靳培英

（山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心，山西 太原 030012）

移栽技術(shù)一直以來都是行業(yè)研究的熱點和難點。使用育苗移植的栽培方式可以延長作物生長周期、提高抗旱抗災(zāi)能力、預(yù)防病蟲害、增加農(nóng)作物產(chǎn)量質(zhì)量等，隨著種植技術(shù)的發(fā)展，育苗、移栽技術(shù)越發(fā)成熟，大量農(nóng)作物種植開始采用育苗移植的種植方式。

目前，國外的移栽技術(shù)已較為成熟，能滿足大部分植物的移栽作業(yè)要求，而且性能穩(wěn)定。美國的移栽機性能穩(wěn)定，具有較高的通用性、自動化和聯(lián)合作業(yè)能力，但由于美國地廣人稀，作業(yè)方式和要求與國內(nèi)有明顯不同，在我國大部分丘陵地區(qū)不適用。而日本的移栽機自動化程度和精密程度較高，具有很強的專用性，能實現(xiàn)移栽秧苗的高存活率，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價過高，也不適于國內(nèi)的普遍應(yīng)用。所以，移栽機的研制利國利民，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很多積極意義。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

本機主要是針對中藥材和蔬菜等作物的移栽作業(yè)機?？稍诎胱詣右圃詸C的基礎(chǔ)上進行裝備改進，具有較好的適應(yīng)性。其整機機構(gòu)主要由機架、旋轉(zhuǎn)架、苗夾、鏈輪輻條輸苗裝置、步進電機以及電控系統(tǒng)等組成，使用Caxa建立模型，見圖1。主要技術(shù)參數(shù)：驅(qū)動方式為步進電機；幅寬為430 mm；旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)半徑為225 mm；苗夾旋轉(zhuǎn)半徑為125 mm。

圖1 整機三維模型（單套）Fig.1 The 3D model of the whole machine

1.2 工作原理

該機構(gòu)主要是配置在半自動移栽機上使用，單套配單行，2行移栽機，配置2套機構(gòu)。為適應(yīng)移栽機作業(yè)要求，機身設(shè)計為旋轉(zhuǎn)取苗結(jié)構(gòu)，對稱2組，每組3個苗夾，旋轉(zhuǎn)一周進行2次取苗、喂苗作業(yè)。苗盤設(shè)計選用32孔穴盤上口徑40 mm規(guī)格，選用其他苗盤需要手動調(diào)整3個苗夾的間隔距離，并在苗杯上方安置與之配套的導(dǎo)槽。苗盤的橫向和縱向移動均由步進電機控制，苗盤前后鏈輪在軸上保持橫向可滑動狀態(tài)，步進電機通過絲杠將角位移轉(zhuǎn)化為線性位移，拉動鏈輪、鏈條、輻條何苗盤整體橫向移動；苗盤由另一組步進電機驅(qū)動鏈輪轉(zhuǎn)動，由輻條帶動苗盤縱向移動。

整個取苗機構(gòu)由步進電機控制，3個苗杯平均分為1組，每移動1組的距離，旋轉(zhuǎn)架以角速度圍繞O點順時針旋轉(zhuǎn)半圈。苗夾以角速度圍繞順逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)至水平位置，苗夾旋轉(zhuǎn)1周。在苗夾經(jīng)過位置B時，苗夾尖端插入苗缽，隨后閉合，將秧苗夾住隨自轉(zhuǎn)取出，然后歸位到C點位置，苗夾停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)架上端由A點位置旋轉(zhuǎn)到最低點D時，電機驅(qū)動苗夾分開-喂苗，圖2以1套機構(gòu)的工作原理進行說明。苗夾在C點位置時，苗盤橫向向內(nèi)移動一個孔的位置，苗夾在D點位置時，苗盤橫向移動1個孔的位置，為旋轉(zhuǎn)架上另一組苗夾做好取苗準(zhǔn)備。旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)1周，完成兩次取苗喂苗動作，苗盤橫向往復(fù)移動1次，縱向移動1次，完成一個周期作業(yè)，苗杯接受6次喂苗，見圖3。這樣在保證同等作業(yè)效率的狀況下極大地降低機構(gòu)運行速度，從而提高作業(yè)質(zhì)量。

圖2 工作原理圖Fig.2 The working principle diagram

圖3 苗盤位移狀況圖Fig.3 The displacement of seedling disc

2 關(guān)鍵部件分析

根據(jù)旋轉(zhuǎn)架取苗運行特性，建立苗夾定點軌跡模型，旋轉(zhuǎn)架半徑R為225 mm，苗夾旋轉(zhuǎn)半徑r為130 mm，其旋轉(zhuǎn)的角速度比k為4，見圖2。

當(dāng)B圓繞旋轉(zhuǎn)架圓心0轉(zhuǎn)過θ角時，苗夾頂端P點繞圓心B轉(zhuǎn)過角，建立p點模型，即：

因苗夾運動范圍在90°范圍內(nèi)，進而推導(dǎo)苗夾端點P的軌跡參數(shù)方程：

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

因程序設(shè)定較為簡單，該系統(tǒng)選用QJ32T-1國產(chǎn)簡易PLC作為核心控制器，將機械、幾何位移量轉(zhuǎn)化為高脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器提供給步進電機。設(shè)計了工作流程簡圖，見圖4。

圖4 控制系統(tǒng)硬件框圖Fig.4 The control system hardware block diagram

根據(jù)機構(gòu)的工作原理，使用Gx-workx2進行程序編程，控制程序流程圖，見圖5。

圖5 控制程序流程圖Fig.5 The flow chart of control program

通電后，控制系統(tǒng)進行初始復(fù)位操作，各機構(gòu)自動回位，操作人員將苗盤放置在苗盤輸送機構(gòu)上，系統(tǒng)感應(yīng)到苗盤到位，開始執(zhí)行夾苗和喂苗操作。在旋轉(zhuǎn)架的水平90°位置安裝一個傳感器，每取苗成功1次，傳感器開關(guān)閉合1次，計數(shù)器的計數(shù)值加1，移栽機構(gòu)以計數(shù)值為判斷基準(zhǔn)控制苗盤的橫向位置移動，當(dāng)計數(shù)值為奇數(shù)，苗盤橫向向內(nèi)移動1孔的距離，當(dāng)計數(shù)值為偶數(shù)，苗盤橫向向外移動1孔的距離。

所以第一組的3個苗夾夾取苗盤內(nèi)1、3、5孔內(nèi)的秧苗，第二組的3個苗夾夾取2、4、6孔內(nèi)的秧苗。

4 總結(jié)

（1）設(shè)計了一種基于PLC控制的間隔取苗的控制系統(tǒng)，可與半自動移栽機配合使用，提高了移栽機的整體作業(yè)效率。

（2）工作過程中可實現(xiàn)苗盤的橫向、縱向移動和自動取苗、喂苗等相關(guān)操作，可以起到降低勞動強度的作用。

（3）PLC穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，維護方便，主要靠電機驅(qū)動，很大程度地減少了機械設(shè)備的傳動部件。