本發(fā)明涉及一種農田噴灌裝置，特別是一種光伏驅動輕小型自行走渠喂式噴灌機。

背景技術：
農田灌溉采用的主要灌溉方式是溝灌、畦灌和大水漫灌等。對水資源的利用率低，勞動消耗大，已不適應現代農業(yè)的發(fā)展要求。目前噴灌技術正在逐步推廣，有一種高塔架吊掛懸臂式噴灌機，通過塔架吊掛著懸臂，單懸臂長達百米，所有的噴頭均布安裝在懸臂上，懸臂借水流噴射的反作用力自轉，單邊懸臂加上末端噴頭射程回轉一周即可噴灌達到上百畝。其不足之處是設備體積大，造價高，只能固定在地塊上使用，設備利用率低。還有，各種移動式節(jié)水噴灌設備在生產上應用也日趨廣泛，如發(fā)明專利“移動式噴灌機（專利號：00204205）”，它通過裝有行走輪的機架的立柱支撐安裝著轉盤，在轉盤上卷繞著供水軟管，供水軟管的一端固定在轉盤的卷筒上，并與轉盤內的空心軸連通，其另一端通過噴槍行車架的剛性管與噴槍連通，立柱上安裝的水渦輪的出水口與轉盤的空心軸的軸端連通，水渦輪設有進水管接口，水渦輪的驅動鏈輪帶動轉盤的齒圈轉盤轉動，需要一臺牽引機進行提供動力，這種結構成本高，使用不方便，管道入口水壓力大，機組消耗功率大，無法智能地進行控制噴灌，并且浪費水資源。還有一些移動噴灌機，如專利號00265579，發(fā)明名稱：行走式噴灌機，通過一個吊掛在空中軌道上的機架，利用與軌道平行固定有可由電動機牽引行走的牽引繩進行移動，它只適合在溫室等小范圍的環(huán)境進行工作，不利于大面積噴灌灌溉的推廣實施。

技術實現要素：
針對上述現有噴灌技術存在的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種輕小型自動行走渠喂式噴灌機，該噴灌機操作簡單、機動性能強、節(jié)能環(huán)保能、智能化程度高的集光、機、電一體化及太陽能高效利用技術于一身。實現上述發(fā)明目的的技術方案是一種輕小型自動行走渠喂式噴灌機，包括吸水軟管、減速驅動電機I、驅動輪、轉向裝置、主梁、自吸泵、主供水管道、桁架、低壓噴頭、泡沫擋板、排水底閥，所述吸水軟管一端與自吸泵進水口連接，所述桁架固定在主梁上，所述主供水管道設置于桁架頂端，且呈弧線布置，主供水管道上等間距的分布有若干數量的低壓噴頭，所述泡沫擋板和排水底閥共兩組分布于桁架兩端，所述驅動輪安裝在主梁下端，所述減速驅動電機I安裝在驅動輪上，所述轉向裝置一端連接在驅動輪轉軸上，一端與主梁連接，所述吸水軟管的另一端與置于渠內取水過濾裝置的吸水管道連通，控制器、太陽能光伏發(fā)電系統、蓄電池、施肥裝置、紅外糾偏導航系統集中分布在桁架中間位置。所述施肥裝置由肥料桶、計量泵、取樣排氣閥、加肥控制閥、安全閥、背壓閥、真空壓力表、脈沖阻尼器、攪拌器驅動電機、肥料桶、液位標記管、攪拌輪、底閥、過濾器、及傳動軸組成，所述攪拌器驅動電機固定在肥料桶頂端中央，通過傳動軸與置位肥料桶內的攪拌輪連接，所述液位標記管連通在肥料桶外面，所述加肥料桶底部安裝有底閥，所述計量泵進液口與肥料桶底部連通，出液口分兩路，一路通過安全閥與肥料桶頂部連通，一路經管道頂端的脈沖阻尼器與取樣排氣閥和加肥控制閥連通，加肥控制閥出口直接接在自吸泵吸水口管道端。所述取水過濾裝置采用滾動方式，由兩組對稱分組的四個驅動輪Ⅱ、過濾網、反沖洗管道、吸水管道及底板組成，所述四個驅動輪Ⅱ安裝在底板下，兩個過濾網固定在底板上邊，兩個過濾網之間通過吸水管道連通，所述反沖洗管道一端分兩路一端連接在過濾網兩端，一端連接在自吸泵出口壓力管道上。所述紅外糾偏導航系統由紅外對射紅外線模塊發(fā)射端、紅外對射紅外線模塊接收端、無線信號發(fā)射器組成。所述太陽能光伏發(fā)電系統給蓄電池充電、蓄電池給控制器和所有電機供電，減速驅動電機I與控制器內的電氣控制裝置的調速控制模塊連接。采用上述技術方案，本發(fā)明的技術效果有：1）采用太陽能驅動，太陽能資源清潔可再生，通過吸收日照輻射能量，將其轉化為電能，為整個系統提供動力電源，無需外加動力來源，也無需市電供給和布埋電線，能適應野外及無電力到達地區(qū)的推廣使用，用戶使用方便。2）采用一種基于太陽能機械跟蹤的最大功率點跟蹤控制技術和基于光伏電池板固定安裝的最大功率點跟蹤控制高效利用技術，充分利用太陽能，減少非再生能源消耗，光伏組件安裝上采用機械式雙軸跟蹤結構，可對太陽光線進行二維追蹤，保持太陽能光伏組件采光面始終與太陽光線垂直，同時控制算法上保證太陽能光伏組件始終工作在最大功率點處，最大限度的提供輸出功率，提高太陽能板轉換效率，有效解決光伏發(fā)電效率低的問題。3）利用紅外對射紅外線模塊和調速控制模塊實現機組的自動行走導航糾偏，無需外力牽引，無需設置軌道就能實現機組的直線行走，結構簡單，移動方便，自動化程度高，人力投入少。4）加壓水泵放置于噴灌機桁架之上，通過在大田中修建引水渠實現供水，使供水入口壓力減小，極大的降低了機組的消耗功率。5）水泵采用無刷直流電機代替?zhèn)鹘y的三相異步電機驅動，無需大功率三相逆變器，結構簡單，整機重量減輕；電力轉換中間環(huán)節(jié)的減少，損耗功率減少，總利用效率提高；調速性能穩(wěn)定，動態(tài)響應快。6）水泵運行采用轉速調節(jié)與閉閥調節(jié)聯合調壓方式，壓力流量穩(wěn)定，機組噴灑質量提高，噴灑均勻系數提高。7）自吸泵取水采用滾動反沖洗取水裝置，避免了取水管道的堵塞，加之施肥裝置的配套，極大的提升了機組的配套功能，設備利用率和使用性提高。附圖說明圖1為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的主視圖；圖2為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的俯視圖；圖3為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機工作區(qū)域示意圖；圖4為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的獨立太陽能光伏發(fā)電系統結構示意圖；圖5為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的太陽能機械跟蹤系統結構示意圖；圖6為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的施肥裝置的結構示意圖；圖7為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的取水過濾裝置的結構示意圖；圖8為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機的機械跟蹤控制系統的控制流程。具體實施方式以下結合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明的內容作進一步的詳細說明。圖1和圖2分別從主視圖和俯視圖的角度給出了本發(fā)明輕小型自動行走渠喂式噴灌機的結構圖，包括吸水軟管3、減速驅動電機I4、驅動輪5、轉向裝置6、主梁7、自吸泵8、主供水管道12、桁架13、低壓噴頭14、泡沫擋板15、排水底閥19，所述吸水軟管3一端與自吸泵8進水口連接，所述桁架13固定在主梁7上，所述主供水管道12設置于桁架13頂端，且呈弧線布置，主供水管道12上等間距的分布有若干數量的低壓噴頭14，所述泡沫擋板15和排水底閥19共兩組分布于桁架13兩端，所述驅動輪5安裝在主梁7下端，所述減速驅動電機I4安裝在驅動輪5上，所述轉向裝置6一端連接在驅動輪5轉軸上，一端與主梁7連接，其特征在于：所述吸水軟管3的另一端與置于渠內取水過濾裝置2的吸水管道53連通、控制器9，太陽能光伏發(fā)電系統10、蓄電池11、施肥裝置、紅外糾偏導航系統集中分布在桁架13中間位置。所述施肥裝置16由肥料桶44、計量泵36、取樣排氣閥37、加肥控制閥38、安全閥39、背壓閥40、真空壓力表41、脈沖阻尼器42攪拌器驅動電機43、肥料桶44、液位標記管45、攪拌輪46、底閥47、過濾器48、及傳動軸49組成，所述攪拌器驅動電機43固定在肥料桶44頂端中央，通過傳動軸49與置位肥料桶44內的攪拌輪46連接，所述液位標記管45連通在肥料桶44外面，所述肥料桶44底部安裝有底閥47，所述計量泵36進液口與肥料桶44底部連通，出液口分兩路，一路通過安全閥39與肥料桶44頂部連通，一路經管道頂端的脈沖阻尼器42與取樣排氣閥37和加肥控制閥38連通，加肥控制閥38出口直接接在自吸泵8吸水口管道端。所述取水過濾裝置2它采用滾動方式，由兩組對稱分組的四個驅動輪Ⅱ50、過濾網51、反沖洗管道52、吸水管道53及底板54組成，所述四個驅動輪Ⅱ50安裝在底板54下，兩個過濾網51固定在底板54上邊，兩個過濾網51之間通過吸水管道53連通，所述反沖洗管道52一端分兩路一端連接在過濾網51兩端，一端連接在自吸泵8出口壓力管道上。所述紅外糾偏導航系統由紅外對射紅外線模塊發(fā)射端21、紅外對射紅外線模塊接收端22、無線信號發(fā)射器23組成。所述太陽能光伏發(fā)電系統10給蓄電池11充電、蓄電池11給控制器9和所有電機供電，減速驅動電機I4與控制器9內的電氣控制裝置的調速控制模塊連接。所述的主梁7底部安裝有四個驅動輪5，左右主動輪分別與減速驅動電機I4相連，減速驅動電機I4與控制柜9內的電氣控制裝置的調速控制模塊連接，通過調控電機轉速的快慢實現行走糾偏，四個轉輪上部裝有轉向裝置6，轉向裝置由電動伸縮管組成，可調節(jié)本噴灌機旋轉90度，實現從前行到左右橫向行走的調節(jié)。所述太陽能光伏發(fā)電系統主要由太陽能電池板、MPPT太陽能控制器、蓄電池及應急電源等組成，應采用獨立結構，應急電源可包括臨時市電或柴油發(fā)電機組，為滿足噴灌機各負載的工作要求，可通過連入DC/DC或DC/AC電壓轉換裝置實現對太陽能輸出直流電的轉換。所述太陽能光伏發(fā)電系統最大功率跟蹤控制裝置，它由機架26、驅動電機Ⅱ27、減速箱28、推力軸承29、伸縮桿30、水平轉動軸31、控制箱Ⅱ32、光線檢測傳感器33、風速傳感器34及太陽能板35組成，太陽能板35優(yōu)先采用高轉換效率的單晶硅太陽能板，所述驅動電機Ⅱ27和減速箱28安裝于機架26上，減速器28輸出軸通過渦輪蝸桿與水平轉動軸31連接，所述的伸縮桿30一端固定在水平轉動軸31上，一端固定在太陽能板35固定架之上，所述光線檢測傳感器33和風速傳感器34分別安裝于太陽能板35表面，控制箱Ⅱ32安裝于機架26側面，所述風速傳感器34用于檢測當前風速值，所述光線檢測傳感器33除白天檢測太陽光線外，也用于檢測當前光線強度值?；谔柲軝C械跟蹤的最大功率點跟蹤控制技術的實現是采用太陽能追日技術，太陽能板35的方位角的調節(jié)通過固定于機架26上的驅動電機Ⅱ27經減速箱28減速后帶動水平轉動軸31在水平方向實現360°旋轉跟蹤，太陽能板35的俯仰角的調節(jié)通過伸縮桿30的收縮控制實現，當風速超過設定值時，控制器會根據風速傳感器34檢測值發(fā)出太陽能板35水平放置動作信號，當光線強度值超過系統設定光強值，系統自動從休眠狀態(tài)轉為工作狀態(tài)，否則，一直保持休眠省電狀態(tài)，直至光線強度值到達要求?；诠夥姵匕骞潭ò惭b的最大功率點跟蹤控制技術的實現是通過安裝在控制箱Ⅱ32內的MPPT太陽能控制器內置跟蹤算法實現，其算法可包括基于參數選擇方式的間接控制法、基于采樣數據的直接控制法及基于現代控制理論的人工智能控制方法，其中常用的最大功率跟蹤的實現方法除了開環(huán)的查表法、比例法，景點的MPPT方法主要有干擾觀測法、電導增量法、模糊邏輯控制法、神經元網絡控制法及最優(yōu)梯度法等。所述的取水過濾裝置，它采用滾動方式，而不是浮動方式，通過增加水面擾動來防止過濾網51的堵塞。所述的自吸泵，采用無刷直流電機進行驅動，電機的調速控制由相應的空間矢量控制無刷電機控制器完成，水泵運行采用轉速調節(jié)與閉閥調節(jié)聯合調壓方式。圖3為本發(fā)明自動行走渠喂式噴灌機工作區(qū)域示意圖，所述紅外糾偏導航系統的所有設備均提前固定于大田20上噴灌機噴灑作業(yè)條帶上，紅外對射紅外線模塊發(fā)射端21和紅外對射紅外線模塊接收端22布置于作業(yè)條帶兩端，當噴灌機在起始位置時，機組行走正常，糾偏導航不啟動，當噴灌機處于偏離直線位置25時，糾偏導航啟動。參見圖4所示獨立太陽能光伏發(fā)電系統結構示意圖，太陽能板35通過吸收日照輻射能量，利用光伏效應將其轉化為直流電輸出，通過MPPT太陽能控制器實現對蓄電池11的重放電管理，在光照充足時，將多余的電量儲存在蓄電池11中，當光照不足時，通過MPPT太陽能控制器對噴灌機組系統放電。正常工作時，K1閉合K2斷開，機組由太陽能供電，輸出的直流電一部分直接用于驅動機組自走驅動減速驅動電機I4，一部分通過直流無刷電機控制器的逆變控制驅動自吸泵8的工作，向主供水管道12提供噴頭工作所需的一定有壓水。當太陽能光伏發(fā)電系統10或蓄電池11電量不足時，通過將開關K1、K2的切換，臨時由應急柴油發(fā)電機組或市電供電等應急電源，保障機組正常作業(yè)。參見圖5、圖8所示，跟蹤系統的控制過程及原理如下：由控制箱Ⅱ32中的光線檢測傳感器33采集太陽與太陽能電池板35之間水平和垂直方向的位置偏差信號和光強信號，并反饋給控制箱Ⅱ32中的數據處理及控制器，經過數據處理和放大，根據太陽光照規(guī)律判斷出下一步太陽能電池板35的移動角度，并向電機驅動電路發(fā)出相應的控制命令，隨后再觸發(fā)相關的繼電開關，使驅動電機Ⅱ27和伸縮桿30帶動機械傳動機構，以緩慢的速度把太陽能電池板35朝向角度移動到準確的理想定位上去，從而實現跟蹤太陽光照的目的。為了節(jié)省驅動能量，電動機選用小能耗直流電動機，并要求自動跟蹤系統除了跟蹤太陽之外，還能通過光線檢測傳感器33檢測的光強高低來判斷天色的變化，控制驅動電機Ⅱ27和伸縮桿30間歇性工作，即在清晨光強達到一定量值后開始跟蹤，光強低于某一量值時停止跟蹤，到了夜間系統可以自動關閉主回路電源。為避免大風對光伏組件的危害，通過風速傳感器34對風速進行檢測，若風速過大，則電動伸縮桿30收縮，自動減小光伏組件迎風面。參見圖1、圖6及圖7，噴灌作業(yè)時，首先檢測供水渠1中水位是否符合開泵要求，當液位符合要求時，打開自吸泵8，自吸泵通過吸水軟管3將水吸入自吸泵8加壓室內，經水泵加壓后，將壓力水輸送到主供水管道12中，通過安裝在主供水管道12上均勻分布的低壓噴頭14將水均勻地噴灑在田間，實現噴灌的功能。在噴灑作業(yè)的過程當中，為防止供水渠1中的雜物進入輸水管道系統，堵塞低壓噴頭14，吸水軟管3進水口處連接有取水過濾裝置2，其運動由吸水軟管3的拖動隨噴灌機組滾動前行，且為防止取水過濾裝置2在靜水位中長時間工作，雜物附著在過濾網51表面，影響吸水效果，通過從水泵出水管道引出的反沖洗管道52將壓力水引向過濾網51內，對過濾網51表面進行沖刷，同時增加水面擾動，解決吸水口取水堵塞問題。為實現灌溉施肥的一體化操作，可通過安裝在噴灌機桁架13上的施肥裝置16同步實現施肥。施肥罐在使用時，首先對泵的連接線路及密封固定等進行檢查，檢查沒問題時，向施肥裝置16的罐體內加入水和肥，水和肥在攪拌器驅動電機的帶動下，通過連接在傳動軸49上的攪拌輪46的攪拌，始其水肥混合均勻，濃度一致，此時應打開進出管路上的閥門38，只有在進出管路暢通無阻的情況下才能啟動電動機，肥液通過隔膜式計量泵36主軸和偏心輪的回轉運動，由偏心輪帶動挺桿在導筒內作往復運動。連同膜片，通過單向閥的作用使泵腔內逐漸形成真空，吸入閥打開，吸入液體；當膜片向前死點移動時，此時吸入閥關閉，排出閥打開，液體在膜片的推動下排出。在泵通過調節(jié)一定的行程的往復順還工作形成連續(xù)有壓力、定量的排放液體，加壓后的肥液從加肥控制閥38注入到自吸泵8葉輪進水口處，通過自吸泵8葉輪的旋轉攪拌稀釋而跟隨壓力水經低壓噴頭14噴出。施裝置16的罐體內的液位可通過安裝在罐體表面上的液位標記管45指示，其施肥量的控制通過調節(jié)計量泵36旋轉調節(jié)手輪來實行調節(jié)挺桿行程，從面改變膜片伸縮距離來達到改變流量的目的，調節(jié)過程中流量值可參考真空壓力表標定。為保證施肥裝置的安全工作，管路上安裝有安全閥39。本發(fā)明的自動行走渠喂式噴灌機在工作過程中，低壓噴頭14工作壓力的調節(jié)通過旋轉無刷直流電機控制器上的電位器，從而實現自吸泵8的調速運行，若調速運行仍不能滿足工作要求時，可聯合采用閥門調節(jié)方式。噴灌機在行走過程當中，待噴灑大田20作業(yè)條帶四個頂點均安裝有紅外對射紅外線模塊，并在紅外對射紅外線模塊接收端22安裝有無線信號發(fā)射器23，噴灌機從起始位置24保持直線行走時，位于噴灌臂左右兩端的泡沫擋板15，不阻擋紅外對射紅外線模塊接收端24和紅外對射紅外線模塊發(fā)射端25之間的信號傳輸，無線信號反射器23不工作；若噴灌機偏離直線行走，例如行走至噴灌機偏離直線位置25時，噴灌臂左側的泡沫擋板15阻擋了紅外對射紅外線模塊接收端24和紅外對射紅外線模塊發(fā)射端25之間的信號傳輸，此時無線信號發(fā)射器23工作，向控制箱I9內的調速控制模塊發(fā)出調速信號，調速控制模塊連接至減速驅動電機4，并接收無線信號發(fā)射器23的信號，通過接收無線信號發(fā)射器23的無線信號，判斷此時應調節(jié)噴灌機左側車輪的電機加速，實現噴灌機行走速度的調節(jié)和自動糾偏。本發(fā)明的自動行走渠喂式噴灌機完成一個劃分條帶的噴灑作業(yè)后，通過連接在車輪旋轉軸上的轉向裝置6，驅動車輪的做90°旋轉，實現機組在地頭橫向平行，按照劃分好的條帶，直至噴灑完整塊大田，灌溉作業(yè)結束后，關閉水泵及機組。為防止在冬天管道結冰凍裂事故的發(fā)生，可打開主供水管道12兩端的排水底閥19以及肥桶44底部的底閥47，將管道及桶體的殘余水肥排除干凈。本發(fā)明的自動行走渠喂式噴灌機將水泵置于機架之上，使供水入口壓力減小，極大的降低了機組的消耗功率；采用紅外糾偏導航控制技術，機組作業(yè)無需設置軌道，自動化程度高，節(jié)約勞動力；采用滾動反沖洗取水裝置避免了取水管道的堵塞，加之施肥裝置的配套，極大的提升了機組的配套功能?？傊?，該噴灌機不僅具有同類產品移動方便、省工省時、灌溉精度高、節(jié)水效果好、適應性強等優(yōu)點，而且較同類產品最大的特點是首次采用光伏驅動，無需借助外力牽引，是大、中、小型農場、牧場、農作物，經濟作物、牧草的理想節(jié)水噴灌產品。最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍中。