摘要：中心支轴式喷灌机自动控制系统由电控拒、集电环、控制塔盒、中央行走电机及电缆等相关部件组成，控制塔盒是控制喷灌机跨与跨之间相互衔接运动的关键部件，能够有效地控制喷灌机每一跨的行走轨迹。塔盒通过接收和传递电子信号控制每一跨的行走电机工作，使得每一跨绕中心支架运动。针对控制塔盒的工作原理，设计了控制机构，具有使喷灌机正转和反转运动、出现故障时自动停机等功能，有效地提高喷灌机的灌溉均匀度和自动化程度，具有很好的应用及推广价值。

    随着经济社会的发展，我国水资源供需矛盾日益突出，大力推广节水灌溉技术，加大农业节水力度，可缓解水资源供需矛盾，提高化肥、土地等利用效益并有利于改善生态环境，是发展现代农业、提高农产品产量和品质及促进农民持续增收的现实需要。
    黑龙江省是我国重要的商品粮基地，是正在建设的国家大粮仓，但水资源时空分布不均，耕地亩均占有水资源量较少，旱灾频繁发生，严重影响全省粮食生产。大力发展旱田节水灌溉成为节水增效、保障粮食稳产高产的重要举措。实施大型喷灌技术是发展节水灌溉的重要举措，中心支轴式喷灌机是大型喷灌设备中必不可少的，控制系统是中心支轴喷灌机的核心部分。先进的控制系统，可保证喷灌设备在不同地块运行稳定、可靠，针对不同农作物能提高灌溉效率和均匀度，达到高效节水、增产增收的效果。
    针对喷灌机控制系统，设计一种精准耐用的控制塔盒应用在喷灌机上，可提高大型喷灌机的自动化水平，实现精准可靠灌溉，达到高效节水和作物增产的效果，具有较好的推广前景。

    1 主要部件及工作原理
    1.1主要工作部件
    控制塔盒分为中间控制塔盒和末跨控制塔盒，均安装在各自跨体塔架车的上部。中间控制塔盒主要由同步控制调节装置、运行微动开关（控制喷灌机顺时针或逆时针运转）、安全微动开关（故障开关）、交流接触器、接线端子等部件组成，如图1所示；末跨控制塔盒主要由交流接触器、接线端子等部件组成，如图2所示。


    1.2工作原理
    中心支轴式喷灌机顺时针工作时，由电控柜向每一跨的塔盒传递电信号，控制喷灌机所有跨体同时按顺时针方向转动，此时所有跨体塔盒的运行微动开关均处于长开状态，由于喷灌机里跨行走速度相对外跨较快，使得前一跨与后一跨的控制杆成一定角度，相应塔盒中的运转微动开关触点被按下，执行停止命令，则运转微动开关处于长闭状态，对应走的较快的跨体停止转动，等待其他跨体先行运动；当控制杆回到原来运行位置，运转微动开关触点弹起，又回到长开状态。依此顺序，喷灌机每一跨进行启停动作，使得整机成圆形旋转运动。
    喷灌机逆时针工作时，则末跨电机先运转，其他跨体塔盒的运行微动开关处于长闭状态，待末跨行走与前一跨成一定角度时，控制触动运行微动开关，则运行微动开关处于长开状态，则对应的跨体开始转动。依此顺序，跨与跨之间的控制杆控制运转微动开关向行走电机传递电信号使喷灌机运转，直到首跨转动，进而整个喷灌机围绕中心点旋转进行工作。
    当喷灌机跨体行走不正常，例如出现障碍物、行走地跨坡度较大、轮胎打滑等现象时，跨与跨连接之间的控制杆触动安全微动开关，使得所有跨的行走电机停止转动，进而喷灌机停止运转。

    2 主要工作部件的设计
    2.1塔盒座板设计
    如图3所示，塔盒座板上设计安装有微动开关、交流接触器等电器元件。选择2个微动开关连接中心支轴喷灌机电控系统，作为喷灌机运转的控制元件。该微动开关行程短，反应灵敏，能精确控制行走电机的启停。各个电器元件之间通过端子排接线连接，接线选用4x2.5＋6×1. 5电缆线。喷灌机正常运行时，微动开关控制交流接触器线圈的吸合，进而控制行走电机运行。设置喷灌机顺时针运转（正转）时，处于线圈吸合状态，行走电机直接转动；喷灌机逆时针运转（反转）时，线圈不吸合，当运转微动开关触点被按下，且听到“滴答”声音时，线圈吸合，行走电机转动。得出喷灌机运转规则是：1顷时针（正转）运行就是逆时针（反转）的停止，顺时针（正转）停止就是逆时针（反转）运行。

    2.2触点板机构
    触点板机构由触动弹簧、触点板、控制杆连接杆等部分组成。工作时，由控制杆连接杆拨动触动弹簧，触动弹簧带动触点板旋转成一定角度，使得触点按下运转微动开关和安全微动开关，进而控制喷灌机正、反转及故障启停。触点板旋转角度控制在0°～2°之间，由触点板限位板限制住触点板的旋转角度。
    图4中的运转微动开关连接喷灌机电控柜，微动开关的触点被运转触点按下或抬起，传递电信号给行走电机正转或者反转运行。安全微动开关是当喷灌机行走不正常的情况下，触点才会按下安全微动开关触点。这一切运转动作则需要前一跨与后一跨的控制杆进行控制。

    2.3感应板机构
    图5中感应板起到辅助控制连接杆控制喷灌机行走角度的作用，当控制杆连接杆出现问题时，感应板会带动控制杆进行旋转角度，进而带动触点板触碰微动开关，使得行走电机运转。

    设计弹簧控制杆限制住触动弹簧，使得触点板的旋转行程不至于过大，起到了精确控制运转角度的作用。触点板中心线上靠近触点一侧设计有直径17. 5 mm孔，触点板限位杆穿入孔中；当触点板旋转时，通过限位杆限制住触点板的旋转角度，使得运转微动开关触点和安全微动开关触点安全被按下，防止触点板旋转过大，损坏微动开关。

    3 结论
    随着喷灌机自动化控制技术的迅速发展，专业控制机构也日益完善。本控制塔盒是基于 PLC自动控制理论而设计的，通过传递不同要求的电信号设置不同的机械装置。塔盒内的微动开关使用寿命可达一千万次，具有安全自锁机构，确保在断电的情况下才能打开塔盒。塔盒的控制杆结构合理，调直装置简单容易，有益于喷灌机智能控制系统的开发研究。