專利名稱：矩陣式集液單元陣列快速排液裝置及其排液方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矩陣式集液單元陣列快速排液裝置，尤其是用于噴霧機(jī)械霧量分布均勻性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的矩陣式集液單元陣列快速排液裝置，屬于農(nóng)業(yè)工程試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
霧量分布均勻性是指噴霧機(jī)械作業(yè)過程中霧滴在靶標(biāo)上沉積分布的均勻性，是衡量噴霧機(jī)械作業(yè)性能的重要指標(biāo)。霧量分布均勻性的快速、精確檢測(cè)對(duì)提高噴霧機(jī)械檢測(cè)技術(shù)水平、優(yōu)化噴霧機(jī)械作業(yè)參數(shù)和提高噴霧機(jī)械設(shè)計(jì)水平都具有重要意義。JB/T9782-1999《植保機(jī)械通用試驗(yàn)方法》和JB/T9805. 2-1999《噴桿式噴霧機(jī)試驗(yàn)方法》規(guī)定可采用水平集霧槽收集霧滴以進(jìn)行水平霧量分布均勻性的測(cè)試，且水平集霧槽寬度不大于50mm ；GB/T24683-2009/IS0 9898 :2000《植物保護(hù)機(jī)械灌木和喬木作物用風(fēng)送式噴霧機(jī)試驗(yàn)方法》規(guī)定可采用垂直霧量分層收集器收集霧滴以進(jìn)行風(fēng)送式噴霧機(jī)垂直霧量分布均勻性的測(cè)試，且分層間距不大于250mm。在水平霧量分布均勻性測(cè)試中，測(cè)試區(qū)域一般為:3mX lm,沿Im方向設(shè)置集霧槽，則至少需要設(shè)置60個(gè)集霧槽，相應(yīng)的需要設(shè)置60 個(gè)集液單元；在垂直霧量分布均勻性測(cè)試中，測(cè)試區(qū)域高度一般為4. 5m，則至少需要設(shè)置 18個(gè)分層收集器，相應(yīng)的需要設(shè)置18個(gè)集液單元。在進(jìn)行噴霧機(jī)械的霧量分布均勻性測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，每進(jìn)行完一次試驗(yàn)都要將所有集液單元中的集液排掉，以便進(jìn)行下一次試驗(yàn)。如果采用人工排液，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響試驗(yàn)效率，而且當(dāng)集液單元增多時(shí)，人工排液將變得越來越困難。而霧滴在水平或垂直靶標(biāo)上的分布是一種二維分布，上述標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)測(cè)試方法都只能提供條帶狀區(qū)域劃分的一維分布信息，無法全面反映霧滴在靶標(biāo)上的沉積分布情況。如果要獲取更全面詳細(xì)的霧滴沉積分布信息，則必須采用二維網(wǎng)格狀劃分來收集霧滴，集液單元數(shù)量會(huì)相應(yīng)的數(shù)十倍地增加，此時(shí)人工排液將變得異常困難，甚至無法實(shí)現(xiàn)。中國專利號(hào)為ZL200920257102.6，公開了一種移動(dòng)式霧量分布測(cè)定儀，其集霧管排列放置在管架中，管架兩側(cè)帶有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的軸承座固定在機(jī)架上，轉(zhuǎn)軸帶有鎖定機(jī)構(gòu)， 完成霧量分布測(cè)定后，松開鎖定機(jī)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)軸，翻轉(zhuǎn)管架，即可十分方便地將集霧管中的集液傾倒出來。該方法很好地解決了單列集霧管的排液問題，但當(dāng)集霧管成矩陣式排列時(shí)， 管架不僅翻轉(zhuǎn)困難，而且需要占用較大的運(yùn)動(dòng)空間，給霧量分布測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的整體設(shè)計(jì)帶來困難，當(dāng)集霧管矩陣較大時(shí)，則幾乎無法實(shí)現(xiàn)。中國專利號(hào)為ZL201020179689. 6，公開了一種噴霧量分布測(cè)試控制系統(tǒng)，中國專利號(hào)為ZL201020176682. 9，公開了一種集霧槽及采用該集霧槽的噴霧量垂直分布測(cè)試裝置，以上系統(tǒng)或裝置中都采用排水電磁閥進(jìn)行集液量筒的排液，在所有集液量筒的底部都帶有排水管，在每個(gè)排水管上都安裝有一個(gè)排水電磁閥，進(jìn)行霧量分布測(cè)試時(shí)，所有排水電磁閥都關(guān)閉，集液量筒集液；完成霧量分布測(cè)試后，同時(shí)打開所有排水電磁閥，即可快速實(shí)現(xiàn)所有集液量筒的排液。該方法可快速實(shí)現(xiàn)集液單元的自動(dòng)排液，且不受集液單元矩陣大小的限制，但當(dāng)集液單元較多時(shí)，需要使用大量的電磁閥及其控制元件，造格高昂，且由于必須采用非標(biāo)量筒作為集液量筒，集液量筒的成本也會(huì)大量增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的大規(guī)模矩陣式集液單元陣列快速排液裝置；本發(fā)明同時(shí)還提供該大規(guī)模矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的排液方法，方便地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模矩陣式集液單元陣列的快速排液。本發(fā)明矩陣式集液單元陣列快速排液裝置采用如下技術(shù)方案排液管連接真空泵的出流口，真空泵的入流口連接吸液主管；主管分配器和支管分配器均具有一個(gè)匯流口和多個(gè)并行的支流口，主管分配器的匯流口連接吸液主管，每個(gè)主管分配器的支流口均連接一個(gè)吸液支管，每個(gè)吸液支管上均串聯(lián)一個(gè)支管電磁閥；支管分配器的匯流口連接吸液支管，支管分配器的每個(gè)支流口均連接一個(gè)分支吸液管；所有吸液支管都排成一列，吸液支管的數(shù)量與集液單元陣列的行數(shù)相同，且吸液支管的間距與集液單元陣列的行距相等；所有分支吸液管都排成一行，且分支吸液管的間距與集液單元陣列的列距相等；所有支管分配器都垂直于主管分配器且相互平行地設(shè)置，所有分支吸液管排成與集液單元陣列行數(shù)相同、行、列距相等的矩陣。進(jìn)一步地，本發(fā)明的真空泵和各所述支管電磁閥均連接控制單元，控制單元包括 CPU最小系統(tǒng)、繼電器和電氣控制線路，CPU最小系統(tǒng)的輸出通過開關(guān)量信號(hào)輸出接口、固態(tài)繼電器、第一電氣控制線路連接真空泵，第一電氣控制線路的輸出通過中間繼電器和開關(guān)量信號(hào)輸入接口連接CPU最小系統(tǒng)；CPU最小系統(tǒng)通過另一個(gè)開關(guān)量信號(hào)輸出接口、固態(tài)繼電器組、第二電氣控制線路連接由各個(gè)支管電磁閥組成的電磁閥組。本發(fā)明矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的排液方法的技術(shù)方案是按下列步驟執(zhí)行
(1)將矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的第一列分支吸液管與集液單元陣列的第一列集液單元對(duì)準(zhǔn)，所有分支吸液管都插入到一個(gè)對(duì)應(yīng)的集液單元中；使所有分支吸液管的進(jìn)液口與對(duì)應(yīng)的集液單元的內(nèi)腔底面之間應(yīng)留有3mnT5mm的間隙；
(2)打開第一吸液支路的支管電磁閥，關(guān)閉其余支管電磁閥并啟動(dòng)真空泵，進(jìn)行第一吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列的排液；
(3)延時(shí)廣5秒鐘，關(guān)閉第一吸液支路的支管電磁閥，打開第二吸液支路的支管電磁閥進(jìn)行第二吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列的排液；
(4)以此類推，每隔廣5秒鐘切換下一吸液支路的支管電磁閥進(jìn)行相應(yīng)吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列的排液，直至所有吸液支路都切換并吸液完畢，關(guān)閉真空泵；
(5)將矩陣式集液單元陣列快速排液裝置移到集液單元矩陣的下一區(qū)域，且使其第一列分支吸液管與集液單元矩陣中尚未排液的第一列集液單元對(duì)準(zhǔn)；
(6)重復(fù)步驟(2) (4)，完成該區(qū)域所有集液單元的排液；
(7)重復(fù)步驟(5) (6)，完成所有集液單元的排液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模矩陣式集液單元陣列的快速排液，從而滿足霧滴沉積區(qū)域二維網(wǎng)格狀精細(xì)劃分的需求，以便提供更全面的霧量分布信息。
2、節(jié)省硬件成本。僅需要1個(gè)真空泵、1套主分支吸液管路和少量電磁閥即可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模矩陣式集液單元陣列的快速排液，且集液單元可使用標(biāo)準(zhǔn)系列量筒，既能滿足大規(guī)模集液單元陣列快速排液的要求，又可大幅度節(jié)省系統(tǒng)成本。
圖1是矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2是圖1連接了控制單元6的右視圖3是圖2中控制單元6的組成原理框圖； 圖4是矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的工作狀態(tài)示意圖； 圖中1.排液管，2.真空泵，3.吸液支管，4.吸液主管，5.主管分配器，6.控制單元，7. 支管電磁閥，8.支架，9.支管分配器，10.分支吸液管，11.集液單元陣列，12.機(jī)架，13.集液單元支撐架。
具體實(shí)施例方式如圖1-2所示的矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的結(jié)構(gòu)，矩陣式集液單元陣列快速排液裝置主要由排液管1、真空泵2、吸液主管4、主管分配器5、吸液支管3、支管電磁閥7、支管分配器9、分支吸液管10、支架8和控制單元6等組成。排液管1連接真空泵2的出流口，真空泵2的入流口連接吸液主管4 ；主管分配器5具有一個(gè)匯流口和多個(gè)并行的支流口，匯流口連接吸液主管4，每個(gè)支流口都連接一個(gè)吸液支管3，所有吸液支管3中的液流都經(jīng)主管分配器5匯流到吸液主管4 ；每個(gè)吸液支管3上都串聯(lián)有一個(gè)支管電磁閥7，以控制該吸液支路的通斷；支管分配器9也具有一個(gè)匯流口和多個(gè)并行的支流口，匯流口連接一個(gè)吸液支管3，每個(gè)支流口都連接一個(gè)分支吸液管10，每個(gè)支管分配器9所屬的所有分支吸液管10中的液流都經(jīng)該支管分配器9匯流到對(duì)應(yīng)的吸液支管3 ；主管分配器5、吸液支管3、支管電磁閥7和支管分配器9都固定安裝在支架8上?？刂茊卧?分別連接真空泵2 和各個(gè)支管電磁閥7，用于控制真空泵2的啟停和各路支管電磁閥7的開閉。主管分配器5 的所有吸液支管3都排成一列，吸液支管3的數(shù)量與集液單元陣列的行數(shù)相同，且吸液支管 3的間距與集液單元陣列的行距相等；每個(gè)支管分配器9所屬的所有分支吸液管10都排成一行，且分支吸液管10的間距與集液單元陣列的列距相等；所有支管分配器9相互平行安裝，且都垂直于主管分配器5，所有分支吸液管10正好成矩陣式排列，且與集液單元陣列的行數(shù)相同，行、列距相等。真空泵2必須具有帶氣吸液能力，可采用水環(huán)式真空泵；各支管分配器9所屬的分支吸液管10排成1列，分支吸液管10的總數(shù)應(yīng)為3 10，分支吸液管10的管徑應(yīng)為3 mm 8mmο如圖3所示為矩陣式集液單元陣列快速排液裝置控制單元6的組成原理框圖，控制單元6可采用PLC、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、基于工控機(jī)的DCS系統(tǒng)或基于筆記本電腦的DCS系統(tǒng)，其功能模塊主要包括電氣控制線路、開關(guān)量信號(hào)并行輸出接口和按鈕信號(hào)輸入接口等。 整個(gè)控制單元6為一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，包括CPU最小系統(tǒng)、繼電器、電氣控制線路等，其中，CPU最小系統(tǒng)的輸出通過開關(guān)量信號(hào)輸出接口和固態(tài)繼電器連接第一電氣控制線路，第一電氣控制線路連接真空泵2，第一電氣控制線路的輸出通過中間繼電器和開關(guān)量信號(hào)輸
5入接口連接CPU最小系統(tǒng)。同理，CPU最小系統(tǒng)通過另一個(gè)開關(guān)量信號(hào)輸出接口、固態(tài)繼電器組連接第二電氣控制線路，第二電氣控制線路連接由各個(gè)支管電磁閥7組成的電磁閥組。CPU最小系統(tǒng)還通過另一個(gè)開關(guān)量信號(hào)輸入接口與“測(cè)試鍵”按鍵連接。這樣，使CPU 最小系統(tǒng)通過相應(yīng)的電氣控制線路分別控制真空泵2和各個(gè)支管電磁閥7。真空泵2的第一電氣控制線路對(duì)真空泵2進(jìn)行控制和保護(hù)，其中主要包括電機(jī)保護(hù)用塑殼式斷路器(圖中未示出)和交流接觸器(圖中未示出)等器件，CPU最小系統(tǒng)經(jīng)開關(guān)量信號(hào)輸出接口輸出真空泵啟/?？刂菩盘?hào)，控制固態(tài)繼電器輸入級(jí)的通斷，固態(tài)繼電器的輸出級(jí)再控制交流接觸器線圈回路的通斷，最終實(shí)現(xiàn)交流接觸器主回路(即真空泵電源回路)的通斷，從而實(shí)現(xiàn)真空泵2的啟?？刂疲煌ㄟ^塑殼式斷路器的輔助觸點(diǎn)可獲知其短路和過熱故障信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)中間繼電器隔離變換，通過開關(guān)量信號(hào)輸入接口被CPU最小系統(tǒng)采集。支管電磁閥 7的第二電氣控制線路主要包括電磁閥配電線路和熔斷器(圖中未示出)，CPU最小系統(tǒng)經(jīng)開關(guān)量信號(hào)并行輸出接口輸出各電磁閥控制指令，控制各個(gè)固態(tài)繼電器輸入級(jí)的通斷，各個(gè)固態(tài)繼電器的輸出級(jí)再對(duì)應(yīng)控制各個(gè)電磁閥的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電磁閥組的通/斷控制?！皽y(cè)試鍵”用于控制排液過程的開始和結(jié)束，每按一次“測(cè)試鍵”，CPU最小系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行下述排液過程的步驟(2廣(4)，“測(cè)試鍵”的按鍵信息經(jīng)開關(guān)量信號(hào)輸入接口被CPU最小系統(tǒng)采用中斷方式采集。如圖4所示，為矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的工作狀態(tài)示意圖，用于噴霧機(jī)械霧量分布均勻性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)中成矩陣式排列的集液單元陣列的快速排液。在噴霧機(jī)械霧量分布均勻性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)中，所有集液單元都固定在集液單元支撐架13上，上表面齊平，成行列式矩陣排列，以便能夠設(shè)置更多的集液單元，滿足霧滴沉積區(qū)域精細(xì)劃分的需求，獲取更全面的霧量分布信息。本發(fā)明在排液過程按下列步驟執(zhí)行
(1)將矩陣式集液單元陣列快速排液裝置放置到矩陣式集液單元陣列11上，使其支架 8支撐在集液單元陣列的機(jī)架12上，且使其第一列分支吸液管10與集液單元陣列11的第一列集液單元對(duì)準(zhǔn)，所有分支吸液管10都正好插入到一個(gè)對(duì)應(yīng)的集液單元中；插入后使所有分支吸液管10的進(jìn)液口與對(duì)應(yīng)的集液單元的內(nèi)腔底面之間應(yīng)留有3mnT5mm的間隙。各支管分配器9所屬的分支吸液管10的總數(shù)和分支吸液管10的管徑必須與真空泵2的抽吸能力相匹配，當(dāng)只開一個(gè)吸液支路，且只有一個(gè)分支吸液管10吸液，而該支路的其他分支吸液管10都吸氣時(shí)，仍能確?？煽课骸?2)打開第一吸液支路的支管電磁閥7，關(guān)閉其余支管電磁閥，并啟動(dòng)真空泵2，進(jìn)行第一吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列11的排液；
(3)延時(shí)1飛秒鐘，關(guān)閉第一吸液支路的支管電磁閥7，打開第二吸液支路的支管電磁閥7，進(jìn)行第二吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列11的排液；
(4)以此類推，每隔廣5秒鐘切換下一吸液支路的支管電磁閥7，進(jìn)行相應(yīng)吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元列的排液，直至所有吸液支路都切換并吸液完畢，關(guān)閉真空泵2 ；
(5)將矩陣式集液單元陣列快速排液裝置移到集液單元矩陣的下一區(qū)域，且使其第一列分支吸液管10與集液單元陣列11中尚未排液的第一列集液單元對(duì)準(zhǔn)；
(6)重復(fù)步驟(2) (4)，完成該區(qū)域所有集液單元的排液；
(7)重復(fù)步驟(5) (6)，完成所有集液單元的排液。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種矩陣式集液單元陣列快速排液裝置，包括排液管(1)，其特征是排液管(1)連接真空泵(2)的出流口，真空泵(2)的入流口連接吸液主管(4)；主管分配器(5)和支管分配器(9)均具有一個(gè)匯流口和多個(gè)并行的支流口，主管分配器(5)的匯流口連接吸液主管(4),每個(gè)主管分配器(5)的支流口均連接一個(gè)吸液支管(3)，每個(gè)吸液支管(3)上均串聯(lián)一個(gè)支管電磁閥(7);支管分配器(9)的匯流口連接吸液支管(3)，支管分配器(9)的每個(gè)支流口均連接一個(gè)分支吸液管(10);所有吸液支管(3)都排成一列，吸液支管(3)的數(shù)量與集液單元陣列(11)的行數(shù)相同，且吸液支管(3)的間距與集液單元陣列(11)的行距相等；所有分支吸液管(10)都排成一行，且分支吸液管(10)的間距與集液單元陣列(11)的列距相等； 所有支管分配器(9)都垂直于主管分配器5且相互平行設(shè)置，所有分支吸液管(10)排成與集液單元陣列行數(shù)相同、行、列距相等的矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣式集液單元陣列快速排液裝置，其特征是所述真空泵 (2 )和各所述支管電磁閥(7 )均連接控制單元(6 )，控制單元(6 )包括CPU最小系統(tǒng)、繼電器和電氣控制線路，CPU最小系統(tǒng)的輸出通過開關(guān)量信號(hào)輸出接口、固態(tài)繼電器、第一電氣控制線路連接真空泵2，第一電氣控制線路的輸出通過中間繼電器和開關(guān)量信號(hào)輸入接口連接CPU最小系統(tǒng)；CPU最小系統(tǒng)通過另一個(gè)開關(guān)量信號(hào)輸出接口、固態(tài)繼電器組、第二電氣控制線路連接由各個(gè)支管電磁閥(7)組成的電磁閥組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣式集液單元陣列快速排液裝置，其特征是主管分配器(5)、吸液支管(3)、支管電磁閥(7)和支管分配器(9)均固定連接支架(8)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的排液方法，其特征是采用如下步驟1)將矩陣式集液單元陣列快速排液裝置的第一列分支吸液管(10)與集液單元陣列 (11)的第一列集液單元對(duì)準(zhǔn)，所有分支吸液管(10)都插入到一個(gè)對(duì)應(yīng)的集液單元中；使所有分支吸液管(10)的進(jìn)液口與對(duì)應(yīng)的集液單元的內(nèi)腔底面之間應(yīng)留有3mnT5mm的間隙；2)打開第一吸液支路的支管電磁閥(7)，關(guān)閉其余支管電磁閥(7)并啟動(dòng)真空泵(2)， 進(jìn)行第一吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列(11)的排液；3)延時(shí)1飛秒鐘，關(guān)閉第一吸液支路的支管電磁閥(7)，打開第二吸液支路的支管電磁閥(7)進(jìn)行第二吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列(11)的排液；4)以此類推，每隔廣5秒鐘切換下一吸液支路的支管電磁閥(7)進(jìn)行相應(yīng)吸液支路所對(duì)應(yīng)集液單元陣列(11)的排液，直至所有吸液支路都切換并吸液完畢，關(guān)閉真空泵(2)；5)將矩陣式集液單元陣列快速排液裝置移到集液單元陣列(11)的下一區(qū)域，且使其第一列分支吸液管(10)與集液單元陣列(11)中尚未排液的第一列集液單元對(duì)準(zhǔn)；6)重復(fù)步驟2)、)，完成該區(qū)域所有集液單元的排液；7)重復(fù)步驟5)飛)，完成所有集液單元的排液。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于噴霧機(jī)械霧量分布均勻性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的矩陣式集液單元陣列快速排液裝置及其排液方法，排液管連接真空泵的出流口，真空泵的入流口連接吸液主管；主管分配器和支管分配器均具有一個(gè)匯流口和多個(gè)并行的支流口，主管分配器的匯流口連接吸液主管，每個(gè)主管分配器的支流口均連接一個(gè)吸液支管，每個(gè)吸液支管上均串聯(lián)一個(gè)支管電磁閥；支管分配器的匯流口連接吸液支管，支管分配器的每個(gè)支流口均連接一個(gè)分支吸液管；所有吸液支管都排成一列；所有分支吸液管都插入到一個(gè)對(duì)應(yīng)的集液單元中，每隔1~5秒鐘切換下一吸液支路的支管電磁閥排液，滿足霧滴沉積區(qū)域二維網(wǎng)格狀精細(xì)劃分的需求，提供更全面的霧量分布信息。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102426112SQ20111031392
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者但志敏, 魏新華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)