一种用于农业喷灌的基于柔性支撑的音叉式谐振泵

技术领域

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种农业灌溉系统中用于流体输送的装置。

背景技术

压电泵是以压电振子作为驱动力源的流体输送装置，具有体积小、功耗低、成本低、无电磁干扰、流量可精确控制等优点，在生物医学、精量化学、微机电工程等领等有着广泛应用，但是压电泵在农业领域上的应用还较少。

传统农业对灌溉系统的改善与应用并不到位，造成了大量的水资源的浪费，以及灌溉成本的不断提高，不利于对水资源的节约以及农民的收成的提高。本发明提出了一种用于农业喷灌的基于柔性支撑的音叉式谐振泵，涉及一种农业灌溉系统中用于流体输送的装置，本发明将压电泵技术与传统农业灌溉方式结合，其中压电致动器并不直接作用于泵腔，谐振结构利用共振原理将压电致动器的位移放大后驱动泵腔隔膜。以此提高泵送效率，使本发明即使在流体高度差较大的情况下也能完成高效率泵送，利于农业喷洒。并且柔性支撑结构能够有效的保护泵腔，延长使用寿命，有效降低成本。

发明内容

本发明针对目前压电泵存在的问题，提出一种能够保护泵腔、输出流量高的压电泵。

本发明采用的技术方案是：一种用于农业喷灌的基于柔性支撑的音叉式谐振泵，由质量块(1)、音叉型振子(2)、传振杆(3)、圆头螺母(4)、方形传振弹片(5)、键零件(6)、压电振子(7)、出口(8)、伞形单向阀(9)、内固定块(10)、外固定块(11)、泵腔(12)、支撑片(13)、入口(14)、支撑杆(15)组成；

所述质量块(1)为可调节质量块，所述音叉型振子(2)设有键槽(2-1)用于安装键零件(6)、设有长槽(2-2)用于安装传振杆(3)，所述传振杆(3)开设螺纹用于安装圆头螺母(4)使传振杆(3)和音叉型振子(2)固定并且设有凹槽(3-1)用于安装方形传振弹片(5)，所述出口(8)开设出口阀端口(8-1)用于安装伞形单向阀(9)，所述外固定块(11)开设螺纹孔用于安装支撑杆(15)，所述支撑片(13)开设如(图3)示的中空设计(13-1)用于安装传振弹片(5)，所述入口(14)开设入口阀端口(14-1)用于安装伞形单向阀(9)。其中传振杆(3)设有螺纹穿过音叉型振子(2)通过圆头螺母(4)使其固定，压电振子(7)粘接于音叉振子(2)，质量块(1)固定于音叉振子(2)外侧，方形传振弹片(5)通过凹槽(3-1)安装于传振杆(3)上，方形传振弹片(5)通过粘接将四个角固定于支撑片(13)，内固定块(10)与泵腔(12)过盈配合于泵腔(12)外侧，泵腔(12)与外固定块(11)固定于外固定块(11)内侧，出口(8)与入口(14)与泵腔(12)进行配合，以此达到装配整个泵的目的；

作为上述技术方案的进一步改进，所述质量块(1)是为了控制压电振子的谐振频率而设置，通过改变质量块的尺寸与质量，可以调整谐振泵的性能。音叉振子选用音叉型结构，是因为音叉工作在谐振状态下，工作模态为反向工作模态；

作为上述技术方案的进一步改进，所述音叉型振子(2)开设键槽用于安装键零件(6)，由此可以调整传振杆(3)与压电振子(7)的距离，以此可达调整谐振泵性能；

作为上述技术方案的进一步改进，所述内固定块(10)、外固定块(11)、支撑片(13)、支撑杆(15)组成了对方形传振弹片的柔性支撑结构如(图3)示，其中支撑片(13)开设如(图3)所示的中空设计，将方形传振弹片(5)的四个角固定在振动器支架上，从而形成了对方形传振弹片(5)具有柔性支撑的结构。可以减少传振杆(3)的振动约束，并且在振动期间将变形集中在中空区域中。具有柔性支撑的基板可以改善压电振动机构的机械性能并保护泵腔(10)；

作为上述方案的进一步改进，本发明中压电致动器并不直接作用于泵腔，谐振结构利用共振原理将压电致动器的位移放大后驱动泵腔隔膜。以此提高泵送效率，使本发明即使在流体高度差较大的情况下也能完成高效率泵送，利于农业喷洒。并且柔性支撑结构能够有效的保护泵腔，延长使用寿命，有效降低成本。

本发明的有益效果是：

此发明将压电振动的谐振振动作用于柔性腔体，带动柔性腔体发生形变，使输出流量得到提升；

此发明的音叉型振子开设键槽用于安装键零件，由此可以调整传振杆与压电振子的距离，以此可达调整谐振泵性能；

此发明的柔性支撑结构将振动期间的形变集中在中空区域，并且可以改善压电振动机构的机械性能并且保护泵腔；

此发明中的压电致动器与泵腔隔膜分离，利用共振原理将压电致动器的位移放大后驱动泵腔隔膜。以此提高泵送效率，使本发明在流体高度差较大的情况下也能完成高效率泵送，并且柔性支撑结构能够有效的保护泵腔，延长使用寿命，有效降低成本。

附图说明

图1所示为本发明的整体爆炸示意图。

图2所示为本发明的整体斜二测示意图。

图3所示为本发明的柔性支撑结构的爆炸示意图。

图4所示为本发明的谐振结构的爆炸示意图。

图5所示为本发明泵送结构的剖面示意图。

图6所示为本发明的键槽结构的细节示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参阅图1～6，本发明实施例中，具体结构包括：

一种用于农业喷灌的基于柔性支撑的音叉式谐振泵，由质量块(1)、音叉型振子(2)、传振杆(3)、圆头螺母(4)、方形传振弹片(5)、键零件(6)、压电振子(7)、出口(8)、伞形单向阀(9)、内固定块(10)、外固定块(11)、泵腔(12)、支撑片(13)、入口(14)、支撑杆(15)组成；所述质量块(1)为可调节质量块，所述音叉型振子(2)设有键槽(2-1)用于安装键零件(6)、设有长槽(2-2)用于安装传振杆(3)，所述传振杆(3)开设螺纹用于安装圆头螺母(4)使传振杆(3)和音叉型振子(2)固定并且设有凹槽(3-1)用于安装方形传振弹片(5)，所述出口(8)开设出口阀端口(8-1)用于安装伞形单向阀(9)，所述外固定块(11)开设螺纹孔用于安装支撑杆(15)，所述支撑片(13)开设如(图3)示的中空设计(13-1)用于安装传振弹片(5)，所述入口(14)开设入口阀端口(14-1)用于安装伞形单向阀(9)。其中传振杆(3)设有螺纹穿过音叉型振子(2)通过圆头螺母(4)使其固定，压电振子(7)粘接于音叉振子(2)，质量块(1)固定于音叉振子(2)外侧，方形传振弹片(5)通过凹槽(3-1)安装于传振杆(3)上，方形传振弹片(5)通过粘接将四个角固定于支撑片(13)，内固定块(10)与泵腔(12)过盈配合于泵腔(12)外侧，泵腔(12)与外固定块(11)固定于外固定块(11)内侧，出口(8)与入口(14)与泵腔(12)进行配合，以此达到装配整个泵的目的；

作为上述技术方案的进一步改进，所述质量块(1)是为了控制压电振子的谐振频率而设置，通过改变质量块的尺寸与质量，可以调整谐振泵的性能。音叉振子选用音叉型结构，是因为音叉工作在谐振状态下，工作模态为反向工作模态；

作为上述技术方案的进一步改进，所述音叉型振子(2)开设键槽用于安装键零件(6)，由此可以调整传振杆(3)与压电振子(7)的距离，以此可达调整谐振泵性能；

作为上述技术方案的进一步改进，所述内固定块(10)、外固定块(11)、支撑片(13)、支撑杆(15)组成了对方形传振弹片的柔性支撑结构如(图3)示，其中支撑片(13)开设如(图3)所示的中空设计，将方形传振弹片(5)的四个角固定在振动器支架上，从而形成了对方形传振弹片(5)具有柔性支撑的结构。可以减少传振杆(3)的振动约束，并且在振动期间将变形集中在中空区域中。具有柔性支撑的基板可以改善压电振动机构的机械性能并保护泵腔(10)；

作为上述方案的进一步改进，本发明中压电致动器并不直接作用于泵腔，谐振结构利用共振原理将压电致动器的位移放大后驱动泵腔隔膜。以此提高泵送效率，使本发明即使在流体高度差较大的情况下也能完成高效率泵送，利于农业喷洒。并且柔性支撑结构能够有效的保护泵腔，延长使用寿命，有效降低成本。

本发明的工作过程分为第一工作过程和第二工作过程：

第一工作过程：施加交流电信号与压电振子(7)，压电振子(7)带动音叉型振子(2)的振动梁与传振杆(3)、方形传振弹片(5)形成谐振振动作用于泵腔(10)上，在泵腔(10)径向，向背离腔体的方向移动，腔体的体积增大，在泵腔内形成负压，入口(14)处的流体顺入口阀端口(14-1)处的伞形单向阀(9)方向充入泵腔，出口(8)处的出口阀端口(8-1)处的伞形单向阀(9)关闭，流体流入装置；

第二工作过程：施加交流电信号与压电振子(7)，压电振子(7)带动音叉型振子(2)的振动梁与传振杆(3)、方形传振弹片(5)形成谐振振动作用于泵腔(10)上，在泵腔(10)径向，向腔体的方向移动，腔体的体积减小，在泵腔内形成正压，出口(8)处的流体顺出口阀端口(8-1)处的伞形单向阀(9)方向流出泵腔，入口(14)处的出口阀端口(14-1)处的伞形单向阀(9)关闭，流体流出装置。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。