CN103929946A

CN103929946A - 可变速灌溉***

Info

Publication number: CN103929946A
Application number: CN201280041872.1A
Authority: CN
Inventors: C·S·马尔萨姆
Original assignee: VALMENT INDUSTRY Inc
Current assignee: VALMENT INDUSTRY Inc; Valmont Industries Inc
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-07-14
Publication date: 2014-07-16
Also published as: MX2014000550A; RU2014103532A; NZ619954A; CA2841944C; AU2012283790A1; EP2731417A2; MX355987B; US20150102136A1; EP2731417A4; US20130018553A1; WO2013010152A2; ZA201401077B; US8948979B2; NZ718469A; CA2841944A1; WO2013010152A3; BR112014000903A2; RU2615573C2

Abstract

公开了一种灌溉***，其配置成保持近乎笔直的对准。在一个实施方式中，灌溉***包括由多个塔架结构支撑的多个互连的跨接部分。每个塔架结构包括用于以选定的速度选择性地驱动塔架结构的可变速驱动单元。灌溉***还包括多个传感器，每个传感器与相应的跨接部分相关联以确定相应跨接部分相对于相邻跨接部分的对准。每个传感器与相应的可变驱动控制单元通信。每个可变驱动控制单元配置成控制相应的可变速驱动单元的选定速度，以便沿着大致纵向取向轴线保持互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向（例如，保持跨接部分相对于彼此对准）。

Description

可变速灌溉***

背景技术

在过去的一个世纪里现代农业已日益有效，且该趋势必须继续下去以便给增加的世界人口提供足够的食品供应。农业生产中的显著进步是引进了机械化的灌溉***，诸如中心枢转灌溉***和直线移动灌溉***。这些灌溉***能够灌溉整块田地，并降低极端气候条件对作物产量的影响。监测和控制施加到农业田地的水和/或营养物（施加物）量的能力已增加了世界上的可耕作耕地量，并增加有利作物产量的可能性。这些灌溉***通常包括控制装置，所述控制装置配置成提供允许操作者监测和控制灌溉***一项或多项功能或操作的用户界面。

发明内容

公开了一种灌溉***，其配置成保持近乎笔直（例如至少零度（0°））的对准。在一个实施方式中，灌溉***包括由多个塔架结构支撑的多个互连的跨接部分。每个塔架结构包括可变速驱动单元，用于以选定的速度选择性地驱动塔架结构。在一个具体的实施方式中，可变速驱动单元可为开关磁阻电动机。灌溉***还包括多个传感器，每个传感器与相应的跨接部分相关联以确定相应跨接部分相对于相邻跨接部分的对准。每个传感器与相应的可变驱动控制单元通信。每个可变驱动控制单元配置成控制相应的可变速驱动单元的选定速度，以便沿着大致纵向取向轴线保持互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向（例如，保持跨接部分相对于彼此对准）。在一个具体的实施方式中，所述可变驱动控制单元可与相应的传感器直接通信。

专门提供该发明内容部分来提出在具体实施方式和附图中充分说明的主题。因此，该发明内容部分既不应被视为描述必要特征，也不应被视为用于确定权利要求的范围。

附图说明

参照附图来描述具体实施方式部分。在附图中，附图标记最左边的***数字标识该附图标记在其中首次出现的附图。在说明书和附图中的不同情况下使用相同的附图标记可指代相似或相同的物件。

图1A是根据本公开示例性实施方式的灌溉***的立体透视示意图。

图1B是示出根据本公开示例性实施方式的图1中所示灌溉***的控制装置的框图。

图1C是示出传感器与可变驱动控制单元进行电子通信的框图，其中所述可变控制装置配置成基于如由传感器所确定的相应相邻跨接部分的对准来控制可变驱动单元的选定速度。

图1D是示出配置成控制可变驱动单元的可变驱动控制单元示例性实施方式的框图，其中所述可变驱动控制单元包括处理器、存储器以及配置成与传感器和可变驱动单元进行通信的通信模块。

具体实施方式

综述

大多数灌溉***（诸如中心枢转灌溉***）包括驱动单元（电动机），所述驱动单元位于驱动塔架上来驱动灌溉***。许多这些灌溉***由于它们的相对简单性和鲁棒性（健壮性）而依赖于固定频率的电动机。然而，这类***可仅仅通过交替地启动和停止驱动器来调节各跨接部分的相对对准。这导致驱动塔架达到完全停止，接着要求用于再次启动塔架的较大功率脉冲。启动和停止会将不合适的应力施加到灌溉***的各个组件上，上述可加速磨损并增加维护成本。不规则的运动也可导致将灌溉水和/或化学品非均匀地施加到田地。这将导致水和化学品两者的浪费。不规则的运动也会在机器末端位置的对准或确定中造成误差。这会在基于位置的操作中导致误差。

因此，公开了一种灌溉***，其配置成保持近乎笔直（例如至少零度（0°））的对准。在一个实施方式中，灌溉***包括由多个塔架结构支撑的多个互连的跨接部分。每个塔架结构包括用于以选定的速度选择性地驱动塔架结构的可变速驱动单元。灌溉***还包括多个传感器，每个传感器与相应的跨接部分相关联以确定相应跨接部分相对于相邻跨接部分的对准。每个传感器与相应的可变驱动控制单元通信。每个可变驱动控制单元配置成控制相应的可变速驱动单元的选定速度，以便沿着大致纵向取向轴线保持互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向（例如，保持跨接部分相对于彼此对准）。

示例性实施方式

图1A示出根据本公开示例性实施方式的自驱动（例如机械化的）灌溉***（组合件）100。自驱动灌溉***的实例包括中心枢转灌溉***、直线移动灌溉***等。图1A示出本公开的实施方式，其中灌溉***100是中心枢转灌溉***。然而，可预期的是本公开可以其它的自驱动灌溉***（例如，直线移动灌溉***）来实施。如图所示，***100包括中心枢转结构102，耦联（例如连接）到中心枢转结构102的主要部段组合件104（灌溉部段组合件）。中心枢转结构102通到水井、水储存器（例如水箱）、或其它流体源，以将水供应给灌溉***100。例如，水井可位于中心枢转结构102的下方。在另一情况下，水井可紧密靠近耕地范围（例如田地）。流体源可联接到农产品的存储器或其它源以便将肥料、杀虫剂、和/或其它化学品注入到流体内以便在灌溉过程中形成适于应用的应用物。因此，应用物可以是水、肥料、除草剂、杀虫剂、它们的组合等。灌溉***100可联接到配置成给整个灌溉***100供应应用物的流体转移装置（例如泵组合件）。例如，该流体转移装置可协助将流体从流体源（例如，水井，水储存器等）转移到本文中所述的灌溉***管道部分。中心枢转结构102可以是固定的或可以是可拖曳的，这样操作者可将灌溉***100从一块田地移动到另一块田地。在一个实施方式中，中心枢转结构102可包括框架组合件（例如，镀锌钢框架组合件等）。

主要部段组合件104包括由一个或多个塔架结构110、111（中间塔架结构）和末端塔架结构112支撑的多个互连的跨接部分106、108、109（例如灌溉跨接部分）。塔架结构110、111、112可为本领域内公知的任何塔架结构，以充分支撑本文中所述的管道（例如，水管部段）。应当理解的是主要部段组合件104可包括任意数量的跨接部分和塔架结构。

塔架结构110、111和末端塔架结构112的每一个包括轮114、116，以协助灌溉***100经过耕种区域（例如田地）（例如，允许主要部段组合件104枢转过耕种区域）。在一个实施方式中，轮114、116可由合适的可变驱动单元118（例如，驱动电机）等驱动，以协助***100经过指定区域。例如，每个塔架结构110可包括驱动单元118，用于将相应的塔架结构110、111、112（和灌溉***100）驱动通过耕种区域。在一个或多个实施方式中，驱动单元118包括可变速电动机，所述可变速电动机配置成以选定的速度选择性地驱动塔架结构。例如，驱动单元118可包括电开关磁阻电动机，所述电开关磁阻电动机配置成在向前的方向或相反方向上驱动灌溉***100。典型地，通过在每个驱动单元跨接部分接头处的合适机械联动装置保持灌溉***100的每个跨接部分106、108、109之间的对准（例如，机器对准）。驱动单元跨接部分接头配置成电位器或其它传感器，用于加速或减速相应驱动单元118（开关磁阻电动机，在下面对其进行更详细地描述），以便至少基本上保持相应的跨接部分106、108、109与另一灌溉跨接部分对准。对准可限定为每个跨接部分106、108、109与一个或多个相邻跨接部分沿着大致直线的纵向轴线（例如相对于大致水平的表面例如地面限定的）对准。

如图1A中所示，每个跨接部分106、108包括管道120、121、122（例如导管），所述管道配置成沿着***100的长度将液体（例如应用物）运载（例如，运输，提供等等）到配置成灌溉耕种区域的一个或多个应用物分散组合件。每个管道120、121、122可联接到彼此以便允许每个管道之间的流体连通。在一个实施方式中，管道120、121、122可由桁架式框架结构124、125、126支撑。因此，主要流体转移装置可配置成通过管道120、121、122转移应用物。如图1A中所示，灌溉***100还包括从末端塔架结构112向外延伸的悬臂式吊杆（boom）结构128。在一个或多个实施方式中，所述悬臂式吊杆128包括端枪129（例如，端枪129安装到悬臂式吊杆128上）。端枪129可为合适的压力喷雾器，其配置成在田地的拐角或其它指定区域处激活，以便增加可灌溉的土地量。

如图1A和1B中所示，灌溉***100包括控制装置130（例如，控制面板），所述控制装置与***100的一个或多个组件进行电子通信。例如，控制装置130可与安装在一个或多个塔架结构110、111、112处的一个或多个塔箱以及用于确定灌溉***大致位置（例如确定末端塔架结构112在耕种区域内相对于中心枢转结构102的大致位置）的位置传感器132进行电子通信。在一个实施方式中，位置传感器132可以是安装到末端塔架结构112的GPS传感器（例如，GPS接收器）等，所述GPS传感器配置成将表示末端塔架结构位置的信号发送到控制装置130。如本文中所述的那样，控制装置130配置成确定主要部段组合件104相对于所述中心枢转结构102的径向位置。在另一个实施方式中，位置传感器132可为角度传感器133，所述角度传感器配置成便于确定主要部段组合件104的旋转位置。角度传感器133可安装到中心枢转结构102上以协助确定主要部段组合件104的旋转位置。

在一个实施方式中，控制装置130安装到中心枢转结构102、控制车、或塔架结构110、111、112。控制装置130大体上位于灌溉***100的结构元件上，在所述结构元件处应用物/水被引入到灌溉***内；但是，在本领域内公知的其它构造也在本公开的范围内。

控制装置130配置成监测操作条件且配置成控制灌溉***100的各项功能。在某些实施方式中，控制装置130主动地监测灌溉***100的功能和性能，包括但不限于：一个或多个管道部段120、121、122或塔架结构110、111、112的位置（例如，主要部段组合件104的位置），灌溉***100是否被打开或关闭，与灌溉***100相关联的电压参数，与灌溉***100相关联的电动机速度参数，与灌溉***100相关联的近似地面速度参数，与灌溉***100相关联的方向参数，与灌溉***100相关联的诊断参数，应用物是否被供应到灌溉***100（例如，流体转移装置是否处于操作状态），槽中止动部（SIS）的电源是否接通或关闭，与灌溉***100相关联的应用压力，时间参数，日期参数，灌溉***组件的田地位置参数，端枪状态，以及程序（例如，软件程序等）是否正常运行。控制装置130还控制灌溉***100的功能和设置，包括但不限于：启动和停止，选择性地给主要流体转移装置供电，应用物的应用深度参数，与灌溉***100相关联的行进方向，选择性地给SIS供电，自动地将灌溉***100反向或停止，自动地重新启动灌溉***100，将操作者的辅助控制提供给***100，编写和编辑灌溉程序（例如，灌溉软件程序），以及控制部段和顺序程序（例如，软件程序）。在另一个实施方式中，如果在灌溉***100操作中存在任何错误或者如果由所述控制装置130监测的任何功能或条件已经有所折衷（例如，停止操作或已超出可接受的范围），则控制装置130可导致给操作者发出警报。

控制装置130可容纳于防风雨箱内，且如图1B中所示那样，至少包括用于存储一个或多个软件程序（例如，软件模块）的存储器134，可通信地耦联到存储器134的处理器136，用户界面138（例如，图形用户界面等），以及通信模块140（例如，发射器，接收器，收发器等）。存储器134是提供存储功能的有形计算机可读介质的实例，其用于存储与所述控制装置130的操作相关联的各种数据（诸如本文中所提及的软件程序/模块和代码段），或用于指令处理器136以便执行本文所述步骤的其它数据。

如上所述，灌溉***可包括安装到每个塔架结构110、111、112的多个驱动单元118。如图1C中所示，每个驱动单元118可包括开关磁阻电动机（SRM）142。开关磁阻电动机142是配置成利用磁阻转矩操作的电动机。使用开关磁阻电动机142允许连续调节速度（相比于不使用开关磁阻配置的电动机），这允许对跨接部分106、108、109的动态（“实时”）对准调节。此外，该开关磁阻电动机142允许中心枢转灌溉***持续运动（相比于不具有开关磁阻电动机的中心枢转灌溉***），这可允许水和/或化学品更均匀地施用同时减少浪费。

如图1C中所示，可变驱动单元118均可包括可变驱动控制单元143。如图1D中所示，可变驱动控制单元143包括处理器202，所述处理器配置成给可变驱动控制单元143提供处理功能。因此，处理器202可执行本文所述的一个或多个软件程序和/或指令。可变驱动控制单元143还包括存储器204，所述存储器是提供存储功能的有形计算机可读介质的实例，其用于存储与所述可变驱动控制单元143的操作相关联的各种数据（诸如本文中所提及的软件程序/模块和代码段），或用于指令处理器202以便执行本文所述步骤的其它数据。在一个实施方式中，所述可变驱动控制单元143与相应的传感器144（例如，经由有线连接）直接连接。在该实施方式中，可变控制单元143也直接连接（例如，经由有线连接）到相应的开关磁阻电动机142。在另一个实施方式中，所述可变驱动控制单元143可包括通信模块206，所述通信模块配置成通过通信网络（例如，无线网络，有线网络等）与其它组件（例如，开关磁阻电动机142，传感器144）进行通信。例如，通信模块206可直接耦联（例如，通过一个或多个导线等）连接到相应的可变驱动单元118，以及相应的传感器144。通信模块206可代表各种通信组件和功能，包括但不限于：一个或多个天线，发射器和/或接收器，收发器等。虽然图1D示出可变驱动控制单元143与可变驱动单元118集成到一起（例如，安置于可变驱动单元118内），但是可以理解的是可变驱动控制单元143可为独立的单元。

如图1C中所示，每个传感器144与相应的可变驱动控制单元143进行通信。在一个具体的实施方式中，传感器与相应的可变驱动控制单元143直接进行电子通信。之前，灌溉***可采用杆-开关致动器。这些致动器可由传感器144替代，所述传感器144配置成监测（例如确定）灌溉***100的跨接部分到跨接部分的对准。例如，传感器144配置成确定相应的跨接部分之间的角度。在一个或多个实施方式中，传感器144可以是电位计，受控对准传感器，基于激光的对准传感器，非接触式接近传感器，或其它装置，所述其它装置能够量化地测量跨接部分的对准（例如，确定相应跨接部分之间的角度值）而不是仅仅确定相应的跨接部分106、108、109是否超出预先设定的对准最大值。如上所述，传感器144（电位计，受控对准传感器，基于激光的对准传感器和/或非接触式接近传感器）与可变驱动控制单元143进行电子通信。可变驱动控制单元143响应地配置成供应（例如，提供、产生、传送）一个或多个驱动单元信号来控制开关磁阻电动机142。例如，可变驱动控制单元143的处理器202配置成将由传感器144所供应的角度信息转换成用于控制开关磁阻电动机142的速度信息（例如，控制相应跨接部分106、108、109的速度）。因此，可变驱动控制单元143可供应配置成导致所指定的驱动单元118改变单元118（例如开关磁阻电动机142）速度（例如，增加速度，降低速度）的一个或多个驱动单元信号，这导致相应的跨接部分106、108、109改变速度。在一个实施方式中，控制装置130可配置成在灌溉***100的操作过程中与每个可变驱动控制单元进行通信。例如，可变驱动控制单元143可配置成将关于可变驱动单元118的诊断和/或性能信息提供给控制装置130。

在一个实施方式中，传感器144配置成持续监测（确定）相应跨接部分106、108、109的对准值（例如角度）。可变驱动控制单元143又配置成提供驱动单元信号，所述驱动单元信号配置成使得相应的驱动单元118连续地改变驱动单元118的速度（例如，改变开关磁阻电动机142的速度）以便将相应未对准的跨接部分106、108、109重新对准。因此，可变驱动控制单元143配置成基于该传感器144的信号连续地提供信号，以便通过开关磁阻电动机142导致相应跨接部分之间至少基本上接近完全对准（例如，接近水平对准）。例如，驱动单元118的速度可基于从零度的偏差（跨接部分到跨接部分的0度对准）来改变（经由一个或多个驱动单元信号）。在一个或多个实施方式中，灌溉***100（例如，传感器144，可变驱动控制单元143等）可利用一项或多项电动机控制技术来调节驱动单元118的速度和/或测量特定跨接部分的对准。例如，灌溉***100可利用比例-积分-微分控制算法等以便对特定驱动单元118的速度进行微调。当传感器144确定某个特定的跨接部分未对准时，可变驱动控制单元143配置成连续地给驱动单元118提供一个或多个驱动单元信号。

因此，在操作过程中，配置成调节特定驱动单元118的设定速度的驱动单元（控制）信号提供给特定的驱动单元118，这导致驱动单元的速度调节。如上所述，驱动单元的信号可基于电位计信号、受控对准传感器的信号、基于激光对准传感器的信号、非接触式接近传感器的信号，和/或有利于确定适于特定驱动单元的一新设定速度的其它参数。如上所述，可变驱动控制单元143包括处理器202，所述处理器配置成接收和利用来自塔架结构110、111、112的数据（信息）以便确定适于特定驱动单元118的设定速度。在一个实施方式中，处理器202可包括微控制器，所述微控制器包括用于控制可变驱动单元118和/或开关磁阻电动机142的专用逻辑（例如电路）。例如，可变驱动控制单元143可通过传感器144等与每个塔架结构110、111、112进行通信。如上所述，这可允许对灌溉***100的更细微的速度控制和动态对准校正。

结论

虽然以特定于结构特征和/或过程操作的语言对该主题进行了描述，但是应当理解的是，在所附权利要求中限定的主题没有必要限定于上述的具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作作为实现权利要求的示例性形式来公开。

Claims

1.一种灌溉***，其包括：

多个互连的跨接部分；

用于支撑互连的跨接部分的多个塔架结构，多个塔架结构的每一个包括可变速驱动单元，用于以选定的速度选择性地驱动塔架结构；

多个传感器，多个传感器的每一个与多个互连的跨接部分的相应一个相关联且配置成确定多个互连的跨接部分的相应一个的对准；以及

多个可变驱动控制单元，多个驱动控制单元的每一个可变驱动控制单元与相应的可变速驱动单元和相应的传感器通信，每个可变驱动控制单元配置成控制相应可变速驱动单元的选定速度以便沿着大致纵向取向轴线保持多个互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向；

其特征在于，相应可变驱动控制单元的选定速度是基于所述对准的。

2.根据权利要求1所述的灌溉***，其特征在于，至少一个传感器配置成确定所述多个互连的跨接部分的第一相应互连的跨接部分和多个互连的跨接部分的第二相应互连的跨接部分之间的角度；其中相应的可变驱动控制单元配置成确定选定速度以便沿着大致纵向取向轴线保持多个互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向，所述选定速度是基于所述角度的。

3.根据权利要求1所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器中的每个传感器与所述多个可变驱动控制单元中的相应的可变驱动控制单元直接通信。

4.根据权利要求1所述的灌溉***，其特征在于，所述可变速驱动单元包括开关磁阻电动机。

5.根据权利要求1所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器包括电位器、受控的对准传感器、基于激光的对准传感器、或者非接触式接近传感器中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器中的至少一个传感器配置成向相应的可变驱动控制单元连续地提供信号，其中所述可变驱动控制单元配置成向相应的互连的跨接部分的可变驱动单元连续地提供信号，以便连续地改变相应塔架结构的速度，从而将相应的塔架结构与相邻的塔架结构重新对准。

7.一种灌溉***，其包括：

中心枢转结构；

联接到所述中心枢转结构的主要部段组合件，所述主要部段组合件包括多个互连的跨接部分；

用于支撑互连的跨接部分的多个塔架结构，所述多个塔架结构中的每一个包括可变速驱动单元，用于以选定的速度选择性地驱动塔架结构；

多个传感器，多个传感器的每一个与多个互连的跨接部分的相应一个相关联且配置成确定多个互连的跨接部分的相应一个的对准；

8.根据权利要求7所述的灌溉***，其特征在于，至少一个传感器配置成确定所述多个互连的跨接部分的第一相应互连的跨接部分和多个互连的跨接部分的第二相应互连的跨接部分之间的角度；其中相应的可变驱动控制单元配置成确定选定速度以便沿着大致纵向取向轴线保持多个互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向，所述选定速度是基于所述角度的。

9.根据权利要求7所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器中的每个传感器与所述多个可变驱动控制单元中的相应的可变驱动控制单元直接通信。

10.根据权利要求7所述的灌溉***，其特征在于，所述可变速驱动单元包括开关磁阻电动机。

11.根据权利要求7所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器包括电位器、受控的对准传感器、基于激光的对准传感器、或者非接触式接近传感器中的至少一个。

12.根据权利要求7所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器中的至少一个传感器配置成向相应的可变驱动控制单元连续地提供信号，其中所述可变驱动控制单元配置成向相应的互连的跨接部分的可变驱动单元连续地提供信号，以便连续地改变相应塔架结构的速度，从而将相应的塔架结构与相邻的塔架结构重新对准。

13.一种灌溉***，其包括：

中心枢转结构；

用于支撑互连的跨接部分的多个塔架结构，所述多个塔架结构中的每一个包括开关磁阻电动机，用于以选定的速度选择性地驱动塔架结构；

多个可变驱动控制单元，多个驱动控制单元的每一个可变驱动控制单元与相应的可变速驱动单元和相应的传感器通信，每个可变驱动控制单元配置成控制相应开关磁阻电动机的选定速度以便沿着大致纵向取向轴线保持多个互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向；

14.根据权利要求13所述的灌溉***，其特征在于，至少一个传感器配置成确定所述多个互连的跨接部分的第一相应互连的跨接部分和多个互连的跨接部分的第二相应互连的跨接部分之间的角度；其中相应的可变驱动控制单元配置成确定选定速度以便沿着大致纵向取向轴线保持多个互连的跨接部分相对于多个互连的跨接部分的相邻跨接部分处于基本直线取向，所述选定速度是基于所述角度的。

15.根据权利要求13所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器中的每个传感器与所述多个可变驱动控制单元中的相应的可变驱动控制单元直接通信。

16.根据权利要求13所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器包括电位器、受控的对准传感器、基于激光的对准传感器、或者非接触式接近传感器中的至少一个。

17.根据权利要求15所述的灌溉***，其特征在于，所述多个传感器中的至少一个传感器配置成向相应的可变驱动控制单元连续地提供信号，其中所述可变驱动控制单元配置成向相应的互连的跨接部分的可变驱动单元连续地提供信号，以便连续地改变相应塔架结构的速度，从而将相应的塔架结构与相邻的塔架结构重新对准。