基于電氣控制的移栽機取苗送苗系統設計

靳培英

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030012）

移栽技術一直以來都是行業研究的熱點和難點。使用育苗移植的栽培方式可以延長作物生長周期、提高抗旱抗災能力、預防病蟲害、增加農作物產量質量等，隨著種植技術的發展，育苗、移栽技術越發成熟，大量農作物種植開始采用育苗移植的種植方式。

目前，國外的移栽技術已較為成熟，能滿足大部分植物的移栽作業要求，而且性能穩定。美國的移栽機性能穩定，具有較高的通用性、自動化和聯合作業能力，但由于美國地廣人稀，作業方式和要求與國內有明顯不同，在我國大部分丘陵地區不適用。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，能實現移栽秧苗的高存活率，但其結構復雜、造價過高，也不適于國內的普遍應用。所以，移栽機的研制利國利民，對農業生產有很多積極意義。

1 總體結構及工作原理

1.1 總體結構

本機主要是針對中藥材和蔬菜等作物的移栽作業機。可在半自動移栽機的基礎上進行裝備改進，具有較好的適應性。其整機機構主要由機架、旋轉架、苗夾、鏈輪輻條輸苗裝置、步進電機以及電控系統等組成，使用Caxa建立模型，見圖1。主要技術參數：驅動方式為步進電機；幅寬為430 mm；旋轉架旋轉半徑為225 mm；苗夾旋轉半徑為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。為適應移栽機作業要求，機身設計為旋轉取苗結構，對稱2組，每組3個苗夾，旋轉一周進行2次取苗、喂苗作業。苗盤設計選用32孔穴盤上口徑40 mm規格，選用其他苗盤需要手動調整3個苗夾的間隔距離，并在苗杯上方安置與之配套的導槽。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，步進電機通過絲杠將角位移轉化為線性位移，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動鏈輪轉動，由輻條帶動苗盤縱向移動。

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

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 關鍵部件分析

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

當B圓繞旋轉架圓心0轉過θ角時，苗夾頂端P點繞圓心B轉過角，建立p點模型，即：

因苗夾運動范圍在90°范圍內，進而推導苗夾端點P的軌跡參數方程：

3 控制系統硬件設計

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

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

根據機構的工作原理，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，控制系統進行初始復位操作，各機構自動回位，操作人員將苗盤放置在苗盤輸送機構上，系統感應到苗盤到位，開始執行夾苗和喂苗操作。在旋轉架的水平90°位置安裝一個傳感器，每取苗成功1次，傳感器開關閉合1次，計數器的計數值加1，移栽機構以計數值為判斷基準控制苗盤的橫向位置移動，當計數值為奇數，苗盤橫向向內移動1孔的距離，當計數值為偶數，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1、3、5孔內的秧苗，第二組的3個苗夾夾取2、4、6孔內的秧苗。

4 總結

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

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

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