一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，包括卷盘式喷灌机，在卷盘式喷灌机上设置有太阳能板、光照感应器、旋转机构、驱动电机、减速器、速度感应器等部件，采用太阳能供电的电机驱动，克服了一般喷灌机常用水涡轮驱动能耗较高的缺点；采用太阳能板为蓄电池供电，避免了农田架设供电线路的复杂情况；为太阳能板配备了智能追日系统，确保太阳能板自行旋转并调整角度，保证太阳能板有较高的光伏发电效率；并在软管上安装了速度感应器，通过速度控制闭环控制系统使盘卷车软管在收管时始终匀速移动，避免了因软管缠绕分层造成的速度差异，确保水量喷洒均匀分布。解决了现有卷盘式喷灌机能耗高、设备笨重、喷洒水量分布不均匀等缺陷，是一种新型绿色节能环保型智能驱动装置。
【专利说明】一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明属于农业灌溉机械装置与光伏发电的交叉领域，具体涉及一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置。
【背景技术】
[0002]卷盘式喷灌机是一种在我国推广应用较为广泛的节水灌溉喷洒装置，具备了喷灌省水、省力，对土地适用性强以及有利于水土保持等诸多优势。又因其具备投资低，使用灵活，适用于多种农作物的灌溉，对地面平整度要求不高等诸多特点而广泛应用于农田。但是市场上常见的卷盘式喷灌机多采用水涡轮驱动，要求管道内有较高的水压冲击驱动机构，因而能耗较高。试验结果表明，采用水力驱动装置会降低机组的整体喷洒均匀性。同时，大多数农田灌溉区域，缺少电力供应，因而限制了喷灌机的大面积应用。
【发明内容】
[0003]针对上述现有的卷盘式喷灌机存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，喷灌机在软管盘卷过程中不受管道分层的影响，匀速实现喷洒过程。
[0004]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0005]一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，包括卷盘式喷灌机，该卷盘式喷灌机包括脚支架，脚支架下方有行走轮；脚支架一端有卷盘，卷盘内盘有软管，卷盘通过链条与卷盘减速器连接，卷盘减速器连接有卷盘电机，卷盘电机由蓄电池供电；其特征在于: [0006]在脚支架上设有一个长方体支座框架，所述的蓄电池、卷盘电机与卷盘减速器位于长方体支座框架的下层；
[0007]在长方体支座框架下方还安装有速度感应器，用于监测卷盘中的软管转动速度，并将速度反馈给速度控制器，速度控制器将当前速度与预设定速度进行对比，自动调整卷盘电机的转速，通过闭环回路的实时调控，以保证卷管中的软管运行速度不变；
[0008]在长方体支座框架的上层固定有减速器、太阳能板驱动电机、旋转竖杆、蓄电池和电气控制柜，其中:
[0009]所述的旋转竖杆通过头部的钢制弯头固定有太阳能板，在太阳能板上设有光照感应器，旋转竖杆中部设置有外伸卡槽，在外伸卡槽上固定有和太阳能板相连接的电动伸缩杆；
[0010]所述的电气控制柜中装有过载保护器、速度控制器、定时开关、电流表、电压表和蓄电池余量显示器；其中，所述的过载保护器连接在太阳能板与蓄电池之间，所述的速度控制器连接在速度感应器和卷盘电机之间，所述的定时开关连接在光照感应器的接线线路上。
[0011]本发明的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其技术优势如下:
[0012]1、根据喷灌技术向低压低能耗转变的发展趋势，选择采用电机驱动，降低了管道水压力,减少了水泵配套功率。
[0013]2、根据边远地区或田间供电较为困难的实际情况，选择采用光伏发电技术为机组供电，节能环保，省去了田间复杂供电线路的架设。
[0014]3、根据常见卷盘匀速转动收管时，由于软管在卷盘上分层而造成的实际收管速度不均等而造成喷洒不均匀现象，采用基于速度传感器的闭环控制系统及时调整电机转速，保证嗔头在嗔洒周期内始终勾速运动。
[0015]4、根据太阳一日之内方位始终变化，采用太阳能寻踪技术以保证太阳能电池板始终与太阳连线方向垂直，使光伏发电效率最大化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本光伏发电的卷盘式自走喷灌机正面立体结构示意图；
[0017]图2是本光伏发电的卷盘式自走喷灌机侧面立体结构示意图；
[0018]图3是本光伏发电的卷盘式自走喷灌机电气控制柜及其内部结构示意图；
[0019]图中的标记分别表示:1、脚支架，2、长方体支座框架，3、太阳能板，4、减速器，5、太阳能板驱动电机，6、旋转竖杆，7、钢制弯头，8、外伸卡槽，9、电动伸缩杆，10、光照感应器，
11、蓄电池，12、过载保护器，13、卷盘电机，14、卷盘减速器，15、卷盘，16、速度感应器，17、速度控制器，18、定时开关，19、电气控制柜,20、电流表,21、电压表,22、蓄电池余量显不器。
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对结合附图和实施例对本发明作进一步的详细 描述。
【具体实施方式】
[0021]如图1-3所示，本实施例给出一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置的具体结构，包括卷盘式喷灌机，该卷盘式喷灌机包括有脚支架1，脚支架I下方有行走轮；脚支架I一端有卷盘15,卷盘15内盘有软管,卷盘15通过链条与卷盘减速器14连接,卷盘减速器14连接有卷盘电机13，卷盘电机13由蓄电池11供电；
[0022]在脚支架I上设有一个长方体支座框架2，所述的蓄电池U、卷盘电机13与卷盘减速器14位于长方体支座框架2的下层；
[0023]在长方体支座框架2下方还安装有速度感应器16，用于监测卷盘15中的软管转动速度，并将速度反馈给速度控制器17，速度控制器17将当前速度与预设定速度进行对比，自动调整卷盘电机13的转速，通过闭环回路的实时调控，以保证卷管15中的软管运行速度不变；通过速度控制器17实现软管运行速度在0-60cm/min的无级调速。这样就避免了因软管在卷盘15上分层引起的速度差异，改善了喷灌机的喷洒效果。
[0024]在长方体支座框架2的上层固定有减速器4、太阳能板驱动电机5、旋转竖杆6、蓄电池11和电气控制柜19，其中:
[0025]所述的旋转竖杆6通过头部的钢制弯头7固定有太阳能板3，在太阳能板3上设有光照感应器10，旋转竖杆6中部设置有外伸卡槽8，在外伸卡槽8上固定有和太阳能板3相连接的电动伸缩杆9 ；
[0026]所述的电气控制柜19中装有过载保护器12、速度控制器17、定时开关18、电流表20、电压表21和蓄电池余量显示器22 ;其中，过载保护器12连接在太阳能板3与蓄电池11之间，所述的速度控制器17连接在速度感应器16和卷盘电机13之间，所述的定时开关18连接在光照感应器10的接线线路上。
[0027]长方体支座框架2固定在脚支架I的外伸横杆上，框架材料选择角钢，与脚支架I的连接方式为焊接。长方体支座框架2划分为2个层面，每个层面通过焊接几根钢制档杆形成支座，用于安放不同功能的器件。
[0028]在长方体支座框架2的上层支座上为螺栓固定的减速器4，减速器4的横轴与太阳能板驱动电机5相连，纵向轴与旋转竖杆6下端焊接。旋转竖杆9上端焊接一个尺寸刚好能卡在太阳能板3背部卡槽内的钢制弯头7，该钢制弯头7上预留有螺栓孔，钢制弯头7通过螺栓孔与太阳能板3螺栓连接。这样，太阳能板3就通过旋转竖杆6固定在长方体支座框架2的上层支座上，太阳能板3随减速器纵轴的旋转可以完成水平面内360°旋转。
[0029]在旋转竖杆6的中部位置焊接一个外伸卡槽8，外伸卡槽8通过螺栓与电动伸缩杆9的末端相连，电动伸缩杆9的另一端顶在太阳能板3的背部卡槽上。这样，通过电动伸缩杆9的伸长与缩短，太阳能板可以完成垂直面内的旋转。
[0030]光照感应器10固定在太阳能板3的正面中心位置，光照感应器10的作用是通过相连接的太阳能示踪主控板接收电压信号并进行比较处理，自动寻找光照最强的位置并保证与之垂直，太阳能示踪主控板至少包括有单片机和继电器，由单片机运算处理并驱动相应的继电器动作，驱动太阳电动伸缩杆9或者能板驱动电机5正转或反转。这样,就能够调整太阳能板3始终朝向光照方向，以保证最大的光能转化效率。
[0031]为防止太阳能板3给蓄电池11充电时过载，在两者之间增加一个过载保护器12。
[0032]为防止太阳能板3在夜间面对多点光源的无功旋转，或是满足太阳能寻踪的定时段进行，在光照感应器1 0的接线线路上安装一个定时开关19。
[0033]将过载保护器12，定时开关18，速度控制器17以及其余线路控制开关整合到一个电气控制柜19中，通过螺栓紧固在长方体支座框架2的侧壁上。此外，在电气控制柜19中，还安置有电流表20、电压表21与蓄电池余量显示器22。
[0034]本实施例中，蓄电池11为两块电压12V的蓄电池，单块蓄电池储备容量为120AH，尺寸为 505 X 182 X 212mm，重量为 22kg。
[0035]太阳能板驱动电机5采用24V直流减速电机，电流4.5A，转速1800转/min，功率为 65W，转矩 3.5Nm。
[0036]太阳能板3的规格为1640 X 990 X 40mm，标准测试条件下(AMl.5光谱，1000ff/m2总辐照度，器件25°C )最大功率为250W，峰值电压29.9V，峰值电流8.36A，短路电流8.81A，开路电压37.3V，组件效率17.1%。
[0037]减速器4的减速比为1:40。
[0038]在实际运行中，太阳能板3将光能转化成电能，在过载保护器12的监控下将电能补充给蓄电池11。在灌溉周期内，光照感应器10感受到太阳方位的变化，通过相连接的太阳能示踪主控板接收电压信号并进行比较处理，在光热和光伏发电领域，由于太阳能跟踪技术已经非常成熟，它至少包括有单片机和继电器，由单片机运算处理并驱动相应的继电器动作，使得电动伸缩杆9或者太阳能板驱动电机5进行相应动作(正转或反转)，以调整太阳能板3始终确朝向光照方向，保证较高的光伏转化效率。
[0039]在实际运行中，通过电气控制柜19中的速度控制器17设定卷盘15中的软管的转动速度 ，卷盘电机13接收信号开始转动，经卷盘减速器14调速后给卷盘15 —个实际转动速度，卷盘15斜下方的速度感应器16对卷盘15中的软管实际转动速度进行测速，并与设定速度进行对比。当两者不吻合时，自动调整卷盘电机13的实际运转速度。这样，当卷盘15中的软管开始在卷盘上分层时，卷盘15的转动速度随之发生微调，从而保证卷盘15中软管运行速度的稳定。
【权利要求】
1.一种盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，包括卷盘式喷灌机，该卷盘式喷灌机包括脚支架(I )，脚支架(1)下方有行走轮，脚支架(1) 一端有卷盘(15)，卷盘(15)内盘有软管，卷盘(15)通过链条与卷盘减速器(14)连接,卷盘减速器(14)连接有卷盘电机(13),卷盘电机(13)由蓄电池(11)供电，蓄电池上方的太阳能板(3)为蓄电池充电；其特征在于: 在脚支架(1)上设有一个长方体支座框架(2)，所述的蓄电池(11)、卷盘电机(13)与卷盘减速器(14)位于长方体支座框架(2)的下层； 在长方体支座框架(2)下方还安装有速度感应器(16)，用于监测卷盘(15)中的软管转动速度，并将速度反馈给速度控制器(17)，速度控制器(17)将当前速度与预设定速度进行对比，自动调整卷盘电机(13)的转速，通过闭环回路的实时调控，以保证卷管(15)中的软管运行速度不变； 在长方体支座框架(2)的上层固定有减速器(4)、太阳能板驱动电机(5)、旋转竖杆(6)、蓄电池(11)和电气控制柜(19)，其中: 所述的旋转竖杆(6)通过头部的钢制弯头(7)固定有太阳能板(3)，在太阳能板(3)上设有光照感应器(10)，在旋转竖杆(6)中部设置有外伸卡槽(8)，在外伸卡槽(8)上固定有和太阳能板(3)相连接的电动伸缩杆(9)； 所述的电气控制柜(19)中装有过载保护器(12)、速度控制器(17)、定时开关(18)、电流表(20)、电压表(21)和蓄电池余量显示器(22);其中，所述的过载保护器(12)连接在太阳能板(3)与蓄电池(11)之间，所述的速度控制器(17)连接在速度感应器(16)和卷盘电机(13)之间，所述的定时开关(18)连接在光照感应器(10)的接线线路上。
2.如权利要求1所述的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其特征在于，所述减速器(4)通过螺栓固定在长方体支座框架(2)的上层，减速器(4)的横轴与太阳能板驱动电机`(5)相连，纵向轴与旋转竖杆(6)下端`焊接；旋转竖杆(6)上端焊接一个尺寸刚好能卡在太阳能板(3)背部卡槽内的钢制弯头(7)，该钢制弯头(7)上预留有螺栓孔，钢制弯头(7)通过螺栓孔与太阳能板(3)螺栓连接；太阳能板(3)通过旋转竖杆(6)固定在长方体支座框架(2)的上层，太阳能板(3)随减速器(4)纵轴的旋转实现水平面内360°旋转； 所述的外伸卡槽(8)上通过螺栓与电动伸缩杆(8)的末端相连，电动伸缩杆(9)的另一端顶在太阳能板(3)的背部卡槽上，通过电动伸缩杆(9)的伸长与缩短，太阳能板(3)实现垂直面内的旋转。
3.如权利要求1所述的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其特征在于，所述的太阳能板(3 )的规格为1640 X 990 X 40mm,最大功率为250W，峰值电压29.9V，峰值电流8.36A，短路电流8.81A，开路电压37.3V，组件效率17.1%。
4.如权利要求1所述的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其特征在于，所述的光照感应器(10)位于太阳能板(3)的正面中心位置，用于根据太阳方位的不同输出偏差电压，通过相连接的太阳能示踪主控板接收电压信号并进行比较处理，所述的太阳能示踪主控板至少包括有单片机和继电器，由单片机运算处理并驱动继电器动作，驱动太阳能板驱动电机(5)正转或反转，以及驱动电动伸缩杆9的伸缩。
5.如权利要求1所述的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其特征在于，所述的蓄电池(11)为两块电压12V的蓄电池，单块蓄电池储备容量为120AH，尺寸为`505 X 182 X 212mm,重量为 22kg。
6.如权利要求1所述的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其特征在于，所述的太阳能板驱动电机(5)采用24V直流减速电机，电流4.5A，转速1800转/min，功率为65W，转矩 3.5Nm。
7.如权利要求1所述的盘卷式自走喷灌机的太阳能驱动装置，其特征在于，所述的减速器(4)的减速比 为1:40。
【文档编号】A01G25/16GK103843647SQ201410036088
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】吴普特, 朱德兰, 葛茂生, 巩兴辉, 朱金福, 张 林, 张以升, 刘柯南 申请人:西北农林科技大学