CN108464114B - 一种高位水果采摘与收集一体机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高位水果采摘与收集一体机,包括:伸缩机构、安装在伸缩机构前端的采摘机构以及通过尼龙布管滑道与采摘机构相连接的收集机构,伸缩机构包括第一气缸、第二气缸、万向联轴器、轴承与轴承座和支架,采摘机构包括外筒、内筒、光电开关、夹具固定圈、刀具固定圈、连接件、摄像头、轴承和步进电机,收集机构包括尼龙布管滑道、第一输送机、第二输送机、收集框、缓冲软板。本高位水果采摘与收集一体机通过伸缩机构、采摘机构和收集机构之间的配合,可以实现采摘机构的精准移动以及高位水果的自动采摘和收集,并且可以防止采摘时对水果造成损伤,能安全解决果农高位采摘危险和低效率的现状。
Description
技术领域
本发明涉及农作物采摘设备技术领域,具体涉及一种高位水果采摘与收集一体机。
背景技术
在水果的生产作业中,收获采摘时整个生产中最耗时最费力的一个环节。水果收获期间需要投入的劳力占种植过程的50%~70%。采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售,从而最终影响市场价格和经济效益。水果收获具有很强的时效性,属于典型的劳动密集型的工作。但是由于采摘作业环境和操作的复杂性,水果采摘的自动化程度仍然很低,目前国内水果的采摘作业基本上还是手工完成。很多国家随着人口的老龄化和农业劳动力的减少,劳动力不仅成本高,而且还越来越不容易得到,而人工收获水果所需的成本在水果的整个生产成本中所占的比例竟高达33%~50%。高枝水果的采摘还带有一定的危险性。因此实现水果收获的的机械化变得越来越迫切,发展机械化的收获技术研究开发水果采摘机器具有重要的意义。
公开号为:CN105313106A的中国专利公开了一种“基于非均布并联机构的水果采摘装置”,包括定平台、四台电机、四组控制臂、动平台、末端采摘机构和控制系统;定平台竖直放置,四台电机均经各自的控制臂与位于定平台前方的动平台相连接,动平台前部安装有用于采摘水果的末端采摘机构,四台电机和末端采摘机构均与控制系统连接。该装置可任意角度控制末端采摘机构对水果的位置定位,任意角度摘果,大大减小采摘机构的惯性和增加采摘机构的精确性;采摘时能减少水果损伤,具有灵活、精确、快速、低损伤的水果采摘优势。但是该采摘装置结构复杂,而且控制繁琐,采摘时对准水果操作困难。
另外,公开号为:CN206547355U的中国专利公开了“一种农用半自动水果采摘装置”,该装置实现了农用电动三轮车与半自动水果采摘装置的对接,减小了果农的劳动强度,缩短了采摘时间,增强了采摘作业的安全性,降低了劳动成本。但是该装置在采摘高处水果时,在水果下落的过程中容易造成水果的损伤,并且采摘时对准水果操作比较困难。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出了一种高位水果采摘与收集一体机,集采摘、收集于一体,适合采摘高度较高的果树上的成果,并且可以防止采摘时对水果造成损伤。
为实现上述技术方案,本发明提供的一种高位水果采摘与收集一体机,包括:伸缩机构,所述伸缩机构包括第一气缸、第二气缸、万向联轴器、第一轴承与轴承座和支架,所述第二气缸竖直安装在机架台面上,第二气缸的前端部通过支架倾斜固定在第二气缸的伸缩轴上,轴承与轴承座固定在机架台面上,第一气缸的尾部通过万向联轴器与轴承座内的轴承连接;采摘机构,所述采摘机构安装在伸缩机构第一气缸的顶部,所述采摘机构包括外筒、内筒、光电开关、夹具固定圈、刀具固定圈、连接件、摄像头、第二轴承和步进电机,所述内筒套接在外筒内,所述外筒和内筒的侧壁上设置有相匹配的圆孔,步进电机安装在内筒的后侧且步进电机的输出轴与内筒后侧端面连接,第二轴承安装在外筒和内筒后端面的衔接处,夹具固定圈通过连接件固定在内筒的前侧端面上,刀具固定圈安装在夹具固定圈的前侧端面上,刀具固定圈和夹具固定圈上均安装有光电开关,摄像头安装在外筒的前侧端面上;收集装置,所述收集装置包括尼龙布管滑道、第一输送机、第二输送机、收集框、缓冲软板,所述第二输送机安装在机架的下方,尼龙布管滑道的上端口与采摘机构内筒的圆孔连接,尼龙布管滑道的下端口设置在第二输送机的上方,第一输送机安装在第二输送机的尾部,所述第一输送机竖直设置,第一输送机上安装有多个间隔等距分布的缓冲软板,收集框安装在第一输送机的正下方。
在实际的采摘过程中,通过安装在采摘机构上的摄像头可以实时传输采摘画面,并通过调节伸缩机构上的第一气缸可以调节采摘机构的上下位置,通过第二气缸可以调节采摘机构的倾斜采摘角度,从而方便对采摘机构位置的精确调节。当通过第一气缸和第二气缸将采摘机构中的内套筒将水果套住以后,安装在刀具固定圈上的光电开关检测到水果的枝茎,然后通过控制步进电机带动内筒相对于外筒旋转,并且带动安装在内筒前端的刀具固定圈动作,使得安装在刀具固定圈内的刀片将水果的枝茎剪断,被剪断的水果通过尼龙布管滑道进入第二输送机上方,第二输送机采用软材质的皮带输送机,可以防止水果下落过程中造成损坏,第二输送机将收集的水果输送至第一输送机的缓冲软板上,第一输送机驱动缓冲软板上下转动,并将收集到的水果缓慢的输送至收集框内,从而实现采摘、收集一体化,并且可以防止采摘时对水果造成损伤。
优选的,所述刀具固定圈包括外动圈、中间定圈、多个环形分布的刀片和内动圈,所述外动圈固定在夹具固定圈上,中间定圈安装在外动圈与内动圈之间,刀片的外侧通过外铰支点铰接在外动圈上,中间定圈上设置有铰点滑道,刀片的内侧通过内铰支点铰接在中间定圈上,刀片的外铰支点可沿铰点滑道滑动。在实际的采摘过程中,当光电开关检测到水果枝茎进入到刀具固定圈的内动圈后,由步进电机带动外动圈转动一定的角度,外动圈通过连接件带动内动圈转动一定的角度,刀片通过内铰支点的转动进行展开,同时外铰支点在铰点滑道中沿轨迹进行滑动,从而实现刀片的展开和回缩,步进电机的运动方式则由PLC来进行控制。
优选的,所述收集框的底部设置有电动转盘,收集框通过多根导柱固定在电动转盘上并且通过导套固定,收集框的底部与电动转盘之间安装有缓冲弹簧,通过电动转盘可以带动收集框整体转动,使得收集后的水果均匀分布,防止水果扎堆聚集,通过缓冲弹簧可以根据收集框内水果的重量自动控制收集框的高度,以达到较好的缓冲效果。
优选的,所述机架上安装有屏幕支架,监控显示屏安装在所述屏幕支架上,所述监控显示屏与采摘机构上的摄像头信号连接,通过监控显示屏可以实时监测高处水果的位置,方便根据监控显示屏的画面调节采摘机构的位置。
优选的,所述第一气缸的尾部安装有操作盘,所述操作盘上设置有控制第一气缸和第二气缸伸降及步进电机工作的按键,在实际的采摘过程中,用户只需根据监控显示屏上的画面然后通过操作盘上的按键控制第一气缸、第二气缸的伸降将采摘机构将水果套住,最后按下步进电机按键,使得采摘机构内的刀片将水果枝茎剪断即可。
优选的,所述第二气缸的底部安装有弹簧减震万向轮,通过弹簧减震万向轮可以使得第二气缸实现360°的转向,以便扩大采摘机构的活动范围。
优选的,所述第二输送机的后侧及左右两个端侧上均安装有亚克力隔板,通过亚克力隔板可以防止水果从尼龙布管滑道滑落后掉出第二输送机。
优选的,所述机架下方安装有空气压缩机,所述空气压缩机通过管道分别与第一气缸和第二气缸连接,空气压缩机用于为第一气缸和第二气缸提供气源。
优选的,本高位水果采摘与收集一体机还包括二位三通电磁阀、单向节流阀、三位五通电磁阀和气动三联件,空气压缩机产生的气体通过气动三联件分别与第一气缸和第二气缸进气端连接,两个三位五通电磁阀分别安装在第一气缸和第二气缸的进气管上,用于改变气流入口,实现气缸往返运动,两个二位三通电磁阀分别安装在第一气缸和第二气缸的出气管上,用于改变泄气路径,实现两个不同速度的往返,单向节流阀安装在第一气缸和第二气缸的出气管上,所有二位三通电磁阀、单向节流阀、三位五通电磁阀均由相应PLC控制电路控制,以便实现采摘机构位置的自动调节。
本发明提供的一种高位水果采摘与收集一体机的有益效果在于:
1)本高位水果采摘与收集一体机通过伸缩机构、采摘机构和收集机构之间的配合,可以实现采摘机构的精准移动以及高位水果的自动采摘和收集,并且可以防止采摘时对水果造成损伤,能安全解决果农高位采摘危险和低效率的现状;
2)本高位水果采摘与收集一体机移动灵活,调节方便,在实际的采摘过程中,用户只需根据监控显示屏上的画面然后通过操作盘上的按键控制第一气缸、第二气缸的伸降将采摘机构将水果套住,最后按下步进电机按键,使得采摘机构内的刀片将水果枝茎剪断即可,可以实现远程控制,方便快捷,而且可以防止剪到水果本体;
3)本高位水果采摘与收集一体机采用特殊的刀片设计,当光电开关检测到水果枝茎进入到刀具固定圈的内动圈后,通过PLC控制步进电机的运动方式可以实现带动外动圈转动一定的角度,外动圈通过连接件带动内动圈转动一定的角度,刀片通过内铰支点的转动进行展开,同时外铰支点在铰点滑道中沿轨迹进行滑动,实现对水果枝茎的剪断,步进电机回转可以实现刀片的回缩,如此一来可以实现对水果枝茎的快速切断,并且可以防止剪到水果本体;
4)本高位水果采摘与收集一体机采用良好的缓冲收集机构,通过第一输送机、第二输送机和底部装有缓冲弹簧的收集框之间的配合可以防止水果在收集下落过程中因为高度较高而造成对水果的损坏。
附图说明
图1为发明的立体结构示意图Ⅰ;
图2为发明的立体结构示意图Ⅱ;
图3为发明的立体结构示意图Ⅲ;
图4为发明的立体结构示意图Ⅳ;
图5为本发明中采摘机构的结构示意图Ⅰ;
图6为本发明中采摘机构的结构示意图Ⅱ;
图7为本发明中刀具固定圈展开时的结构示意图;
图8为本发明中刀具固定圈收缩时的结构示意图;
图9为本发明中伸缩机构的结构示意图;
图10为本发明中收集机构的结构示意图;
图11为本发明中传动结构示意图;
图12为本发明中气控原理示意图;
图13为本发明的操作流程示意图。
图中:1、第一气缸;2、操作盘;3、万向联轴器;4、第一轴承与轴承座;5、屏幕支架;6、监控显示屏;7、第一输送机;8、收集框;9、电动转盘;10、滑杆;11、带轴承的滑块;12、支撑夹;13、采摘机构;14、第二气缸;15、尼龙布管滑道;16、第二输送机;17、亚克力隔板;18、空气压缩机;19、调节卡套;20、弹簧减震万向轮;21、机架;22、铝型材;23、支架;24、缓冲软板;25、导柱;26、缓冲弹簧;27、导套;31、链条;32、链轮;33、传动电机;34、平带;35、滚筒;36、转盘板;41、二位三通电磁阀;42、单向节流阀;43、三位五通电磁阀;44、气动三联件;131、外筒;132、内筒;133、光电开关;134、夹具固定圈;135、刀具固定圈;136、连接件;137、摄像头;138、第二轴承;139、步进电机;1351、外动圈;1352、中间定圈;1353、刀片;1354、内铰支点;1355、铰点滑道;1356、内动圈;1357、外铰支点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,均属于本发明的保护范围。
实施例:一种高位水果采摘与收集一体机。
参照图1至图13所示,一种高位水果采摘与收集一体机,包括:
伸缩机构,所述伸缩机构包括第一气缸1、第二气缸14、万向联轴器3、第一轴承与轴承座4和支架23,所述第二气缸14竖直安装在机架21台面上,并且第二气缸14的底部安装有弹簧减震万向轮20,通过弹簧减震万向轮20可以使得第二气缸14实现360°的转向,第二气缸14的前端部通过支架23倾斜固定的在第二气缸14的伸缩轴上,第一轴承与轴承座4固定在机架21台面上,第一气缸1的尾部通过万向联轴器3与轴承座内的第一轴承连接,通过第一气缸1、第二气缸14、万向联轴器3及弹簧减震万向轮20之间的配合可以实现伸缩机构在竖直平面及水平面上任意位置的精准调节,在实际的采摘过程中方便采摘时对准水果的操作;
采摘机构13,所述采摘机构13安装在伸缩机构第一气缸1的滑杆10顶部并且通过支撑夹12固定,滑杆10上设置有带轴承的滑块11,所述采摘机构包括外筒131、内筒132、光电开关133、夹具固定圈134、刀具固定圈135、连接件136、摄像头137、第二轴承138和步进电机139,所述内筒132套接在外筒131内,所述外筒131和内筒132的侧壁上设置有相匹配的圆孔,步进电机139安装在内筒132的后侧且步进电机139的输出轴与内筒132后侧端面连接,第二轴承138安装在外筒131和内筒132后端面的衔接处,夹具固定圈134通过连接件136固定在内筒132的前侧端面上,刀具固定圈135安装在夹具固定圈134的前侧端面上,刀具固定圈135和夹具固定圈134上均安装有光电开关133,摄像头137安装在外筒131的前侧端面上,机架21上安装有屏幕支架5,监控显示屏6安装在所述屏幕支架5上,所述监控显示屏6与采摘机构上的摄像头137信号连接,操作盘2通过调节卡套19固定在第一气缸1的尾部,所述操作盘2上设置有控制第一气缸1和第二气缸14伸降及步进电机139工作的按键,在实际的采摘过程中,通过监控显示屏6可以实时监测高处水果的位置,方便根据监控显示屏6的画面调节采摘机构的位置,用户只需根据监控显示屏6上的画面然后通过操作盘2上的按键控制第一气缸1、第二气缸14的伸降将采摘机构将水果套住,当光电开关133检测到水果枝茎以后,然后按下步进电机139按键,使得采摘机构内的刀片1353将水果枝茎剪断即可,不仅实现了远程控制,方便快捷,而且可以防止剪到水果本体;
为了更加准确、快捷的剪断水果枝茎,对刀具固定圈135进行了特殊设计,包括外动圈1351、中间定圈1352、多个环形分布的刀片1353和内动圈1356,所述外动圈1351固定在夹具固定圈134上,中间定圈1352安装在外动圈1351与内动圈1356之间,刀片1353的外侧通过外铰支点1357铰接在外动圈1351上,中间定圈1352上设置有铰点滑道1355,刀片1353的内侧通过内铰支点1354铰接在中间定圈1352上,刀片1353的外铰支点1357可沿铰点滑道1355滑动,在实际的采摘过程中,当光电开关133检测到水果枝茎进入到刀具固定圈135的内动圈1356后,由步进电机139带动外动圈1351转动一定的角度,外动圈1351通过连接件136带动内动圈1356转动一定的角度,刀片1353通过内铰支点1354的转动进行展开,同时外铰支点1357在铰点滑道1355中沿轨迹进行滑动,从而实现刀片1353的展开,从而将水果枝茎剪断,当PLC控制步进电机139反向旋转时,可以实现刀片1353的收缩,可以进行下个水果的采摘;
收集装置,所述收集装置包括尼龙布管滑道15、第一输送机7、第二输送机16、收集框8、缓冲软板24,所述第二输送机16安装在机架21的下方,尼龙布管滑道15的上端口与采摘机构内筒132的圆孔连接,尼龙布管滑道15的下端口设置在第二输送机16的上方,第一输送机7安装在第二输送机16的尾部,所述第一输送机7竖直设置,第一输送机7上安装有多个间隔等距分布的缓冲软板24,收集框8安装在第一输送机7的正下方,被剪断的水果通过尼龙布管滑道15进入第二输送机16上方,第二输送机16的下方安装有用于支撑的铝型材22,第二输送机16采用软材质的皮带输送机,可以防止水果下落过程中造成损坏,第二输送机16将收集的水果输送至第一输送机7的缓冲软板24上,第一输送机7驱动缓冲软板24上下转动,并将收集到的水果缓慢的输送至收集框8内,从而实现采摘、收集一体化;
为了防止水果在输送过程中发生损坏,特在收集框8的底部设置有电动转盘9,收集框8通过多根导柱25固定在电动转盘9上并且通过导套27固定,收集框8的底部与电动转盘9之间安装有缓冲弹簧26,通过电动转盘9可以带动收集框8整体转动,使得收集后的水果均匀分布,防止水果扎堆聚集,通过缓冲弹簧26可以根据收集框8内水果的重量自动控制收集框8的高度,以达到较好的缓冲效果,防止因为收集框8与缓冲软板24的落差过大而对收集的水果造成损坏,并且在第二输送机16的后侧及左右两个端侧上均安装有亚克力隔板17,通过亚克力隔板17可以防止水果从尼龙布管滑道15滑落后掉出第二输送机16。
参照图3和图12所示,所述机架21下方安装有空气压缩机18,所述空气压缩机18通过管道分别与第一气缸1和第二气缸14连接,并且本高位水果采摘与收集一体机还包括二位三通电磁阀41、单向节流阀42、三位五通电磁阀43和气动三联件44,空气压缩机18用于为第一气缸1和第二气缸14提供气源,空气压缩机18产生的气体通过气动三联件44分别与第一气缸1和第二气缸14进气端连接,两个三位五通电磁阀43分别安装在第一气缸1和第二气缸14的进气管上,用于改变气流入口,实现气缸往返运动,两个二位三通电磁阀41分别安装在第一气缸1和第二气缸14的出气管上,用于改变泄气路径,实现两个不同速度的往返,单向节流阀42安装在第一气缸1和第二气缸14的出气管上,所有二位三通电磁阀41、单向节流阀42、三位五通电磁阀43均由相应PLC控制电路控制,以便通过对第一气缸1、第二气缸14的进气、出气的控制,实现对采摘机构位置的精准调节。
参照图11所示,收集机构的传动结构主要由第一输送机7、第二输送机16和电动转盘9组成,具体的传动方式如图11所示,第一输送机7、第二输送机16的传动由传动电机33提供动力,然后通过链轮32和链条31传动到滚筒35上,再带动平带34运动,电动转盘9上的转盘板36则由另外一个传动电机配合减速装置和其它连接部件,带动转盘板36运动,整个传动结构简单。
参照图13所示,本高位水果采摘与收集一体机的实际工作流程如下:
S1、人工操作左右定位,操作人员根据水果的位置,通过拉动第一气缸1可绕第二气缸14(通过底部的弹簧减震万向轮20)进行360°位置的旋转,可以对采摘机构13进行左右位置的调节;
S2、通过伸缩机构进行上下左右定位,通过安装在采摘机构上的摄像头137可以实时传输采摘画面,并通过操作盘2调节伸缩机构上的第一气缸1可以调节采摘机构的上下位置,通过第二气缸14可以调节采摘机构的倾斜采摘角度,通过伸缩机构的实现对采摘机构上下左右定位,并将需要采摘的水果套住;
S3、系统识别自动采摘或者通过人工操作按钮采摘,当通过伸缩机构将采摘机构中的内筒132将水果套住以后,安装在刀具固定圈135上的光电开关133检测到水果的枝茎,自动控制或者通过人工操作控制步进电机139带动内筒132相对于外筒131旋转,并且带动安装在内筒132前端的刀具固定圈135动作,使得安装在刀具固定圈135内的刀片1353将水果的枝茎剪断;
S4、滑道输送,被剪断的水果通过尼龙布管滑道15进入第二输送机16上方,第二输送机16采用软材质的皮带输送机,可以防止水果下落过程中造成损坏;
S5、传送带输送缓冲收集,第二输送机16将收集的水果输送至第一输送机7的缓冲软板24上,第一输送机7驱动缓冲软板24上下转动,并将收集到的水果缓慢的输送至收集框8内,从而实现采摘、收集一体化,并且可以防止采摘时对水果造成损伤。
以上所述为本发明的较佳实施例而已,但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容,所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改,都落入本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种高位水果采摘与收集一体机,其特征在于包括:
伸缩机构,所述伸缩机构包括第一气缸、第二气缸、万向联轴器、第一轴承与轴承座和支架,所述第二气缸竖直安装在机架台面上,第二气缸的前端部通过支架倾斜固定在第二气缸的伸缩轴上,第一轴承与轴承座固定在机架台面上,第一气缸的尾部通过万向联轴器与轴承座内的轴承连接;
采摘机构,所述采摘机构安装在伸缩机构第一气缸的顶部,所述采摘机构包括外筒、内筒、光电开关、夹具固定圈、刀具固定圈、连接件、摄像头、第二轴承和步进电机,所述内筒套接在外筒内,所述外筒和内筒的侧壁上设置有相匹配的圆孔,步进电机安装在内筒的后侧且步进电机的输出轴与内筒后侧端面连接,第二轴承安装在外筒和内筒后端面的衔接处,夹具固定圈通过连接件固定在内筒的前侧端面上,刀具固定圈安装在夹具固定圈的前侧端面上,刀具固定圈和夹具固定圈上均安装有光电开关,摄像头安装在外筒的前侧端面上;
收集装置,所述收集装置包括尼龙布管滑道、第一输送机、第二输送机、收集框、缓冲软板,所述第二输送机安装在机架的下方,尼龙布管滑道的上端口与采摘机构内筒的圆孔连接,尼龙布管滑道的下端口设置在第二输送机的上方,第一输送机安装在第二输送机的尾部,所述第一输送机竖直设置,第一输送机上安装有多个间隔等距分布的缓冲软板,收集框安装在第一输送机的正下方,所述收集框的底部设置有电动转盘,收集框通过多根导柱固定在电动转盘上并且通过导套固定,收集框的底部与电动转盘之间安装有缓冲弹簧;
机架上安装有屏幕支架,监控显示屏安装在所述屏幕支架上,所述监控显示屏与采摘机构上的摄像头信连接。
2.根据权利要求1所述的高位水果采摘与收集一体机,其特征在于:所述刀具固定圈包括外动圈、中间定圈、多个环形分布的刀片和内动圈,所述外动圈固定在夹具固定圈上,中间定圈安装在外动圈与内动圈之间,刀片的外侧通过外铰支点铰接在外动圈上,中间定圈上设置有铰点滑道,刀片的内侧通过内铰支点铰接在中间定圈上,刀片的外铰支点可沿铰点滑道滑动。
3.根据权利要求1所述的高位水果采摘与收集一体机,其特征在于:所述第一气缸的尾部安装有操作盘,所述操作盘上设置有控制第一气缸和第二气缸伸降及步进电机工作的按键。
4.根据权利要求1所述的高位水果采摘与收集一体机,其特征在于:所述第二气缸的底部安装有弹簧减震万向轮。
5.根据权利要求1所述的高位水果采摘与收集一体机,其特征在于:所述第二输送机的后侧及左右两个端侧上均安装有亚克力隔板。
6.根据权利要求1所述的高位水果采摘与收集一体机,其特征在于:所述机架下方安装有空气压缩机,所述空气压缩机通过管道分别与第一气缸和第二气缸连接。
7.根据权利要求6所述的高位水果采摘与收集一体机,其特征在于:还包括二位三通电磁阀、单向节流阀、三位五通电磁阀和气动三联件,空气压缩机产生的气体通过气动三联件分别与第一气缸和第二气缸进气端连接,两个三位五通电磁阀分别安装在第一气缸和第二气缸的进气管上,用于改变气流入口,实现气缸往返运动,两个二位三通电磁阀分别安装在第一气缸和第二气缸的出气管上,用于改变泄气路径,实现两个不同速度的往返,单向节流阀安装在第一气缸和第二气缸的出气管上,所有二位三通电磁阀、单向节流阀、三位五通电磁阀均由相应PLC控制电路控制。
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