蓄电池的电量输出；

第三控制开关，用于控制车载蓄电池与负载之间的电流；

发电机电压调节器，用于对车载发电机的输出电压进行调节；

太阳能驱动器，用于控制所述太阳能电池板对车载蓄电池的充电，同时防止车载蓄电池过充、过放电。

进一步地，所述的配电箱中还设置有：

电机驱动器，用于驱动所述电动隔膜泵的电机；

电机调速器，用于调节所述电动隔膜泵的电机的电压来改变电机的转速；

定时器开关，用于将所述电动隔膜泵切换为定时工作模式。

进一步地，所述的电动隔膜泵通过控制电路调节工作方式，所述的控制电路包括定时器电路，定时器电路通过三端稳压器连接所述车载蓄电池，定时器电路的两端并联有继电器，定时器电路上设置有定时器开关；

所述的电机调速器、电机驱动器的一端连接车载蓄电池，另一端一方面连接所述的继电器，另一方面通过一路导线与所述车载蓄电池连接，在该路导线上设置有第四控制开关。

本实用新型具有以下技术特点：

1.本实用新型集成加压、牵引、施肥、冬季管道排水、喷灌机运输等功能，采用光电油互补的供电方式提高供电保证率。

2.本设备嵌入水肥一体化技术，安装隔膜泵，可通过配电箱中的电机调速器调节转速改变施肥流量，通过电机定时器调节施肥时间，实现定时定量施肥，满足不同作物的需肥要求。

3.本设备自带牵引装置有效的提高了传统牵引方式(人工搬运、拖拉机牵引) 工作效率，减少了在牵引过程中对作物的破坏面积。

4.本设备配备了冬季管道排水装置，能够有效解决冬季管道结水堵塞问题，提高移动式喷灌机的适用性。

5.采用柴油机为加压、牵引以及冬季管道排水装置提供动力，油光电系统为施肥装置和自动控制系统提供动力，有效地提高了供电保证率。

6.本装置为喷灌机进口加压使喷灌机进口压力达到灌溉需求，同时本该装置可运送卷盘式喷灌机到达指定地点，动力充足，省时省力。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为加压装置结构示意图；

图3为施肥装置示意图；

图4为配电箱示意图；

图5为牵引装置示意图；

图6为排水装置示意图；

图7为控制电路的电路图。

图中标号表示：1离心式水泵，2电动隔膜泵，3牵引装置，4配电箱，5柴油机，6太阳能电池板，7施肥出口端，8施肥进口端，9车载发电机，10车载蓄电池，11阀门，12背压阀，13流量计，14过滤器，15第一控制开关，16第二控制开关，17第三控制开关，18发电机电压调节器，19电机调速器，20电机驱动器，21太阳能控制器，22定时器开关，23排丝装置，24链条，25钢丝绳卷筒，26第一变速箱，27手动离合器，28手动变速档，29第一动力输入轴，30 空压机，31储气罐，32导气管，33排气口，34第二变速箱，35第二动力输入轴，36三端稳压器，37第四控制开关，38继电器，39电动隔膜泵的电机。

具体实施方式

为了将本实用新型装置的特点、目的和技术方案说明清楚，本装置将结合附图对具体方案作出说明，但是所描述内容并不限定本实用新型，仅用于解释具体实施方案。以驾驶员驾驶拖拉机的面朝方向为前端。

如图1与图2所示，本实用新型公开了一种田间灌溉多功能作业机，包括底盘车，在底盘车上集成有发电系统、加压装置、施肥装置、牵引装置3、排水装置以及配电箱4。

本方案中的所述的底盘车采用拖拉机，该拖拉机由柴油机5驱动，具有动力输出轴以及液压升降器；其中动力输出轴连接柴油机5，用于向外部提供动力输出；液压升降器安装在拖拉机后部。本实施例中，所述的所述拖拉机长宽高为： 1950×1000×950mm，其前轮型号：4.00-8，后轮型号：6.00-12，采用皮带轮传动，标定功率12.13kw、超负荷功率13.24kw、标定转速2200r/min；作用是集成各装置、运送卷盘式喷灌机、通过柴油机5运转为各装置提供动力：驱动离心式水泵1、驱动车载发电机9、驱动拖拉机行走、为液压提升器提供动力、为牵引装置3、排水装置提供动力。该拖拉机选型的特点的轻小便捷，结构紧凑；而较大型拖拉机可有效降低在移动过程中对作物的破坏程度。

所述的发电系统包括车载发电机9以及太阳能电池板6，车载发电机9、太阳能电池板6均连接至车载蓄电池10；其中，所述的车载发电机9的动力源来自于柴油机5；其安装在柴油机5的一侧，所述的太阳能电池板6通过支架安装在拖拉机的上方。本实施例中，所述的车载发电机9采用14V/500W永磁交直流发电机，不仅可以为车载蓄电池10充电，还可以直接为拖拉机的车灯等提供电能，提升了车载蓄电池10的工作时间。所述车载蓄电池10为高性能免维护的铅酸蓄电池10，其参数为12V、120Ah，放置于拖拉机的前端的车盖下，用来存储车载发电机9的电量与太阳能电池板6发出的电量，经试验证明安全可靠，车载蓄电池10为电动隔膜泵2提供动力、为车辆的车灯供电。所述太阳能电池板6 采用250W的单晶硅，设置在拖拉机车架顶端，可补充车载蓄电池10电量。在宁夏固原西吉县试验证明，在只依靠太阳能的情况下，太阳能电池板6可以满足 200W电动隔膜泵2工作4小时；1块蓄电池10可满足连续供电4小时。除此之外，采用柴油机5作为补充动力来进行供电，可保证长达8小时灌溉的充足电量。

所述的加压装置用于提升卷盘式喷灌机进水口的水压，加压装置包括离心式水泵1；离心式水泵1安装在拖拉机上柴油机5的一侧，由柴油机5驱动；本实施例中离心式水泵1采用自吸式离心泵，型号采用65ZB-55D，是一种排污能力强，方便操作的专用农业灌溉泵。经申请人试验证明，水泵1运行稳定，效率可达47.52％。

所述的施肥装置包括电动隔膜泵2，电动隔膜泵2的输入管道上安装有背压阀12，背压阀12与电动隔膜泵2之间安装有阀门11；电动隔膜泵2的输出管道上安装有流量计13和过滤器14；如图3所示，电动式隔膜泵2安装在车载蓄电池10的一侧并与车载蓄电池10连接；所述的背压阀12用于保证流量稳定，减少管道中的水锤危害；所述流量计13是一种浮子流量计13，用于测定施肥流量；所述过滤器14作用是过滤未溶解的肥料或水中的杂质。所述电动隔膜泵22 为DC12V、功率为200W、流量为700L/h、扬程为60m，是一种不需引灌、自吸能力强、通过性好、介质不会外泄的水泵1。经申请人试验证明，水泵1运行稳定，满足正常需求，效率可达36.8％。

如图5所示，所述的牵引装置3包括钢丝绳卷筒25、第一动力输入轴29；第一动力输入轴29与所述的动力输出轴连接，用于将动力传递给第一变速箱26；所述的钢丝绳卷筒25通过第一变速箱26从所述的底盘车上获取动力，利用钢丝绳对卷盘式喷灌机进行牵引。

牵引装置3还包括：第一变速箱26，与所述的第一动力输入轴29、钢丝绳卷筒25连接，用于将第一动力输出轴传递来的动力提供给钢丝绳卷筒25，以驱动钢丝绳卷筒25旋转，钢丝绳卷筒25在旋转时，通过钢丝绳带动卷盘式喷灌机移动。手动离合器27、手动变速档28，均安装在第一变速箱26上，分别用于控制第一动力输入轴29、第一变速箱26的连接或断开，以及控制第一变速箱26 输出的转速；排丝装置23，安装在钢丝绳卷筒25上，用于将钢丝绳均匀地缠绕在钢丝绳卷筒25上，钢丝绳卷筒25通过链条24与排丝装置23连接。其中，所述的手动变速档28均有3个档位，分别对应不同速度的输出，以满足不同的牵引速度需求。所述的排丝装置23是一种导向机构，利用钢丝绳卷筒25提供动力，使排丝装置23往复引动，从而导引钢丝绳在钢丝绳卷筒25上均匀缠绕。排丝装置23在现有技术中已有应用，在此不赘述。

所述的排水装置包括空压机30，空压机30上连接有储气罐31，储气罐31 上通过导气管32连接排气口33；排气口33用于和卷盘式喷灌机的进水口对接；所述的空压机30通过第二动力输入轴35从所述的底盘车上获取动力；具体地，如图6所示，第二动力输入轴35通过第二变速箱34通过皮带轮带动空压机30；第二动力输出轴与拖拉机的动力输出轴连接。空压机30运转时，将压缩气体存储于储气罐31内，然后通过排气口33将高压气体导向卷盘式喷灌机的进口处，以达到排水的目的。排水装置与牵引装置3交替使用，保证冬季灌水的正常作业。本实施例中，所述空压机30匹配功率：4kw、排气压力：8kg/12.5kg、排气量： 600L/min、空压机30转速：930rpm。所述储气罐31的长、宽、高为500×170 ×170mm。

如图4所示，所述的配电箱4用于对发电系统、施肥装置进行调节。配电箱 4安装在拖拉机左侧挡泥板上，所述的配电箱4中设置有：第一控制开关15，用于控制太阳能电池板6与车载蓄电池10之间电路的通断；第二控制开关16，用于控制车载蓄电池10的电量输出，例如可通过开关选择车载蓄电池10是向电动隔膜泵2供电或者向拖拉机的车灯供电；第三控制开关17为负载开关，用于控制车载蓄电池10与负载(电动隔膜泵2、车灯)之间的电流，从而起到保护电路的作用；发电机电压调节器18，用于对车载发电机9的输出电压进行调节，保证电流、电压的稳定；太阳能控制器21，用于控制所述太阳能电池板6对车载蓄电池10的充电，同时防止车载蓄电池10过充、过放电。

所述的配电箱4中还设置有：电机驱动器20，用于驱动所述电动隔膜泵2 中的电机；电机调速器19，用于调节所述电动隔膜泵2中电机的电压来改变电机的转速，从而控制注肥量，达到控制施肥浓度的目的；定时器开关22，用于将所述电动隔膜泵2切换为定时工作模式；在定时工作模式下，电动隔膜泵2 可在定时结束后停止工作，从而控制施肥时间，满足不同农作物的需肥要求。配电箱4上还设置有控制面板，可监测太阳能与负载的电流、电压、功率等参数，起到对各用电装置的监控作用。

所述的电动隔膜泵2通过控制电路调节工作方式，本方案中通过控制电路可实现电动隔膜泵2正常工作模式、定时工作模式的切换，具体为：

所述的控制电路包括定时器电路，定时器电路通过三端稳压器36连接所述车载蓄电池10，定时器电路的两端并联有继电器38，定时器电路上设置有定时器开关22，该定时器开关22用于控制定时器、蓄电池10之间电路的通断；所述的电机调速器19、电机驱动器20的一端连接车载蓄电池10，另一端一方面连接所述的继电器38，另一方面通过一路导线与所述车载蓄电池10连接，在该路导线上设置有第四控制开关37。

所述的三端稳压器36采用LM7805，作用是将车载蓄电池10的12V电压降为5V，从而为定时器电路提供工作电压。如图7所示，定时器电路的两端分别连接车载蓄电池10的两端，在其中一端与车载蓄电池10之间设置所述的定时器开关22。当定时器开关22打开时，定时器得到供电而开始工作；定时器开关22 关闭后，定时器不工作。所述的定时器电路采用常用的定时器电路，其中的定时器采用例如555定时芯片、8253芯片、XLT437芯片等。

定量施肥工作原理：如图7所示，当第四控制开关37闭合时，电流车载从蓄电池10流出，经第四控制开关37流入电机调速器19和电机驱动器20，使得电动隔膜泵的电机39运转；转动电机调速器19改变其中电位器R3阻值，使电机驱动器20的电流产生变化，电动隔膜泵的电机39转速随之改变，进而改变注肥流量，达到定量施肥的目的。

断开第四控制开关37，电动隔膜泵的电机39停止工作，调控定时器开关22，触发定时器电路，使得继电器38常开端闭合，接通电动隔膜泵的电机39，电机转动进行施肥，定时时间到后继电器38复位，切断隔膜泵2电机电路，电机停止工作。

本实用新型的运行过程：

以西北农林科技大学研发的太阳能卷盘式喷灌机为例，采用HY50摇臂式喷枪。经试验发现，卷盘式喷灌机在流量24m³/h,水头压力45m时，灌溉效果较好，灌溉工作时长为8h。使用本装置前端挂钩，挂扣卷盘式喷灌机，将其运送至水源附近的灌溉区末梢位置。通过液压提升器将牵引机3提起，作业机行驶至施肥灌溉区的首端，距离卷盘式喷灌机150米处。放下牵引装置3，将钢丝绳卷筒25 上的钢丝绳挂钩拉至喷灌机的牵引杆，挂扣。驱动拖拉机动力输出轴，扳动牵引装置3的手动离合器27，调节变速档位，确保喷头车行走平稳。等待牵引机牵引喷头车至牵引机附近处，关停牵引装置3。

通过搅拌器对施肥罐中的水肥浓度进行调配，打开配电箱4的第一控制开关 15、第二控制开关16、第三控制开关17以及卷盘式喷灌机上的各控制开关，将与电动隔膜泵2连接的施肥入口端825mm软管放置于施肥罐中，将与电动隔膜泵2连接的施肥出口端725mm软管插入至加压输水管道上的预留口，然后，连接好水源处、加压装置及喷灌机入口间的加压输水管道。打开水源处的阀门11，测试水流是否正常。若一切正常，驱动柴油机5与电动隔膜泵2，观测喷灌机入口处的压力表及流量计13数值，调节拖拉机变速档位，使其达到作物灌溉所需的压力与流量；水肥流经软管，最后由喷枪射出，确保喷枪工作正常后。

根据作物需肥要求，观测浮子流量计13，旋转电机调速器19的调速钮对施肥流量进行调控。关停电动隔膜泵2，旋转定时器开关22设置施肥工作时长，再次驱动电动隔膜泵2，施肥作业会根据定时时长，自动关停装置。驱动卷盘式喷灌机回收软管，进行灌溉。待灌溉完毕，将施肥罐中的水肥排除，在施肥罐中加入清水，通过定时器开关22设置10min，运行电动隔膜泵22清洗整个施肥管道。

若冬季灌溉，可在灌溉前将排水装置装配于田间灌溉多功能作业机上，将作业机停靠在喷灌机附近，将排气口33与喷灌机卷盘进口连接。卷盘软管出口从喷头车取下，保证水块顺利流出。通过拖拉机动力输出轴驱动空压机30，将压缩空气储存至储气罐31中，打开储气罐31阀门11，利用高压气体对冬季管道排水。取下排气口33，重新连接灌溉管路，试水检查管道内水块是否排出；若水块未排出，重复上述排水步骤。待排水干净后，按上述灌溉步骤进行即可。