一種輕小型半自動滴灌壓差施肥車及其施肥方法與流程
2023-10-28 09:15:47
本發明涉及一種輕小型半自動滴灌壓差施肥車及其施肥方法，屬於農業灌溉機械領域。
背景技術：
滴灌施肥技術是滴灌的特色和優勢，能產生良好的經濟生態效益，目前我國最常見的滴灌施肥裝置是壓差式施肥罐，價格低廉，操作簡單，很受農戶歡迎。但生產實踐中，壓差施肥尚有如下問題：(1)滴灌本身即被稱為灌溉中的「貴族」，灌溉工程中一直希望能夠合理的降低滴灌系統造價。生產中並非經常性施肥，但目前施肥罐仍多採用固定安裝配套，這無疑增加了系統投資，尤其在實施滴灌自動化時，施肥用電磁閥等投資更大，不經濟。所以，移動式的自動化施肥裝置更具有價格優勢和市場，然而，現僅在移動式滴灌首部有部分涉及到施肥裝置，且較少有自動化報導。(2)自動化、智能化是滴灌發展趨勢，但現有滴灌壓差施肥裝置自動化性能差，已有的壓差施肥自動化技術少。
授權公告號CN 103959974B，發明名稱：一種自動控制壓差施肥系統，包括給水管道、濃度傳感器和施肥罐，所述的給水管道包括輸水主管道和施肥旁支管道，施肥旁支管道包括施肥進口管道和施肥出口管道，在施肥進口管道和施肥出口管道之間的輸水主管道上設置有施肥電磁閥，在施肥進口管道上設置有進水電磁閥，在施肥出口管道上設置有出水電磁閥，在圓柱形罐體的底部設置有排汙電磁閥；所述的濃度傳感器安置在出水電磁閥與輸水主管道之間的施肥出口管道上。本發明的施肥系統通過設置四個電磁閥和濃度傳感器，通過濃度傳感器檢測濃度並反饋信號，可以方便的監控施肥過程的濃度變化，方便控制施肥過程，操作方便。該專利涉及到了濃度傳感器和電磁閥、控制器等，造價不菲，該技術需採用濃度傳感器的主要原因是由於壓差施肥罐肥料溶液濃度隨時間不斷降低，無法進行控制。
總之，目前滴灌壓差施肥系統不經濟、自動化代價高，為此，需開發一種輕小型半自動滴灌壓差施肥車，能輕快方便的移動，能實現半自動灌溉施肥，進一步降低滴灌施肥裝置乃至滴灌系統造價，進一步提高系統的自動化，經濟合理，更充分發揮滴灌水肥一體化優勢。
技術實現要素：
本發明提供了一種輕小型半自動滴灌壓差施肥車及其半自動滴灌壓差施肥方法，解決了現有滴灌壓差施肥系統不經濟、自動化代價高等問題。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：
一種輕小型半自動滴灌壓差施肥車，包括車體、壓差施肥系統、控制計量設施、PLC控制器和電源；
所述的車體為帶有4個萬向輪的平板車，一端設有把手；
所述的壓差施肥系統包括壓差施肥罐體、進水管和出水管，所述的壓差施肥罐體固定於車體上，壓差施肥罐體為全密封結構，壓差施肥罐體下面設有排水管，壓差施肥罐體側面下方設有進水管，壓差施肥罐體側面上方設有出水管，所述排水管上設有第一電磁閥，所述進水管上設有水錶和第二電磁閥，所述出水管上設有第三電磁閥；
所述的控制計量設施包括稱重傳感器及設置在稱重傳感器上的若干個肥料桶，肥料桶與壓差施肥罐體之間有輸肥管道，輸肥管道上帶有第四電磁閥；
所述的第一電磁閥、水錶、第二電磁閥、第三電磁閥、稱重傳感器和第四電磁閥分別與PLC控制器和電源連接，所述的PLC控制器連接顯示器，PLC控制器和顯示器分別與電源連接。
優選地：所述的進水管上還設置有前置過濾器。
優選地：所述的電源採用直流可充電電源。
優選地：所述的進水管遠離壓差施肥罐體的一端設置有帶第一快速接頭的第一軟管，所述的出水管遠離壓差施肥罐體的一端設置有帶第二快速接頭的第二軟管。
優選地：所述的壓差施肥罐體的側面下方設置有檢修口。
本發明也提供了一種半自動滴灌壓差施肥方法，採用本發明的輕小型半自動滴灌壓差施肥車，包括以下步驟：
(1)向肥料桶內加入所需液體肥料，牽引施肥車至第一施肥點，利用滴灌系統上安裝有的施肥閥(有的滴灌系統沒有施肥閥，可加裝)，利用第一快速接頭將進水管連接在施肥閥前，利用第二快速接頭將出水管連接在施肥閥後；
(2)在顯示器上輸入所需肥料種類、數量，啟動施肥系統，開始自動施肥，PLC控制器向第四電磁閥發送指令，第四電磁閥打開，肥料進入壓差施肥罐體，稱重傳感器感應並向PLC控制器反饋肥料減少量，至所需肥料量後PLC控制器發送指令關閉第四電磁閥；
(3)PLC控制器發送指令打開第二電磁閥，顯示器上顯示第二電磁閥打開，手動閉合滴灌系統上的施肥閥，水由進水管進入壓差施肥罐體混合肥料，水錶計量進入罐體的水量並向PLC控制器反饋，當水錶測得進入水量達到壓差施肥罐體積時，PLC控制器發送指令打開第三電磁閥，依靠壓差開始施肥，水由進水管進入壓差施肥罐體，混合後的肥料溶液由出水管進入滴灌系統，PLC控制器接收進水管上水錶反饋來的水量信息，待進水量達到5倍壓差施肥罐體積時，顯示器上顯示肥料注入結束。
優選地：所述的壓差施肥的壓差在0.03-0.05MPa。
優選地：顯示器上顯示肥料注入結束後，PLC控制器控制第二電磁閥和第三電磁閥繼續開啟，採用施肥罐內的水衝洗滴灌系統5-10min，然後停止施肥，PLC控制器發送指令關閉第二電磁閥和第三電磁閥，同時發送指令打開第一電磁閥，排空施肥罐內的水，顯示器上顯示此次施肥過程結束，手動拔掉第一和第二快速接頭，打開滴灌系統上的施肥閥，牽引施肥車至下一施肥點。
本發明的有益效果：
相比於現有的技術方案，本發明具有以下優點：
(1)同樣可實現壓差施肥的自動化和智能化，且整個施肥過程操作簡單，適合文化程度不高的農戶；
(2)相較於現有的自動壓差施肥技術，採用移動施肥車及制定的壓差施肥方法，大大減少了濃度傳感器、電磁閥等昂貴配件的數量，進一步降低了工程造價，減少了維修養護成本，更易於農戶接受。
(3)整個移動施肥車相較於現有的移動灌溉首部，只需在主管上增加兩個快速接頭，更利於與現有灌溉系統對接，且更輕便靈活，農戶使用更加方便，無論對於已有灌溉工程或待建工程，均有較強適應性。
(4)本發明的施肥方法通過優化控制參數，使施肥濃度均勻性提高，並且採用施肥體積的方式控制施肥的結束，控制方法簡單。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的輕小型半自動滴灌壓差施肥車的結構示意圖；
圖2為本發明的壓差施肥系統的結構示意圖；
圖3為不同實施例的壓差與相對濃度的折線圖。
圖中，1為第一快速接頭，2為第一軟管，3為前置過濾器，4為第二快速接頭，5為第二軟管，6為第三電磁閥，7為壓差施肥罐體，8為稱重傳感器，9為肥料桶，10為第四電磁閥，11為輸肥管道，12為把手，13為顯示器，14為電源，15為萬向輪，16為第二電磁閥，17為水錶，18為第一電磁閥，19為排水管，20為檢修口。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1
如圖1和2所示，一種輕小型半自動滴灌壓差施肥車，包括車體、壓差施肥系統、控制計量設施、PLC控制器(圖中未顯示)和電源14；
車體為帶有4個萬向輪15的平板車，一端設有把手12，方便手動推拉，方便全方位移動，為減輕重量，平板車僅有支撐框架，更輕小。
壓差施肥系統包括壓差施肥罐體7、進水管和出水管，所述的壓差施肥罐體7固定於車體上，壓差施肥罐體7為全密封結構。壓差施肥罐體7的材料為塑料材質，輕便防腐，形狀為方形，方便固定罐體，方便檢修。
壓差施肥罐體7側面下方設有進水管，壓差施肥罐體7側面上方設有出水管，罐體下面設有帶有第一電磁閥18的排水管19，進水管上設有水錶17和第二電磁閥16，出水管上設有第三電磁閥6；
控制計量設施位於壓差施肥罐體7的上方，包括稱重傳感器8及設置在稱重傳感器8上的若干個肥料桶，肥料桶與壓差施肥罐體7之間有輸肥管道11，輸肥管道11上帶有第四電磁閥10。本實施例中的肥料桶9為3個。每個肥料桶9都設置有輸肥管道11和電磁閥。
第一電磁閥18、水錶17、第二電磁閥16、第三電磁閥6和稱重傳感器8分別與PLC控制器和電源14連接，PLC控制器連接顯示器13，PLC控制器和顯示器13分別與電源14連接。本發明中的電磁閥優選塑料電磁閥，直流供電。
進水管上還設置有前置過濾器3。前置過濾器3選擇帶有穩壓器的過濾器，如美國濱特爾自來水前置水過濾器。供水水壓的穩定對於壓差施肥具有重要影響。採用美國濱特爾自來水前置水過濾器不但可以有效去除水裡面的雜質，提高系統的使用壽命，而且前置水過濾器還有穩壓器，可以有效的防止供水水壓的變化對於施肥濃度的影響。
電源14採用直流可充電電源。
進水管遠離壓差施肥罐體7的一端設置有帶第一快速接頭1的第一軟管2，所述的出水管遠離壓差施肥罐體7的一端設置有帶第二快速接頭4的第二軟管5。設置快速接頭可與預設在滴灌系統主管施肥閥前後的快速接頭對接。進水管和出水管各配有一部分軟管，可隨意調整距離。
優選地：壓差施肥罐體7的側面下方設置有檢修口20。檢修口20為螺紋口，墊圈密封，方便罐體的檢修。
本發明的輕小型半自動滴灌壓差施肥車使用方法如下：不需要滴灌施肥時，將施肥車保管收藏。當需要施肥時，在肥料倉庫，向肥料桶注入本次所施用液體肥料，牽引施肥車至第一個施肥點，進行施肥。
實施例2
一種自動滴灌壓差施肥方法，採用實施例1的輕小型半自動滴灌壓差施肥車，不需要滴灌施肥時，將施肥車保管收藏。當需要施肥時，包括以下步驟：
(1)在肥料倉庫，向肥料桶內加入所需液體肥料，牽引施肥車至第一施肥點，利用滴灌系統上安裝有的施肥閥(有的滴灌系統沒有施肥閥，可加裝)，利用第一快速接頭將進水管連接在施肥閥前，利用第二快速接頭將出水管連接在施肥閥後；
(2)在顯示器上輸入所需肥料種類、數量，啟動施肥系統，開始自動施肥，PLC控制器向第四電磁閥發送指令，第四電磁閥打開，肥料進入壓差施肥罐體，稱重傳感器感應並向PLC控制器反饋肥料減少量，至所需肥料量後PLC控制器發送指令關閉第四電磁閥；
(3)PLC控制器發送指令打開第二電磁閥，顯示器上顯示第二電磁閥打開，手動閉合滴灌系統上的施肥閥，水由進水管進入壓差施肥罐體混合肥料，水錶計量進入罐體的水量並向PLC控制器反饋，當水錶測得進入水量達到壓差施肥罐體積時，PLC控制器發送指令打開第三電磁閥，依靠壓差開始施肥，水由進水管進入壓差施肥罐體，混合後的肥料溶液由出水管進入滴灌系統，PLC控制器接收進水管上水錶反饋來的水量信息，待進水量達到5倍壓差施肥罐體積時，顯示器上顯示肥料注入結束。壓差施肥的壓差在0.03-0.05MPa。
顯示器上顯示肥料注入結束後，PLC控制器控制第二電磁閥和第三電磁閥繼續開啟，採用施肥罐內的水衝洗滴灌系統5-10min，然後停止施肥，PLC控制器發送指令關閉第二電磁閥和第三電磁閥，同時發送指令打開第一電磁閥，排空施肥罐內的水，顯示器上顯示此次施肥過程結束，手動拔掉第一和第二快速接頭，打開滴灌系統上的施肥閥，牽引施肥車至下一施肥點。
採用尿素作為肥料進行了實驗，施肥量為10kg，壓差施肥罐體體積為10L，出口壓力為0.1MPa。實驗1-5採用將10kg尿素充分攪拌溶解後加入施肥罐，在施肥罐中逐漸加水，當肥液充滿罐體時，即進水1體積的時候，測得出水管管口的肥液濃度即為初始濃度。用相對濃度(不同進水體積下取樣肥液濃度除以V＝1時的初始肥液濃度)來表示施肥罐出口肥液濃度的變化，具體數據見表1和圖3。
由表1和圖3可知，壓差對施肥濃度具有重要影響，壓差過大會導致相對濃度迅速下降，導致施肥濃度差距過大，壓差過小，施肥濃度差距相對降低。另外採用本發明的方法，通過控制進水量與壓差施肥罐體積關係的辦法，來控制最終的施肥結束時間，結果穩定可靠。對比採用濃度計的方法，造價低，控制維修方便。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。