0 引 言

隨著經濟社會的發展,我國水資源供需矛盾日益突出,大力推廣節水灌溉技術,加大農業節水力度,可緩解水資源供需矛盾,提高化肥、土地等利用效益并有利于改善生態環境,是發展現代農業、提高農產品產量和品質及促進農民持續增收的現實需要[1].

黑龍江省是我國重要的商品糧基地,是正在建設的國家大糧倉,但水資源時空分布不均,耕地畝均占有水資源量較少,旱災頻繁發生,嚴重影響全省糧食生產.

大力發展旱田節水灌溉成為節水增效、保障糧食穩產高產的重要舉措[2].實施大型噴灌技術是發展節水灌溉的重要舉措,中心支軸式噴灌機是大型噴灌設備中必不可少的,控制系統是中心支軸噴灌機的核心部分.先進的控制系統,可保證噴灌設備在不同地塊運行穩定、可靠,針對不同農作物能提高灌溉效率和均勻度,達到高效節水、增產增收的效果.

針對噴灌機控制系統,設計一種精準耐用的控制塔盒應用在噴灌機上,可提高大型噴灌機的自動化水平,實現精準可靠灌溉,達到高效節水和作物增產的效果,具有較好的推廣前景.

1 主要部件及工作原理

1. 1 主要工作部件

控制塔盒分為中間控制塔盒和末跨控制塔盒,均安裝在各自跨體塔架車的上部.中間控制塔盒主要由同步控制調節裝置、運行微動開關\\(控制噴灌機順時針或逆時針運轉\\)、安全微動開關\\(故障開關\\)、交流接觸器、接線端子等部件組成,如圖 1 所示;末跨控制塔盒主要由交流接觸器、接線端子等部件組成,如圖 2 所示.

1. 2 工作原理

中心支軸式噴灌機順時針工作時,由電控柜向每一跨的塔盒傳遞電信號,控制噴灌機所有跨體同時按順時針方向轉動,此時所有跨體塔盒的運行微動開關均處于長開狀態,由于噴灌機里跨行走速度相對外跨較快,使得前一跨與后一跨的控制桿成一定角度,相應塔盒中的運轉微動開關觸點被按下,執行停止命令,則運轉微動開關處于長閉狀態,對應走的較快的跨體停止轉動,等待其他跨體先行運動;當控制桿回到原來運行位置,運轉微動開關觸點彈起,又回到長開狀態.依此順序,噴灌機每一跨進行啟停動作,使得整機成圓形旋轉運動.

噴灌機逆時針工作時,則末跨電機先運轉,其他跨體塔盒的運行微動開關處于長閉狀態,待末跨行走與前一跨成一定角度時,控制觸動運行微動開關,則運行微動開關處于長開狀態,則對應的跨體開始轉動.依此順序,跨與跨之間的控制桿控制運轉微動開關向行走電機傳遞電信號使噴灌機運轉,直到首跨轉動,進而整個噴灌機圍繞中心點旋轉進行工作.

當噴灌機跨體行走不正常,例如出現障礙物、行走地跨坡度較大、輪胎打滑等現象時,跨與跨連接之間的控制桿觸動安全微動開關,使得所有跨的行走電機停止轉動,進而噴灌機停止運轉.

2 主要工作部件的設計

2. 1 塔盒座板設計

如圖 3 所示,塔盒座板上設計安裝有微動開關、交流接觸器等電器元件.選擇 2 個微動開關連接中心支軸噴灌機電控系統,作為噴灌機運轉的控制元件.該微動開關行程短,反應靈敏,能精確控制行走電機的啟停.

各個電器元件之間通過端子排接線連接,接線選用 4 ×2. 5 + 6 × 1. 5 電纜線.噴灌機正常運行時,微動開關控制交流接觸器線圈的吸合,進而控制行走電機運行.設置噴灌機順時針運轉\\(正轉\\)時,處于線圈吸合狀態,行走電機直接轉動;噴灌機逆時針運轉\\(反轉\\)時,線圈不吸合,當運轉微動開關觸點被按下,且聽到"滴答"聲音時,線圈吸合,行走電機轉動.得出噴灌機運轉規則是:

順時針\\(正轉\\)運行就是逆時針\\(反轉\\)的停止,順時針\\(正轉\\)停止就是逆時針\\(反轉\\)運行.

2. 2 觸點板機構

觸點板機構由觸動彈簧、觸點板、控制桿連接桿等部分組成.工作時,由控制桿連接桿撥動觸動彈簧,觸動彈簧帶動觸點板旋轉成一定角度,使得觸點按下運轉微動開關和安全微動開關,進而控制噴灌機正、反轉及故障啟停.觸點板旋轉角度控制在 0° ~2°之間,由觸點板限位板限制住觸點板的旋轉角度.

圖 4 中的運轉微動開關連接噴灌機電控柜,微動開關的觸點被運轉觸點按下或抬起,傳遞電信號給行走電機正轉或者反轉運行.安全微動開關是當噴灌機行走不正常的情況下,觸點才會按下安全微動開關觸點.這一切運轉動作則需要前一跨與后一跨的控制桿進行控制.

2. 3 感應板機構

圖 5 中感應板起到輔助控制連接桿控制噴灌機行走角度的作用,當控制桿連接桿出現問題時,感應板會帶動控制桿進行旋轉角度,進而帶動觸點板觸碰微動開關,使得行走電機運轉.

設計彈簧控制桿限制住觸動彈簧,使得觸點板的旋轉行程不至于過大,起到了精確控制運轉角度的作用.

觸點板中心線上靠近觸點一側設計有直徑 17. 5 mm孔,觸點板限位桿穿入孔中;當觸點板旋轉時,通過限位桿限制住觸點板的旋轉角度,使得運轉微動開關觸點和安全微動開關觸點安全被按下,防止觸點板旋轉過大,損壞微動開關.

3 結論

隨著噴灌機自動化控制技術的迅速發展,專業控制機構也日益完善.本控制塔盒是基于 PLC 自動控制理論而設計的,通過傳遞不同要求的電信號設置不同的機械裝置.塔盒內的微動開關使用壽命可達一千萬次,具有安全自鎖機構,確保在斷電的情況下才能打開塔盒.

塔盒的控制桿結構合理,調直裝置簡單容易,有益于噴灌機智能控制系統的開發研究.

參考文獻:

[1] 高俊才. 大力推廣節水灌溉技術,促進保障國家糧食安全和農民增收[J]. 中國經濟導報,2012\\(7\\).

[2] 黑龍江"十二五"將新增旱田節水灌溉面積 3400 萬畝[J].中國灌溉在線. 2011.09.28.

[3] 解雙,韓振生,邢雷. 國產大型噴灌技術的發展與應用分析[J]. 農機化研究,2006,6\\(6\\):182 -183.

[4] 張會娟,朱瑞祥,吳峰,等. 卷管式噴灌機絞盤速度自動控制系統的研究[J]. 農機化研究,2007,1\\(1\\):136 -138.