專利名稱：水力驅(qū)動活塞式施肥泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)田灌溉設(shè)備，具體涉及一種在給作物灌溉的同時給作物施肥的水力驅(qū)動活塞式施肥泵。
背景技術(shù)：
隨著微灌技術(shù)在灌溉中的廣泛應(yīng)用，施肥技術(shù)發(fā)生了重大革命，可溶性肥料以溶液的形式，通過專門的器具被送入輸水管網(wǎng)(并在管網(wǎng)內(nèi)被灌溉水稀釋)，在給作物灌溉的同時給作物施肥。因此，施肥器具已經(jīng)成為微灌系統(tǒng)不可缺少的組成部件。
現(xiàn)有的在微灌系統(tǒng)中所使用的施肥器具包括一施肥罐，該施肥罐與灌溉管道通過支管并聯(lián)連接，施肥罐中裝有溶液狀態(tài)的肥料。從上游來的灌溉用水在灌溉管道中流動時，其中有一小部分通過支管流入施肥罐，流入的灌溉用水再與溶液肥料一起從另一支管中流出，進(jìn)入微灌管網(wǎng)系統(tǒng)流入農(nóng)田?，F(xiàn)有施肥器具的缺點(diǎn)在于①能耗大，為使施肥罐中的水和肥能進(jìn)入管網(wǎng)，需將灌溉管道的閥門關(guān)小，以形成閥門前后水的壓力差，這就造成了水頭損失，增加了能耗；②有肥料損失，因?yàn)殡S著水不斷進(jìn)入施肥罐以及肥料不斷流入灌溉管道，使罐內(nèi)肥料濃度逐漸降低(但不會降至零)；③由于施肥罐內(nèi)有壓力，需用罐蓋和緊固裝置將其蓋嚴(yán)，這就給加肥操作帶來麻煩，使用不便；④體積大，笨重。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的施肥器具能耗大，有肥料損失，使用不便的不足，本發(fā)明提供一種水力驅(qū)動活塞式施肥泵，該施肥泵結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，運(yùn)行可靠，管網(wǎng)系統(tǒng)不會產(chǎn)生水頭損失。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下
一種水力驅(qū)動活塞式施肥泵，它包括外殼、后蓋、驅(qū)動活塞、換向活塞套、換向活塞、活動密封圈及換向活塞定位銷，所述的驅(qū)動活塞安裝在外殼內(nèi)，該驅(qū)動活塞的一端向另一端呈徑向階梯式遞減，形成大端、中端及小端，在驅(qū)動活塞大端的腔體內(nèi)固定連接一換向活塞套，該驅(qū)動活塞與換向活塞套之間不產(chǎn)生相對運(yùn)動；在該換向活塞套的腔體內(nèi)裝有一換向活塞，在驅(qū)動活塞的大端處所對應(yīng)的換向活塞的活塞桿上裝有一活動密封圈H，在換向活塞的另一端裝有一換向活塞定位銷；在驅(qū)動活塞大端處所對應(yīng)的外殼一端裝有后蓋；在驅(qū)動活塞的大端和換向活塞套的同一位置及相對應(yīng)的外殼表面均開有一徑向通孔，該通孔為工作水進(jìn)口，來自灌溉管路中的工作水由該孔進(jìn)入外殼及驅(qū)動活塞與外殼和后蓋之間的腔體內(nèi)；在驅(qū)動活塞、換向活塞套及換向活塞上設(shè)有使驅(qū)動活塞及換向活塞往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)；在驅(qū)動活塞小端處所對應(yīng)的外殼上，分別設(shè)有自肥料罐中吸肥的吸肥管道及注肥進(jìn)入灌溉管路系統(tǒng)的注肥管道；在換向活塞外端的表面上開有棄水排出口P。
所述的使驅(qū)動活塞及換向活塞往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)為在外殼與驅(qū)動活塞的大端至小端之間設(shè)有A、B、C三個腔室，在換向活塞套上設(shè)置兩組相對應(yīng)的流道，一組為將工作水引入A腔的進(jìn)水流道，另一組為從A腔將棄水排出的出水流道；在進(jìn)水流道和出水流道位于驅(qū)動活塞大端靠近中端的一端分別開有進(jìn)水孔I和出水孔O，進(jìn)水孔I和出水孔O錯位設(shè)置，不在同一徑向平面上；在所述的換向活塞上設(shè)有兩圈凸出于活塞桿的封水臺，當(dāng)換向活塞的封水臺在換向活塞套內(nèi)處于進(jìn)水孔I位置處，使進(jìn)水孔I關(guān)閉時，出水孔O打開，反之亦然。
在所述的注肥管道中裝有單向閥Z，在所述的吸肥管道中裝有單向閥X。
本發(fā)明以從管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入的工作水為動力，通過所設(shè)有的使驅(qū)動活塞和換向活塞往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)推動活塞運(yùn)動，當(dāng)換向活塞運(yùn)動至使封水臺封住換向活塞套上的進(jìn)水孔I時，使進(jìn)水孔I關(guān)閉，出水孔O打開，工作水不能進(jìn)入A腔，大端的A腔壓力減小到接近于零，驅(qū)動活塞向大端移動，此時注肥單向閥Z關(guān)閉，C腔產(chǎn)生負(fù)壓，吸肥單向閥X開啟，將肥料吸入C腔，同時換向活塞與活動密封圈H發(fā)生擠壓，推動換向活塞向相反方向移動，其封水臺封住換向活塞套上的出水孔O，而將進(jìn)水孔I打開，工作水流向A腔，A腔的壓力增加，使驅(qū)動活塞向中端移動，注肥單向閥Z被打開，吸肥單向閥X關(guān)閉，將肥料注入灌溉管道，隨同管網(wǎng)系統(tǒng)中的灌溉水一起施入農(nóng)田里。
本發(fā)明的有益效果是1、無水頭損失，不增加能耗本發(fā)明是以工作水為動力，利用A腔和C腔的壓力變化，推動驅(qū)動活塞和換向活塞作往復(fù)運(yùn)動，使吸肥和注肥管路交替打開，實(shí)現(xiàn)吸肥和注肥，因而不必靠管網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力差來注肥，使灌溉管道中水的壓力始終保持一致，無水頭損失，從而不會增加能耗。
2、無肥料損失本發(fā)明中肥料單獨(dú)注入管網(wǎng)系統(tǒng)，不和進(jìn)入泵體的工作水混合，因而無肥料損失。
3、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積小而輕便。由于肥料罐中的肥料是靠C腔的壓力變化而注入的，本身沒有壓力，因而肥料罐可以敞口，使加肥容易，使用方便。


圖1是本發(fā)明水力驅(qū)動活塞式施肥泵的縱向剖視示意2是圖1中外殼的縱向剖視3是圖1中驅(qū)動活塞的縱向剖視4是圖1中換向活塞套的縱向剖視5是圖1中換向活塞的縱向剖視6是本發(fā)明施肥泵的工作原理示意中，1.外殼 2.驅(qū)動活塞 3.后蓋 4.活動密封圈H 5.換向活塞套 6.換向活塞 7.換向活塞定位銷 8.工作水進(jìn)口 9.進(jìn)水孔I 10.出水孔O 11.棄水排出口P 12.進(jìn)排氣口 13.吸肥口 14.注肥口 15.大端 16.中端17.小端 18.大端密封圈槽 19.中端密封圈槽 20.小端密封圈槽 21.進(jìn)水流道 22.出水流道 23.棄水入口 24.封水臺 25.棄水流道 26.吸肥單向閥X 27.注肥單向閥Z 28.吸肥管道 29.注肥管道 30.A腔 31.B腔 32.C腔具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
圖1所示為本發(fā)明水力驅(qū)動活塞式施肥泵的一個實(shí)施例，該施肥泵的外殼1內(nèi)裝有驅(qū)動活塞2，圖1中驅(qū)動活塞2的直徑自左端向右端呈階梯式遞減，形成大端15、中端16及小端17。在外殼1與驅(qū)動活塞2的大端15至小端17之間設(shè)有A腔30、B腔31及C腔32三個腔室。在驅(qū)動活塞2大端15的腔體內(nèi)通過緊配合固定連接一換向活塞套5，該驅(qū)動活塞2與換向活塞套5之間不產(chǎn)生相對運(yùn)動。在換向活塞套5的腔體內(nèi)裝有一換向活塞6。在驅(qū)動活塞的大端15處所對應(yīng)的換向活塞6的活塞桿上裝有一活動密封圈H4，在換向活塞6的另一端裝有一換向活塞定位銷7，以防止換向活塞在移動時脫出。在驅(qū)動活塞大端15處所對應(yīng)的外殼1一端裝有后蓋3。在驅(qū)動活塞的大端15和換向活塞套5的同一位置及相對應(yīng)的外殼1表面均開有一徑向通孔，該通孔為工作水進(jìn)口8，來自灌溉管路中的工作水由該孔進(jìn)入外殼1及驅(qū)動活塞2與外殼1和后蓋3之間的A腔30內(nèi)。在驅(qū)動活塞3、換向活塞套5及換向活塞6上設(shè)有使驅(qū)動活塞2及換向活塞6往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)如圖1、圖3、圖4、圖5所示，為在換向活塞套5上設(shè)置兩組相對應(yīng)的流道，一組為將工作水引入A腔30的進(jìn)水流道21，另一組為從A腔30將棄水排出的出水流道22；在進(jìn)水流道21和出水流道22位于驅(qū)動活塞2大端靠近中端的一端分別開有進(jìn)水孔I9和出水孔O10，進(jìn)水孔I9和出水孔O10錯位設(shè)置，不在同一徑向平面上；在所述的換向活塞6上設(shè)有兩圈凸出于活塞桿的封水臺24，當(dāng)換向活塞6的封水臺24在換向活塞套5內(nèi)處于進(jìn)水孔I9位置處，使進(jìn)水孔I9關(guān)閉時，出水孔O10打開，反之亦然。
在驅(qū)動活塞2小端處所對應(yīng)的外殼1上，分別設(shè)有自肥料罐中吸肥的吸肥管道28及注肥進(jìn)入灌溉管路系統(tǒng)的注肥管道29。在注肥管道29中裝有注肥單向閥Z27，在吸肥管道中裝有吸肥單向閥X26。
在換向活塞6的內(nèi)腔設(shè)有棄水流道25，該棄水流道25的內(nèi)端開有棄水入口23，位于另一端的外端表面開有棄水排出口P11。
換向活塞6和換向活塞套5是本發(fā)明施肥泵的核心部件，驅(qū)動活塞2的運(yùn)動(包括運(yùn)動方向和行程等)完全由換向活塞6控制。本發(fā)明關(guān)于換向活塞6及換向活塞套5的設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)1.換向活塞套5安裝在驅(qū)動活塞2大端內(nèi)側(cè)，相互緊密結(jié)合，不產(chǎn)生相對運(yùn)動。換向活塞套5上設(shè)置兩組流道，分別把工作水流引入由外殼1和驅(qū)動活塞2圍成的A腔30，或從A腔30將棄水(工作結(jié)束的水)排出，即進(jìn)出A腔30的水流在各自的流道內(nèi)是單向流動的，進(jìn)水孔I9和出水孔O10也分別錯位設(shè)置；2.換向活塞6與換向活塞套5配合，保證進(jìn)水孔I9和出水孔O10在施肥泵驅(qū)動活塞2不運(yùn)行時或在驅(qū)動活塞2的某一行程內(nèi)，其中一個處于常閉狀態(tài)時，另一個處于常開的狀態(tài)；當(dāng)驅(qū)動活塞2在該行程即將結(jié)束時，換向活塞6與換向活塞套5產(chǎn)生相對運(yùn)動，使進(jìn)水孔I9和出水孔O10中原來關(guān)閉的開啟，原來開啟的關(guān)閉，驅(qū)動活塞2也隨之進(jìn)入另一行程。設(shè)計(jì)時，圖4中的進(jìn)水孔I9外側(cè)至出水孔O10外側(cè)的距離L1大于圖5中封水臺24的寬度L2，從而保證工作水或流入A腔30，或?qū)壦畯腁腔30排出，確保施肥泵不會無法啟動或中途停止運(yùn)行。
3.進(jìn)水孔I9和出水孔O10的關(guān)閉或開啟是被動的，其動作完全由驅(qū)動活塞2的運(yùn)動及活動密封圈H4共同作用發(fā)生，而進(jìn)水孔I9和出水孔O10的關(guān)閉或開啟則反過來控制驅(qū)動活塞2的運(yùn)動方向和行程。
驅(qū)動活塞2是吸肥、注肥的工作部件。如圖3所示，本發(fā)明中裝在驅(qū)動活塞大端的大端密封圈槽18中和裝在中端的中端密封圈槽19中的密封圈呈“[”字形，而且該兩個密封圈相對而置，裝在小端的小端密封圈槽20中的密封圈則設(shè)計(jì)成“工”字形，保證其在吸肥行程和注肥行程均能保持良好的密封，防止在吸肥行程時空氣由B腔31進(jìn)入C腔32，提高施肥泵的效率。
外殼1與驅(qū)動活塞2配合，圍成三個腔室，其中C腔32和A腔30為工作腔。本發(fā)明中，外殼1設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)1.如圖1、圖2所示，在B腔31和C腔32的交界處靠B腔31一側(cè)設(shè)立進(jìn)排氣孔12，保持B腔31內(nèi)空氣壓力與外界大氣壓力一致。B腔31是沒有液體交換的腔室，在吸肥行程和注肥行程，B腔31的容積變化較大，而又沒有像C腔32、A腔30那樣的進(jìn)出水口，如果不設(shè)進(jìn)排氣孔，在吸肥行程和注肥行程均會產(chǎn)生一個與驅(qū)動活塞2運(yùn)行方向相反的力，導(dǎo)致施肥泵效率下降。
2.如圖2所示，在外殼的C腔32末端連接一與C腔32貫通的短管，當(dāng)該短管的內(nèi)徑小于C腔內(nèi)徑時，短管與C腔為偏心設(shè)置，即短管中心線與C腔的中心線不同心，短管的上側(cè)與C腔上側(cè)處于同一水平線上；當(dāng)短管的內(nèi)徑與C腔內(nèi)徑相同時，該短管即為C腔的延伸。這樣做的目的是為了排盡C腔32內(nèi)的空氣，提高施肥泵的效率。
3.如圖2所示，在所述的短管上設(shè)有吸肥口13與注肥口14，其中吸肥口13垂直向下，注肥口14垂直向上；吸肥口13與吸肥管道28相連，注肥口14與注肥管道29相連，以有利于單向閥的啟閉和排除C腔內(nèi)的空氣。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了活動密封圈H4。施肥泵對各部件之間的同心度要求極高，活動密封圈H4的設(shè)置，降低了對各部件間相互的同心度要求，而又保證應(yīng)該密封的部位有良好的密封，可提高成品率，降低制造成本。
本發(fā)明施肥泵的工作原理和工作過程如圖6所示。在施肥泵運(yùn)行時，A腔30始終充滿工作水，C腔32始終充滿溶液肥料(工作水和溶液肥料的壓力在周期性變化)，B腔31則與周圍大氣接通，始終通過進(jìn)排氣口12保持與周圍大氣同樣的壓力。
本發(fā)明施肥泵的運(yùn)行分兩個行程，完成吸肥和注肥過程。
1.吸肥行程當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)中有壓水(或稱工作水或驅(qū)動水)輸入施肥泵時，若換向活塞6在換向活塞套5內(nèi)正好處于進(jìn)水孔I9關(guān)閉，出水孔O10打開的位置，則工作水流不能進(jìn)入A腔30，水壓力作用于驅(qū)動活塞2大端的右側(cè)和中端的左側(cè)，向左的水壓力大于向右的水壓力，故驅(qū)動活塞2向左運(yùn)動，同時A腔30內(nèi)的水在擠壓力的作用下，經(jīng)換向活塞套5上的出水流道22、出水孔O10，再經(jīng)換向活塞6排出；在驅(qū)動活塞2左移的過程中，注肥單向閥Z27關(guān)閉，C腔32產(chǎn)生負(fù)壓，吸肥單向閥X26開啟，肥料被吸入C腔32。吸肥行程終了前，換向活塞6與活動密封圈H4發(fā)生擠壓，與換向活塞套5產(chǎn)生相對運(yùn)動，進(jìn)水孔I9被打開，出水孔O10被關(guān)閉。
2.注肥行程進(jìn)水孔I9被打開后，工作水流經(jīng)換向活塞6、進(jìn)水孔I9及換向活塞套5上的進(jìn)水流道21流向A腔30，此時水壓力作用于驅(qū)動活塞2大端的兩側(cè)，由于其左側(cè)受水壓作用面積大于右側(cè)受水壓作用面積與驅(qū)動活塞小端受水壓作用面積之和，因此驅(qū)動活塞2右行。此時注肥單向閥Z27被打開，吸肥單向閥X26被關(guān)閉，C腔32內(nèi)的肥料被注入輸水管路。在注肥行程即將結(jié)束時，換向活塞6左端的棄水排出口P11逐漸進(jìn)入活動密封圈H4，換向活塞6內(nèi)的水不能順暢排出，產(chǎn)生一個向左的推力(而此時驅(qū)動活塞2仍在右行)，換向活塞6與換向活塞套5產(chǎn)生相對運(yùn)動，使進(jìn)水孔I9關(guān)閉，出水孔O10打開，施肥泵又進(jìn)入吸肥行程。如此循環(huán)，本發(fā)明施肥泵以步進(jìn)的形式將肥料源源不斷地從肥料罐注入管網(wǎng)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于它包括外殼、后蓋、驅(qū)動活塞、換向活塞套、換向活塞、活動密封圈及換向活塞定位銷，所述的驅(qū)動活塞安裝在外殼內(nèi)，該驅(qū)動活塞的一端向另一端呈徑向階梯式遞減，形成大端、中端及小端，在驅(qū)動活塞大端的腔體內(nèi)固定連接一換向活塞套，該驅(qū)動活塞與換向活塞套之間不產(chǎn)生相對運(yùn)動；在該換向活塞套的腔體內(nèi)裝有一換向活塞，在驅(qū)動活塞的大端處所對應(yīng)的換向活塞的活塞桿上裝有一活動密封圈H，在換向活塞的另一端裝有一換向活塞定位銷；在驅(qū)動活塞大端處所對應(yīng)的外殼一端裝有后蓋；在驅(qū)動活塞的大端和換向活塞套的同一位置及相對應(yīng)的外殼表面均開有一徑向通孔，該通孔為工作水進(jìn)口，來自灌溉管路中的工作水由該孔進(jìn)入外殼及驅(qū)動活塞與外殼和后蓋之間的腔體內(nèi)；在驅(qū)動活塞、換向活塞套及換向活塞上設(shè)有使驅(qū)動活塞及換向活塞往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)；在驅(qū)動活塞小端處所對應(yīng)的外殼上，分別設(shè)有自肥料罐中吸肥的吸肥管道及注肥進(jìn)入灌溉管路系統(tǒng)的注肥管道；在換向活塞外端的表面上開有棄水排出口P。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于所述的使驅(qū)動活塞及換向活塞往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)為在外殼與驅(qū)動活塞的大端至小端之間設(shè)有A、B、C三個腔室，在換向活塞套上設(shè)置兩組相對應(yīng)的流道，一組為將工作水引入A腔的進(jìn)水流道，另一組為從A腔將棄水排出的出水流道；在進(jìn)水流道和出水流道位于驅(qū)動活塞大端靠近中端的一端分別開有進(jìn)水孔I和出水孔O，進(jìn)水孔I和出水孔O錯位設(shè)置，不在同一徑向平面上；在所述的換向活塞上設(shè)有兩圈凸出于活塞桿的封水臺，當(dāng)換向活塞的封水臺在換向活塞套內(nèi)處于進(jìn)水孔I位置處，使進(jìn)水孔I關(guān)閉時，出水孔O打開，反之亦然。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于所述的進(jìn)水孔I外側(cè)至出水孔O外側(cè)的距離L1大于封水臺的寬度L2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于所述的驅(qū)動活塞大端和中端所裝有的密封圈呈“[”字形，而且這兩個密封圈相對而置；在小端所裝有的密封圈呈“工”字形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于在所述的B腔和C腔的交界處靠B腔一側(cè)的外殼上開有進(jìn)排氣孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于在外殼的C腔末端連接一與C腔貫通的短管，當(dāng)該短管的內(nèi)徑小于C腔內(nèi)徑時，短管與C腔為偏心設(shè)置，即短管中心線與C腔的中心線不同心，短管的上側(cè)與C腔上側(cè)處于同一水平線上；當(dāng)短管的內(nèi)徑與C腔內(nèi)徑相同時，該短管即為C腔的延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于在所述的短管上設(shè)有吸肥口與注肥口，其中一個垂直向下，另一個垂直向上；吸肥口與吸肥管道相連，注肥口與注肥管道相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力驅(qū)動活塞式施肥泵，其特征在于在所述的注肥管道中裝有單向閥Z，在所述的吸肥管道中裝有單向閥X。
全文摘要
一種水力驅(qū)動活塞式施肥泵，在其外殼內(nèi)裝有驅(qū)動活塞，驅(qū)動活塞內(nèi)腔固定一換向活塞套，在換向活塞套內(nèi)裝有換向活塞。換向活塞桿上裝有活動密封圈。本發(fā)明設(shè)有使驅(qū)動活塞和換向活塞往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)，以工作水為動力，通過外殼與驅(qū)動活塞之間形成的各腔體之間的壓力變化，推動驅(qū)動活塞和換向活塞作往復(fù)運(yùn)動，使吸肥管路和注肥管路交替打開，實(shí)現(xiàn)吸肥和注肥。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，無水頭損失，不增加能耗，并且無肥料損失。
文檔編號A01C23/04GK1545832SQ20031011689
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者徐茂云, 龔時宏, 楊繼富, 高本虎, 謝時友 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院, 寧海縣潤茵節(jié)水噴灌設(shè)備有限公司