自動循環式大蠶飼養設備研究及應用*

郭曦 羅俊 梅林森 趙幫泰 葉江紅

四川省農業機械研究設計院，四川成都

蠶桑產業已成為四川省“川字號”優勢特色農業，產業快速向好的發展趨勢與落后生產裝備的矛盾已成為制約蠶桑產業健康發展的瓶頸問題。因此，積極推進蠶桑產業由勞動密集型轉型升級為現代化養蠶模式，大力推廣機械化養蠶設備，實現減工降本、提質增效的目標，促進蠶桑產業向規模化、機械化、智能化的方向發展，是蠶桑產業可持續發展的必由之路[1]。

1 大蠶飼養技術

大蠶期是養蠶過程中齡期最長、食桑快、食桑量最大、用工最多的關鍵時期，在大蠶期切實做好各項飼養管理工作，是確保大蠶發育整齊、健康無病，保證蠶繭優質高產的重要支撐。大蠶飼養需要注意溫濕度適宜、通風環境良好，以確保大蠶發育良好、整齊一致；多次少量給桑確保大蠶營養充分；撒粉消毒確保蠶臺干燥，預防大蠶發病；定期除沙動作輕快，保持蠶臺清潔防止大蠶感染疾病。

2 自動循環式大蠶飼養設備

2.1 機型結構及工作過程

自動循環式大蠶飼養設備采用底部驅動方式，主要由桑葉提升機、垂直循環飼育架、蠶臺取放機構、高頻次精準給桑裝置、環保型撒粉消毒裝置和自動控制系統構成，結構示意圖如圖1所示。

圖1 自動循環式大蠶飼養設備結構示意圖

垂直循環飼育架實現對整機的支撐，垂直鏈式軌道是確保蠶臺循環往復運動的關鍵部件，桑葉提升機實現桑葉的輸送，給桑裝置完成對大蠶的高頻次精準給桑，消毒裝置實現對大蠶的環保型撒粉消毒，蠶臺取放機構實現給桑消毒時蠶臺的切換。自動循環式大蠶飼養設備工作流程如圖2所示。

圖2 自動循環式飼養設備工作流程圖

2.2 機械系統

2.2.1 垂直循環飼育架

垂直循環飼育架是自動循環養蠶設備的主體結構，要求蠶臺循環運行時平穩、不傾斜、不脫軌、噪音小、震動幅度小。飼育架包含左右兩側同步垂直鏈式循環機構、蠶臺防脫懸掛機構、蠶臺防側翻軌道平衡機構等裝置，主動力電機將動力經減速器傳遞到垂直鏈式循環機構，均布在鏈條上的懸掛蠶臺隨之轉動，到達取放工位時，蠶臺取放機構執行蠶臺的切換。在運行過程中，懸掛蠶臺依靠蠶臺防側翻軌道平衡機構的平衡臂與平衡軌精確配合，降低蠶臺擺動幅度，防止循環鏈卡死，實現低噪音平穩運行。依靠蠶臺在循環飼育架內做周期性運動，改變相對空間位置，滿足大蠶對良好通風環境的需求，保證各個蠶臺上大蠶的良好發育、整齊一致。

2.2.2 蠶臺取放機構

蠶臺取放機構的主要功能是切換蠶臺的位置，完成給桑、消毒、除沙作業，主要包括齒條機構、電動推桿等。在大蠶飼養作業時，利用齒條機構帶動電動推桿進行直線運動，到達工位，電動推桿工作，把蠶臺從循環鏈上取下，由齒條機構拖動蠶臺運動到給桑、消毒、除沙工位完成操作，再由齒條機構將蠶臺精準地放回到循環鏈上相應位置。蠶臺取放機構工作時必須精準定位蠶臺位置，輕取輕放，以防止機器損傷和安全事故發生。

2.2.3 高頻次精準給桑裝置

大蠶期給桑既要保證大蠶充分飽食，又要節約用桑，提高單位桑葉的經濟效益。4齡期要求桑葉新鮮質好，要確保良桑飽食；5齡前后期要嚴格控制給桑量，保證下次給桑時剛吃完；5齡中期要保證充分飽食，保障大蠶生長發育。因此，宜采用增加給桑次數而減少單次給桑量的大蠶飼養模式。高頻次精準給桑裝置使用高精度傳感器按減重法進行精量給桑，通過調節給桑速度精準控制給桑量，并通過自動控制系統與垂直循環飼育架、蠶臺取放機構配套運行實現高頻次的循環往復給桑。少量多次給桑提高桑葉食用率，減少桑葉浪費。

2.2.4 環保型撒粉消毒裝置

消毒作業是預防蠶病的重要措施。大蠶飼養中消毒劑以生石灰粉為主，當前以人工手撒、風力噴粉器、手持振動篩為主進行消毒作業，存在勞動強度大、撒粉不均勻、粉劑浪費等問題，且揚塵較大，對蠶農造成傷害。該裝置采用雙螺旋循環機構將生石灰粉均勻地鋪撒在蠶臺上，并通過自動控制系統與垂直循環飼育架、蠶臺取放機構配套運行，作業時基本無揚塵，既減輕了蠶農勞動強度，又高效環保可靠。

2.3 自動控制系統

自動控制系統以PROFINET網絡為主線，主要由西門子S7-200系列PLC以及ET200SP系列分布式I/O等硬件組成。控制系統可實現室內溫濕度監測、運行方式選擇、動作順序選擇、異常報警停機應急處理，集成了循環飼育架控制模塊、給桑控制模塊、消毒控制模塊。通過上位機的輸入，分別對飼育架、給桑、消毒進行參數設定，從而實現大蠶循環飼養的自動化控制，自動控制系統主界面如圖3所示。另外，還設有相應的手動操作功能，以供用戶更加靈活地進行設備運行，手動操作界面如圖4所示。

圖3 自動控制系統顯示主界面

圖4 自動控制系統手動操作顯示界面

開機前，應檢查各部件是否處于初始位置，應對未處于初始位置的機構進行手動復位操作后，才能選擇自動作業。自動控制系統的工序操作如下：給桑時，先設定蠶臺的數量，再依次選擇上料、給桑、取盤給桑聯動程序，設備自動對預設數量蠶臺執行給桑操作，桑葉提升機自動上料；消毒時，先設定蠶臺數量，再選擇取盤消毒聯動程序，設備就會自動對預設數量蠶臺執行消毒操作。選擇手動操作，可分別獨立執行蠶臺旋轉運行、蠶臺取放、給桑、消毒和上料操作。

3 自動循環式養蠶設備的應用

自動循環式養蠶設備經過現場安裝與調試，進行了空載試運行，蠶臺正常循環運轉，取放蠶臺順暢，上料、給桑、消毒裝置正常運行，試運行如圖5所示。

在帶蠶實驗中，檢測了整機蠶臺循環運轉、取放蠶臺、上料、給桑、消毒等操作，運轉平穩、給桑均勻、消毒效果良好、上簇率較高，達到預期目的。自動循環式養蠶設備帶蠶效果如圖6所示。

圖5 自動循環式養蠶設備試運行圖

自動循環式養蠶設備具有降低勞動強度、提高人均養蠶量、單位蠶房面積產出率較高等優點，適合適度規模養蠶。該實驗設備以28個蠶臺為1單元，每臺設備每批次可養75 000頭（約3張紙）大蠶，并且每人可操作4～6臺設備，人均每批次養蠶量可提高到12張以上，顯著提高了人均收益。該設備的運用將促進蠶桑產業從勞動密集型向現代化轉變，提升了養蠶的機械作業水平，實現了規模化、工廠化養蠶，可助農增收，吸引更多年輕人到農村發展栽桑養蠶事業，促進鄉村振興。

4 結論與展望

圖6 自動循環式養蠶設備帶蠶實驗效果圖

根據帶蠶實驗，該設備可實現自動上料、給桑、消毒功能，且蠶臺運行平穩，未出現脫軌現象；蠶臺每間隔一定時間運行一段距離以改變蠶臺的空間位置，保證了良好的通風環境，促進了大蠶發育整齊一致；蠶臺取放機構可以順利完成蠶臺切換；多次少量均勻給桑，滿足了大蠶對桑葉的需求，提高了桑葉的利用率；消毒均勻，節約了消毒石灰的用量，且無粉塵揚起，改善了消毒作業環境。該養蠶設備的推廣將極大地促進蠶桑業的發展。

目前，四川各地養蠶還是主要依靠人工去完成除沙和上簇操作，這已成為制約蠶桑業穩定發展的主要因素，要將養蠶技術與機械設備融合，就必須要突破除沙、上簇自動化等關鍵技術，以實現養蠶的全程機械化。