一种多能源补给水力驱动除粪装置和方法

摘要

本发明公开一种多能源补给水力驱动除粪装置和方法，包括厂房，其特征在于：在厂房房顶安装有太阳能板，在厂房侧面安装有水塔，水塔的前方安装有蓄水池，在与安装有水塔的侧面相邻的侧面安装有水箱，粪斗，滑轮组以及轨道，水塔与蓄水池通过水管相连接，水箱与蓄水池通过水管相连接。本发明合理利用太阳能与压电能，并结合水力驱动，致力于工厂化粪便处理的集中高效、节能环保，提高了生产效率，增加了经济收益。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体为一种多能源补给水力驱动除粪装置和方法。

背景技术

随着社会的进步与发展，我国的动物养殖逐渐从过去落后的家庭养殖转变为现代化工厂大规模集中养殖。工厂化养殖集中高效，生产品质高，但是工厂化养殖的成本以及能源消耗同样很高，除去厂房建设、饲料供养等必要经费，牲畜的粪便处理也是一大难题。传统的人工清粪劳动工作量大，生产效率低，容易造成人力物力的浪费。现有的养殖场除粪机大多需要电机带动链轮转动牵引刮粪板运行完成清粪工作，需要投入的资金较多。

发明内容

为了克服现有技术中生产效率低、浪费人力物力、投入资金较多的问题，本发明提供一种多能源补给水力驱动除粪装置，该装置合理利用太阳能与压电能，并结合水力驱动，致力于工厂化粪便处理的集中高效、节能环保，提高了生产效率，增加了经济收益。本系统将太阳能与压电能相结合，将太阳能电池板吸收的太阳能与牲畜在踏板上行走的机械能转化为电能，经整流稳压电路收集进蓄电池中，为除粪机的工作提供电能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多能源补给水力驱动除粪装置，包括厂房，蓄电池，其特征在于：

在厂房房顶安装有太阳能板，在厂房侧面安装有水塔，水塔的前方安装有蓄水池，在与安装有水塔的厂房侧面相邻的侧面安装有提粪机，提粪机包括水箱，粪斗，滑轮组，供粪斗滑动的轨道棒以及在多个厂房前供提粪机移动的轨道，水塔与蓄水池通过水管相连接，水箱与蓄水池通过水管相连接；

厂房内地表设置有漏缝板，所述漏缝板表面设置有压电陶瓷，所述压电陶瓷将畜禽踩踏的压力转换为电能，并收集于蓄电池中，在漏缝板的下表面与漏缝板垂直方向安装有弹簧，所述弹簧下安装有钢柱，所述钢柱下面放置稳定钢板；

所述钢柱内安装有发电装置，所述发电装置包括传动轴，单向齿轮，双向齿轮，环形磁铁，所述双向齿轮包括第一内齿和外齿，所述传动轴的上端穿过所述弹簧与所述漏缝板的四个角的下端连接，所述传动轴的下端与所述第一内齿相嵌接，所述双向齿轮的外齿与所述单向齿轮的第二内齿相嵌接，所述单向齿轮置于所述环形磁铁中，与环形磁铁转动做切割磁感线运动，产生电能，将产生的电量通过电线传输到蓄电池中。

优选地，所述水塔安装的位置高于蓄水池。

优选地，所述粪斗为簸箕式粪斗。

优选地，所述粪斗可以翻转。

优选地，所述漏缝板上设置防水管。

还提供一种多能源补给水力驱动除粪方法，包括以下步骤：

1)提供一种上述多能源补给水力驱动除粪装置；

2)厂房内经刮粪板将粪刮到出粪口处的簸箕式粪斗中；

3)按下送电开关的按钮，水管上的电磁阀打开，水塔里的水在重力作用下流到水箱中，当水箱与水的总重超过粪斗与粪总重的预定倍数时，水箱向下运动，同时带动粪斗沿提粪机自身的轨道棒向上提升，当水箱下降到一定位置时，触动断电开关，电磁阀关闭，水管停止放水，水箱依靠重力直线下降，同时粪斗因绳索动力而沿提粪机自身轨道棒平稳上升；

4)粪斗到达轨道棒端部平台后，在绳索牵引下翻转，粪便滑落到收集粪便的小车中，水箱下降到预定地点，水箱内的水通过单向阀流入蓄水池，水箱因重量减轻上升，粪斗在自重作用下回落到原点，完成一次清粪；

5)利用太阳能板将太阳能转换为电能储存到蓄电池中；

6)利用所述漏缝板表面的压电陶瓷，将畜禽踩踏的压力转换为电能，并收集于蓄电池中；

7)当所述漏缝板受到畜禽的踩踏时，产生纵向的位移，通过所述弹簧使所述传动轴纵向移动，带动所述双向齿轮的第一内齿与单向齿轮转动，带动所述环形磁铁做高速旋转产生电能，产生的电量通过电线传输到蓄电池中；

优选地，所述蓄电池包括电源存储模块和电压转化模块。

优选地，所述蓄电池可以为厂房照明供电。

优选地，还包括水泵系统，所述水泵系统将蓄水池中的水提升至水塔，所述蓄电池为水泵供电。

优选地，所述双向齿轮的下方安装有反向发电装置，当所述漏缝板受到压力的作用导致所述传动轴向下压时，上方的发电装置进行发电，当所述漏缝板上移时，下方的发电装置进行发电，产生的电量通过电线传输到蓄电池中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，本发明能够很好的利用太阳能以及动物运动时产生的压力，为养殖场照明，铲粪，提粪提供电能输出，不需要或少需要养殖场购买电能，真正实现无论天气和动物的活动情况存在何种差异，发电装置均能输出稳定的电压值；蓄电装置输出的电能能够满足其他所有功能模块的需要，减少能源的耗散，提高了生产水平。本发明将太阳能与压电能转化为电能存储并应用，并确保整个装置在各种情况下都可以正常工作，完成工厂基本用电、刮粪板机械作业以及水的循环利用，有效解决可能出现的能源短缺问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明示意图；

图2为厂房地表结构示意图；

图3为发电装置的结构示意图；

图4为电源存储模块的电路原理图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，在厂房房顶安装有太阳能板1，在厂房侧面安装有水塔2，水塔2的前方安装有蓄水池3，在与安装有水塔2的厂房侧面相邻的侧面安装有提粪机，提粪机包括水箱6，粪斗4，滑轮组5，供粪斗4滑动的轨道棒以及在多个厂房前供提粪机移动的轨道7，水塔2与蓄水池3通过水管相连接，水箱6与蓄水池3通过水管相连接，水塔2安装的位置高于蓄水池3，粪斗4为簸箕式粪斗，粪斗4可以翻转，轨道7在多个厂房前连续设置。

具体地，厂房内经刮粪板将粪刮到出粪口处的簸箕式粪斗4中，厂房内设置送电开关和断电开关的按钮，按下送电开关的按钮，水管上的电磁阀打开，水塔2里的水在重力作用下流到水箱6中，当水箱与水的总重超过运粪斗4与粪总重的两倍时，水箱6向下运动，同时带动粪斗4沿提粪机的轨道棒向上提升。当水箱6下降到一定的位置时，触动断电开关，电磁阀关闭，水管停止放水，水箱6依靠重力直线下降，同时粪斗4因绳索动力而沿自己的轨道棒平稳上升。粪斗4到达轨道端部平台后，在绳索牵引下翻转，粪便滑落到收集粪便的小车中。此时，水箱6下降到预定地点，水箱内的水通过单向阀流入蓄水池3。水箱6因重量减轻上升，粪斗4在自重作用下回落到原点，完成一次清粪。提粪机沿地面上铺设的轨道7移动，到达下一个厂房后开始再次清粪。

利用太阳能与压电能为厂房、机械作业以及水泵系统提升蓄水池中的水至水塔这三个过程提供电能，利用水与粪便的重力差异以及滑轮与绳索的作用完成对粪便的清理。在厂房房顶安装有太阳能电池板1，通过光电效应，将光能以产生电子-空穴对的形式转变为电能，送往蓄电池中储存起来，在厂房内的地板上安装有漏缝板以便当漏缝板受到畜禽踩踏时，向下掉漏粪便，畜禽踩踏时会有一个纵向位移，其通过弹簧使传动轴有一个纵向移动，带动单项齿轮与双向齿轮转动，在磁场中切割磁感线从而产生电能。利用太阳能和畜禽踩踏的压电能量将蓄水池3中的水提升至水塔1，水在重力作用下流入水箱6，水箱6下降，利用滑轮组5带动簸箕式粪斗4提升翻转，此时水箱中的水通过底部单向阀流入蓄水池3，水箱6重量减轻上升，带动粪头回到原点，完成一次清粪，通过铺设水管和固定轨道7，提粪机可完成多栋畜禽舍清粪。本装置通过定时器使刮粪板定时刮粪，再通过传感器使粪便收集装置在达到指定重量的情况下通过水力驱动将粪便提到高处，并通过粪便收集装置自身的机械结构，实现粪便的自动倒出。

多能源补给通过太阳能和动物踩踏的压电能量转换为电能为水泵系统提供能量，将蓄水池中的水抽回水塔，实现水资源的循环利用，节约用水。在厂房屋顶安装太阳能板，利用太阳能板将太阳能转换为电能储存到蓄能电池中，供厂房日常运作使用，提供能量来源，实现多能源补给。由于太阳能对时间的要求比较高，牲畜踩踏又不会连续进行，因此可能会使得负载无法获得连续稳定的电能。据此本装置配备控制器、逆变器和蓄电装置，将多余的电能储存起来，解决了发电与用电的时间不统一性以及电流不平稳的问题。

如图2所示，厂房地表结构图设计，根据实际情况，以畜禽脚部与面板接触的面积决定，在基数设计上防止动物四肢卡入漏缝中。漏缝的主要作用是使畜禽的液体排泄物漏入排污槽中，一方面减小对面板的腐蚀，另一方面保持畜禽舍环境的整洁。为了增加整块发电地板的稳定性，在钢柱下面放置稳定钢板，以使地板在高频率的踩踏下依然保持稳固。

压电能量可以通过利用压电模块来获得，压电模块包括设置于厂房漏缝板表面的压电陶瓷，所述压电陶瓷将畜禽踩踏的压力转换为电能，并通过能源收集模块收集于蓄电池中，蓄电池包括电源存储模块和电压转化模块，将压电能量转化为水泵系统的能量来源。

压电能量也可以通过利用发电装置获得，如图3所示，发电装置包括传动轴、单向齿轮、双向齿轮、环形磁铁，双向齿轮包括第一内齿和外齿，传动轴的上端穿过弹簧与漏缝板的四个角的下端连接，传动轴的下端与图示的第一内齿相嵌接，双向齿轮的外齿与单向齿轮的第二内齿相嵌接，单向齿轮置于环形磁铁中，与环形磁铁转动做切割磁感线运动。当漏缝板受到畜禽的踩踏时，便会有一个纵向的位移，其通过弹簧使图示的传动轴纵向移动，从而带动双向齿轮的第一内齿、单向齿轮转动，进而带动环形磁铁做高速旋转产生电能，产生的电量通过电线传输到蓄电池中。

优选地，为了提高发电量，在图3所示双向齿轮的下方安装了一个反向发电装置，当漏缝板受到一个压力的作用导致传动轴向下压时，上方的发电装置进行发电；当漏缝板上移时(即弹簧恢复形变时)，下方的发电装置进行发电，产生的电量通过电线传输到蓄电池中。

如图4所示，蓄电池中电源存储模块的电路原理如图所示，包括电容，电阻等电路元件，为整个厂房存储经转换的电能，为厂房照明、控温、除粪、提粪等工作提供必要的能量。

本发明能够很好的利用太阳能以及畜禽运动时产生的机械能，为养殖场照明，除粪，提粪提供电能输出，节省购买电能的支出，真正实现无论天气和畜禽的活动情况存在何种差异，发电装置均能输出稳定的电压值，蓄电装置输出的电能能够满足其他所有功能模块的需要，集中高效、节能环保，提高了生产效率，增加了经济收益。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。