CN105340438B - 一种电动井窖式烟苗移栽机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动井窖式烟苗移栽机,其特征在于由机架、磷酸铁锂电池组、控制电器柜、苗盘机构、育苗盘放置架、栽植高度调节机构、膜开口机构、浇水机构和打孔机构构成;其中:磷酸铁锂电池组和控制电器柜位于机架上,苗盘机构、育苗盘放置架和栽植高度调节机构固定在机架的机身上,膜开口机构位于机架的机身前方,浇水机构和打孔机构位于机架下方,机架包括:高度调整导轨、机架、苗盘支撑、把手,驱动轮,水桶架子,电池作为动力源,控制电器柜中的PLC电路分别控制自走驱动电机的启动、停止和正反转,控制移栽机的前进和转向工作,能在已经起垄覆膜的烟田上,完成人工投苗,自动移栽的工作。
Description
技术领域
本发明涉及机械自动化工业领域,特别地,使用于农业烟苗移栽种植的自动化设备。
背景技术
随着经济技术的快速发展,机械自动化也获得了高速发展。传统的人工井窖移栽方法是在起垄覆膜后,农民用简单的手工打孔工具在垄体上制作适宜规格的井窖,将适龄小苗移植于井窖内并浇水的移栽方式。这种移栽方法不仅劳动强度大,移栽的速度慢,而且生产效率低下,移栽质量不稳定,而且对后期生长发育带来不良影响。更为重要的是,传统的人工井窖移栽方法严重制约了种植规模的进一步扩大,单位面积的种植成本不仅非常高,而且也不会因扩大种植面积而降低,难以进一步提高种植的经济效益。
发明内容
本发明目的在于提供一种电动井窖式烟苗移栽机。它轻便,结构简单,不需要专业人员操作的,适宜国内生产条件、可大面积推广使用。
本发明的工作原理为:一种电动井窖式烟苗移栽机,由机架(1)、磷酸铁锂电池组(2)、PLC控制电器柜(3)、苗盘机构(4)、育苗盘放置架(5)、栽植高度调节机构(6)、膜开口机构(7)、浇水机构(8)、打孔器(9)构成;其中:磷酸铁锂电池组(2)和PLC控制电器柜(3)位于机架(1)上,苗盘机构(4)、育苗盘放置架(5)和栽植高度调节机构(6)固定在机架(1)的机身上,膜开口机构(7)位于打孔器(9)的前方,浇水机构(8)和打孔机构(9)位于机架(1)下方;机架(1)包括:导向轮(10)、高度调整导轨(11)、机架(12)、苗盘支撑(13)、把手(14),驱动轮(15),水桶架子(16),电池(2)作为动力源,PLC电路(3)分别控制自走驱动电机(17)的启动、停止和正反转,控制移栽机的前进和转向工作。
所述的苗盘机构(4)由:苗盘支撑(40)、旋转苗盘(41)、苗杯(42)、底盖弹簧(43)、苗杯底盖(44)、导苗筒(45)、苗筒支撑(46)、苗导向筒(47)、苗盘驱动电机(48)、减速器(49)、苗盘底板(410)、苗杯底盖导杆(411)构成;苗杯(42)安装在旋转苗盘(41)上,旋转苗盘(41)下部装有减速器(49),安装在苗盘底板(410)上,苗盘驱动电机(47)通过从减速器(49)传递动力带动苗盘旋转;苗杯(42)底端装有底盖(44),底盖(44)使用弹簧(43)连接,底盖(44)配合导杆(411);导杆(411)在落苗位置设计缺口段,使苗杯在旋转在落苗位置时,底盖自动下落打开,烟苗自动落至烟苗移栽机构(9),当苗杯不在落苗位置时,导杆挡住底盖,使底盖合拢,盛放准备移栽的烟苗;苗导向筒(47)通过苗筒支撑(46)固定在苗盘支撑(40)上,确保烟苗直立掉下。
所述的栽植高度调节机构(6)由:滑块(60)、导轨(61)、手柄(62)、锁紧螺栓(63)、螺杆(64)构成,其中:滑块(60)螺杆(64)与导轨(61)组成丝杆滑块机构;锁紧螺栓(63)穿过导轨(61)背面的腰槽与滑块(60)连接,具有限位和锁紧作用,栽植过程中可以通过旋转手柄(62)对栽植深度进行调整。
所述的膜开口机构(7)由:开塘器(70)、传动连杆(71)、摆杆(72)和凸轮(73)构成,其中:凸轮(70)、摆杆(71)、摆杆支撑(72)传动连杆(73)、支座(74)和开口锥(75)构成,其中:凸轮(70)由电力驱动旋转,摆杆(71)与传动连杆(73)连接,摆杆(71)和开口锥(75)上均设计有调节孔,可以改变开口的深度。
所述的浇水机构(8)由:水桶支架(80)、水桶(81)、电磁水阀(82)、电磁铁(83)、水位探针(84)、浇水筒(85)、浇水筒盖(86)、锁紧圈(87)和导水管(88)构成;两个水桶(81)通过导水管(88)连接电磁水阀(82),电磁水阀(82)出水端连接浇水筒(85),电磁铁(83)中轴连接浇水筒盖(86)。
所述的打孔机构(9)由:打孔器(90)、钻头电机(91)、行星轮箱体(92)、折叠伸缩连杆(93)、轴承(94)、拉伸弹簧(95)、位置检测(96)、摆臂电机(97)、导轨连杆(98)和箱体连杆(99)构成。打孔器(90)通过减速器连接电机(91),尖面向地面,安装在导轨连杆(98)上;导轨连杆(98)与箱体连杆(99)和折叠伸缩连杆(93)铰接;箱体连杆(99)另一端与行星轮箱体(92)输出轴铰接;折叠伸缩连杆(93)另一端铰接在支撑基座上;行星轮箱体(92)通过减速器连接钻头电机(91);铰接在折叠伸缩连杆(93)上的轴承(94)与导轨连杆(98)构成滑块机构;拉簧(95)通过拉簧片连接行星轮箱体(92)。行星轮箱体(92)由行星轮座(920)、从动齿轮(921)、驱动齿轮(922)、传动齿轮(923)和连杆(924)构成;从动齿轮(921)与驱动齿轮(922)通过传动齿轮(923)连接,从动齿轮(921)、驱动齿轮(922)和传动齿轮(923)位于行星轮座(920)上。
打孔机构(9)通过钻头电机(91)驱动打孔器(90)旋转;独立驱动电机(95)带动三组机构复合运动,使打孔器(90)以指定的运动轨迹从而保证打出井窖孔的形状。其中:打孔机构(9)上下运动结构由由拉伸弹簧(95)、折叠伸缩连杆(93)、轴承(94)、导轨连杆(98)和箱体连杆(99)组成的折叠机构提供打孔器(90)上下插植的动作;由行星轮箱体(92)由行星轮座(920)、从动齿轮(921)、驱动齿轮(922)、传动齿轮(923)和连杆(924)组成的行星轮旋转机构可以保证打孔器(90)在打孔机构随动时保持一个竖直状态;打孔器(90)由钻头电机(91)驱动高速旋转以减小打孔时的阻力;为移栽机设计的PLC控制电路(2),不需要调整机械执行机构,通过PLC人际交互控制调整即可改变移栽行距、株距、深度等,以适应多种不同的生产条件。
本发明电动井窖式移栽机是我公司电动移栽机系列中的一种,它适用于贵州地区的井窖式烟苗移栽工艺;它是由电脑智能化控制器控制的一种自动化机器,它的操控非常简单,在移栽时,机器能自动的连续的完成行走、打井、投苗、浇水的一系列工序,你只需负责加装烟苗和控制机器就可以了,一人就可轻松的使用该机器。本发明机器还设有完善的行走功能,在运输机器时,你可以轻松的控制机器前进、后退、左右转向和速度调节。本发明机器还设有原地调头功能,方便你在小地块作业时进行原地调头。此外,本发明移栽机还预设了8种常用株距供用户选择,机器的所有运行速度都可以自由调节。
与传统的烟苗移栽机相比,本发明电动烟苗移栽机没有笨重而复杂的传动机构,没有燃油发动机,没有繁多的机械把手,因此它既有:结构简单、体型小巧、重量轻、噪音低、不排放尾气和操作简单等优点。
本发明移栽机使用48V/60Ah的磷酸铁锂电池组作为动力源,保证充电一次,工作8小时以上。该机器的移栽效率超过人工移栽的8倍以上;烤烟苗植入率≥90%,成活率≥90%,直苗率≥90%;全部零部件实现国产化,符合我国国情,结构简单可靠,维护保养方便,使用成本低廉,能在丘陵、山区和小地块和不平整的大地块上大量推广使用。
附图说明
图1是电动自行式移栽机的主视图,
图2是电动自行式移栽机的机架(1)的示意图,
图3是苗盘机构的示意图,
图4是栽植高度调节机构示意图,
图5是膜开口机构示意图,
图6是浇水机构示意图,
图7是打孔机构示意图,
图8是打孔装置行星轮机构原理的示意图,
图9操控面板。
其中:1—机架、10—导向轮、11—高度调整导轨、12—机架、13—苗盘支撑、14—把手,15—驱动轮,16—水桶架子、17—自走驱动电机、2—磷酸铁锂电池组、3—PLC控制电器柜、4—苗盘机构、40—苗盘支撑、41—旋转苗盘、42—苗杯、43—底盖弹簧、44—苗杯底盖、45—导苗筒、46—苗筒支撑、47—苗导向筒、48—苗盘驱动电机、49—减速器、410—苗盘底板、411—苗杯底盖导杆、5—育苗盘放置架、6—栽植高度调节机构、60—滑块、61—导轨、62—手柄、63—锁紧螺栓、64—螺杆、7—膜开口机构、70—凸轮、71—摆杆、72—摆杆支撑、73—传动连杆、74—支座、75—开口锥、8—浇水机构、80—水桶支架、81—水桶、82—电磁阀、83—电磁铁、84—水位探针、85—浇水筒、86—浇水筒盖、87—锁紧圈、88—导水管、9—打孔机构、90—打孔器、91—电机、92—行星轮箱体、93—折叠伸缩连杆、94—轴承、95—拉伸弹簧、96—位置检测、97—驱动电机、98—导轨连杆、99—箱体连杆、920—行星轮座、921—从动齿轮、922—驱动齿轮、923—传动齿轮、924—连杆。
具体实施方式
实施例1:机器的移栽机制。移栽机至于旋耕起好垄的农田中,根据农田起垄规格,使用栽植高度调节机构6上的调节手柄62、锁紧螺栓63调节打孔机构9的高度,符合实际起垄要求。按照所需膜开口大小调整开口锥75的孔位和连杆73的长度,从而打出适宜大小的膜开口以避免打孔器卷膜。在苗盘中放好需要插植的烟苗,完成种植前的准备工作。通电启动后,磷酸铁锂电池组2使用锂电池作为动力源,PLC智能控制系统控制左右两个自走驱动电机17,PLC智能控制系统以PID闭环控制方式控制摆臂电机97的转速以后轮驱动电机(8)的转速成一定比例,来保证株距的稳定,其中摆臂电机97和左后轮驱动电机都装有编码器。钻头电机91持续运转,导向轮10护住垄边,移栽机自行向前移动,同时摆臂电机97通过行星轮箱体92和箱体连杆99控制打孔机构9向下运动,在垄上打出适宜深度的井窖孔,打孔器90旋转经过低位时,PLC在检测到打孔器90低位检测B4下降沿信号后启动苗盘电机同摆臂电机同步速度旋转,旋转苗盘41开始旋转,盛有烟苗的苗杯42转至落苗位置时,苗杯底盖44自动打开,烟苗通过导苗筒45和苗导向筒47自动落入打孔器90打出的井窖孔内。掉苗后,PLC智能控制系统马上对机器的行走距离进行测量,当浇水筒(85)刚好到达井窖孔上方时,PLC控制电磁铁83通电打开浇水筒85完成浇水,1秒后电磁铁83断电,浇水筒85关闭,电磁水阀82自动开启对浇水筒85注水,当液面接触水位探针84时电磁水阀82关闭,种植工序以此循环;通过调节水位探针84的高矮可以控制浇水筒85进水量的多少,从而调整浇水量。旋转苗盘41由一只减速步进电机直接驱动,当旋转苗盘(41)下方的接近开关B5检测到苗杯42到位时旋转苗盘41旋转停止。旋转苗盘41在打孔器90运行到低位时开始旋转,并且旋转的速度同后轮驱动电机的运行速度高度同步,这样才能保证任何移栽速度、不同株距下,使苗杯能恰当的打开,保证烟苗刚好准确地掉入井窖孔内;该设备有八种株距供用户选择,用户改变设备移栽时的行进速度时不会影响株距。此功能实现机制是,PLC控制系统对自走驱动电机17和摆臂电机97进行同步控制,保证摆臂电机97的转速与自走驱动电机17的转速成一个固定的比例值运行,不同的比例决定了不同的株距,同步的精度和响应速度决定了株距值的精度和稳定度。
实施例2:机器的操控。电门锁101,电门锁是一个钥匙开关,没有钥匙是不能打开此开关的。电门锁用来接通/关断机器的控制电源,电门锁没有打开,即使总电源开关312接通,机器也不能被使用,该功能用于防止他人或小孩擅自启动机器。启动/停止按钮102,是一个绿色带灯的按钮,它是一个双功能按钮,控制机器的启动和停止,按钮灯亮起时表明机器正处于运行状态,当机器在行走模式下运行时,按一下启动/停止按钮102,按钮指示灯熄灭,机器马上停止;当机器在移栽模式或调试模式下运行时,按一下启动/停止按钮102,按钮指示灯熄灭,机器不一定马上停止,要等机器运行完一个工序后机器才会停止。复位按钮103,是一个黄色无灯按钮,用于控制系统的故障复位和机器位置的复位。急停按钮104,急停按钮是一个红色自锁式按钮,在紧急情况下,压下急停按钮,急停按钮自锁在按下位置,机器立即停止运行,对机器的任何操作都是无效,直到急停按钮被释放。模式选择开关(106),模式选择旋钮是一个三位置的旋转开关,用来却换机器的运行模式,该机器有三种运行模式:调试模式,行走模式,移栽模式。可以用按钮站上的模式选择开关106来进行模式切换。却换模式后要到下次启动机器时才会生效。
调试模式,机器运行在调试模式时,钻头,摆臂,苗盘做连续运行,而机器不会行走。机构运行的速度可以通过速度调节旋钮108来控制。
行走模式,行走模式用于机器的短距离运输和田间调头、倒车使用。机器的转向,机器在行走时可以用左转向开关110、右转向开关111来控制方向,捏住左转向开关110拉手时机器马上向左转向,捏住右转向开关111拉手时机器马上向右转向,为方便用户在短距离调头,本机器设有原地转向功能,在转向时捏住左(右)转向开关超过2秒后,机器就进行原地左(右)调头。机器的前进与后退,前进、后退控制旋钮扭105到前进(后退)位置时,启动后机器向前(后)行走。机器在行走时,改变前进、后退控制旋钮的位置,机器不改变行走方向,要到下次启动才会换向,在进行倒车操作时,为确保操作者的安全,机器设有缓慢(预设3秒)加速启动倒车的功能,让操作者有足以的时间避让。使用左转向开关110、右转向开关111停机,为提高机器操作的安全性,在驾驶机器时当用户双手同时捏住使用左转向开关110、右转向开关101,机器马上停止行走,若保持3秒后,机器自动停机,启动/停止按钮灯(102)熄灭。
移栽模式,移栽模式用于机器的正常作业。启动后机器自动的连续完成行走、打井、掉苗、浇水一系列移栽工序,作业人员只需负责加装烟苗和控制机器。株距的选择,株距选择开关107是一个10位置的BCD码旋转编码开关,它用来改变机器移栽时的株距值,本机器预设有8个不同株距值。运行速度的调节,速度调节旋钮108是一个绕线式的旋转电位器,它用来调节机器的运行速度。顺时针旋转加快机器运行速度,逆时针旋转降低机器运行速度。故障提示,通过故障编码显示器109来完成,它主要由一个红色的LED数码管,译码电路,DC-DC电路等组成,通过PLC的控制,它能显示数字0到9中的10种数字和6种符号,它负责显示机器的故障编码,来提示用户机器出现了什么故障,机器在正常状态下故障编码应是0。左转向开关110,右转向开关111,以电动自行车的左右拉手刹车开关通用,控制机器的左右转向。
实施例3:对磷酸铁锂电池组2电量(电压)的判断。PLC控制器(31)能实时对磷酸铁锂电池组2的电量(电压)进行检查,当磷酸铁锂电池组2电量(电压)较低时,机器会没过一段时间(预设10分钟)给用户一个报警提示,故障编码显示器(109)会显示数字“7”,并正常停机一次。此时,机器在故障复位后还能继续使用,只是每过10分钟机器会重复上述报警一次。当故障编码显示器109显示数字“9”时,表示磷酸铁锂电池组2电量(电压)过低,为保护电池组109,机器将不能运行。运行参数的修改,为了机器使用的灵活性,机器的运行参数可以通过专用的通信器,进行修改。在专用的通信器上,可以检测到磷酸铁锂电池组2电量(电压)的电压值,机器的运行电流,机器的总运行时间、移栽时间和移栽株数。
本发明能在已经起垄覆膜的烟田上,一次性完成人工投苗,自动打孔和浇水进行井窖移栽,打孔行距、株距、打孔深度以及浇水量等达到烤苗农艺规定要求;移栽机轻巧,方便移动及运输,操作简单,符合人机工程原理;打孔行距、株距、打孔深度等主要农艺参数在不改动机器的硬件前提下实现柔性化可调,以适应多种不同的生产条件;移栽效率超过人工移栽的8倍以上;烤烟苗植入率≥90%,成活率≥90%,直苗率≥90%;全部零部件实现国产化,符合我国国情,结构简单可靠,维护保养方便,使用成本低廉,能在丘陵、山区和小地块和不平整的大地块上大量推广使用。使用锂电池作为动力源,保证充电一次,工作8小时以上,相比燃油动力,它充电成本较低,基本无噪音,无尾气,绿色环保无污染。
Claims (5)
1.一种电动井窖式烟苗移栽机,其特征在于由机架(1)、磷酸铁锂电池组(2)、PLC控制电器柜(3)、苗盘机构(4)、育苗盘放置架(5)、栽植高度调节机构(6)、膜开口机构(7)、浇水机构(8)、打孔机构(9)和操控机构构成;其中磷酸铁锂电池组(2)和PLC控制电器柜(3)放置位于机架(1)上,苗盘机构(4)、育苗盘放置架(5)和栽植高度调节机构(6)固定在机架(1)的机身上,膜开口机构(7)位于打孔器(90)的前方,浇水机构(8)和打孔机构(9)位于机架(1)下方,
机架(1)包括导向轮(10)、高度调整导轨(11)、第二机架(12)、苗盘支撑(13)、把手(14),驱动轮(15),水桶架子(16)和自走驱动电机(17);磷酸铁锂电池组(2)作为动力源,PLC控制电器柜(3)控制自走驱动电机(17)的启动、停止和正反转,PLC控制电器柜(3)控制移栽机的前进和转向工作;
所述打孔机构(9)由打孔器(90)、电机(91)、行星轮箱体(92)、折叠伸缩连杆(93)、轴承(94)、拉伸弹簧(95)、位置检测(96)、摆臂电机(97)、导轨连杆(98)和箱体连杆(99)构成;打孔器(90)通过减速器连接电机(91)后让尖面朝向地面,打孔器(90)安装在导轨连杆(98)上;导轨连杆(98)与箱体连杆(99)和折叠伸缩连杆(93)铰接;箱体连杆(99)另一端与行星轮箱体(92)输出轴铰接;折叠伸缩连杆(93)另一端铰接在支撑基座上;行星轮箱体(92)通过减速器连接电机(91);铰接在折叠伸缩连杆(93)上的轴承(94)与导轨连杆(98)构成滑块机构;拉伸弹簧(95)通过拉簧片连接行星轮箱体(92);行星轮箱体(92)由行星轮座(920)、从动齿轮(921)、驱动齿轮(922)、传动齿轮(923)和连杆(924)构成;从动齿轮(921)与驱动齿轮(922)通过传动齿轮(923)连接,从动齿轮(921)、驱动齿轮(922)和传动齿轮(923)位于行星轮座(920)上;
所述浇水机构(8)由水桶支架(80)、水桶(81)、电磁水阀(82) 、电磁铁(83)、水位探针(84)、浇水筒(85)、浇水筒盖(86)、锁紧圈(87)和导水管(88)构成;两个水桶(81)通过导水管(88)连接电磁水阀(82),电磁水阀(82)出水端连接浇水筒(85),电磁铁(83)中轴连接浇水筒盖(86);掉苗后,PLC控制电器柜(3)马上对机器的行走距离进行测量,当浇水筒(85)刚好到达井窖孔上方时,PLC控制电器柜(3)控制电磁铁(83)通电打开浇水筒(85)完成浇水,1秒后电磁铁(83)断电,浇水筒(85)关闭,电磁水阀(82)自动开启对浇水筒(85)注水,当液面接触水位探针(84)时电磁水阀(82)关闭,种植工序以此循环;通过调节水位探针(84)的高矮可以控制浇水筒(85)进水量的多少,从而调整浇水量。
2.根据权利要求1所述的一种电动井窖式烟苗移栽机,其特征在于所述苗盘机构(4)由苗盘支撑(40)、旋转苗盘(41)、苗杯(42)、底盖弹簧(43)、苗杯底盖(44)、导苗筒(45)、苗筒支撑(46)、苗导向筒(47)、苗盘驱动电机(48)、减速器(49)、苗盘底板(410)和苗杯底盖导杆(411)构成,其中苗杯(42)安装在旋转苗盘(41)上,旋转苗盘(41)下部装有减速器(49),旋转苗盘(41)安装在苗盘底板(410)上,苗盘驱动电机(48)通过从减速器(49)传递动力带动旋转苗盘(41)旋转;苗杯(42)底端装有苗杯底盖(44),苗杯底盖(44)使用底盖弹簧(43)连接,苗杯底盖(44)配合苗杯底盖导杆(411);苗杯底盖导杆(411)在落苗位置设计缺口段;苗导向筒(47)通过苗筒支撑(46)固定在苗盘支撑(40)上,确保烟苗直立掉下。
3.根据权利要求1所述的一种电动井窖式烟苗移栽机,其特征在于所述栽植高度调节机构(6)由:滑块(60)、导轨(61)、手柄(62)、限位锁紧螺栓(63)和螺杆(64)构成,其中滑块(60)、螺杆(64)与导轨(61)组成丝杆滑块机构;限位锁紧螺栓(63)穿过导轨(61)背面的腰槽与滑块(60)连接,具有限位和锁紧作用。
4.根据权利要求1所述的一种电动井窖式烟苗移栽机,其特征在于所述膜开口机构(7)由凸轮(70)、摆杆(71)、摆杆支撑(72)传动连杆(73)、支座(74)和开口锥(75)构成,其中凸轮(70)由电力驱动旋转,摆杆(71)与传动连杆(73)连接,摆杆(71)和开口锥(75)上均设计有调节孔。
5.根据权利要求1所述的一种电动井窖式烟苗移栽机,其特征在于所述操控机构通过导线分别与电门锁(101),启动/停止按钮(102),复位按钮(103),急停按钮(104),前进、后退控制旋钮(105),模式选择开关(106),株距选择开关(107),速度调节旋钮(108),故障编码显示器(109),左转向开关(110)和右转向开关(111)连接。
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