自動(dòng)循環(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備研究及應(yīng)用*

郭曦 羅俊 梅林森 趙幫泰 葉江紅

四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川成都

蠶桑產(chǎn)業(yè)已成為四川省“川字號(hào)”優(yōu)勢(shì)特色農(nóng)業(yè)，產(chǎn)業(yè)快速向好的發(fā)展趨勢(shì)與落后生產(chǎn)裝備的矛盾已成為制約蠶桑產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。因此，積極推進(jìn)蠶桑產(chǎn)業(yè)由勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)型升級(jí)為現(xiàn)代化養(yǎng)蠶模式，大力推廣機(jī)械化養(yǎng)蠶設(shè)備，實(shí)現(xiàn)減工降本、提質(zhì)增效的目標(biāo)，促進(jìn)蠶桑產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；?、機(jī)械化、智能化的方向發(fā)展，是蠶桑產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1]。

1 大蠶飼養(yǎng)技術(shù)

大蠶期是養(yǎng)蠶過(guò)程中齡期最長(zhǎng)、食桑快、食桑量最大、用工最多的關(guān)鍵時(shí)期，在大蠶期切實(shí)做好各項(xiàng)飼養(yǎng)管理工作，是確保大蠶發(fā)育整齊、健康無(wú)病，保證蠶繭優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要支撐。大蠶飼養(yǎng)需要注意溫濕度適宜、通風(fēng)環(huán)境良好，以確保大蠶發(fā)育良好、整齊一致；多次少量給桑確保大蠶營(yíng)養(yǎng)充分；撒粉消毒確保蠶臺(tái)干燥，預(yù)防大蠶發(fā)?。欢ㄆ诔硠?dòng)作輕快，保持蠶臺(tái)清潔防止大蠶感染疾病。

2 自動(dòng)循環(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備

2.1 機(jī)型結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

自動(dòng)循環(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備采用底部驅(qū)動(dòng)方式，主要由桑葉提升機(jī)、垂直循環(huán)飼育架、蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)、高頻次精準(zhǔn)給桑裝置、環(huán)保型撒粉消毒裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)循環(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

垂直循環(huán)飼育架實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)的支撐，垂直鏈?zhǔn)杰壍朗谴_保蠶臺(tái)循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部件，桑葉提升機(jī)實(shí)現(xiàn)桑葉的輸送，給桑裝置完成對(duì)大蠶的高頻次精準(zhǔn)給桑，消毒裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)大蠶的環(huán)保型撒粉消毒，蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給桑消毒時(shí)蠶臺(tái)的切換。自動(dòng)循環(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備工作流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)循環(huán)式飼養(yǎng)設(shè)備工作流程圖

2.2 機(jī)械系統(tǒng)

2.2.1 垂直循環(huán)飼育架

垂直循環(huán)飼育架是自動(dòng)循環(huán)養(yǎng)蠶設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)，要求蠶臺(tái)循環(huán)運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)、不傾斜、不脫軌、噪音小、震動(dòng)幅度小。飼育架包含左右兩側(cè)同步垂直鏈?zhǔn)窖h(huán)機(jī)構(gòu)、蠶臺(tái)防脫懸掛機(jī)構(gòu)、蠶臺(tái)防側(cè)翻軌道平衡機(jī)構(gòu)等裝置，主動(dòng)力電機(jī)將動(dòng)力經(jīng)減速器傳遞到垂直鏈?zhǔn)窖h(huán)機(jī)構(gòu)，均布在鏈條上的懸掛蠶臺(tái)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)取放工位時(shí)，蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)執(zhí)行蠶臺(tái)的切換。在運(yùn)行過(guò)程中，懸掛蠶臺(tái)依靠蠶臺(tái)防側(cè)翻軌道平衡機(jī)構(gòu)的平衡臂與平衡軌精確配合，降低蠶臺(tái)擺動(dòng)幅度，防止循環(huán)鏈卡死，實(shí)現(xiàn)低噪音平穩(wěn)運(yùn)行。依靠蠶臺(tái)在循環(huán)飼育架內(nèi)做周期性運(yùn)動(dòng)，改變相對(duì)空間位置，滿足大蠶對(duì)良好通風(fēng)環(huán)境的需求，保證各個(gè)蠶臺(tái)上大蠶的良好發(fā)育、整齊一致。

2.2.2 蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)

蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)的主要功能是切換蠶臺(tái)的位置，完成給桑、消毒、除沙作業(yè)，主要包括齒條機(jī)構(gòu)、電動(dòng)推桿等。在大蠶飼養(yǎng)作業(yè)時(shí)，利用齒條機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電動(dòng)推桿進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)工位，電動(dòng)推桿工作，把蠶臺(tái)從循環(huán)鏈上取下，由齒條機(jī)構(gòu)拖動(dòng)蠶臺(tái)運(yùn)動(dòng)到給桑、消毒、除沙工位完成操作，再由齒條機(jī)構(gòu)將蠶臺(tái)精準(zhǔn)地放回到循環(huán)鏈上相應(yīng)位置。蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)工作時(shí)必須精準(zhǔn)定位蠶臺(tái)位置，輕取輕放，以防止機(jī)器損傷和安全事故發(fā)生。

2.2.3 高頻次精準(zhǔn)給桑裝置

大蠶期給桑既要保證大蠶充分飽食，又要節(jié)約用桑，提高單位桑葉的經(jīng)濟(jì)效益。4齡期要求桑葉新鮮質(zhì)好，要確保良桑飽食；5齡前后期要嚴(yán)格控制給桑量，保證下次給桑時(shí)剛吃完；5齡中期要保證充分飽食，保障大蠶生長(zhǎng)發(fā)育。因此，宜采用增加給桑次數(shù)而減少單次給桑量的大蠶飼養(yǎng)模式。高頻次精準(zhǔn)給桑裝置使用高精度傳感器按減重法進(jìn)行精量給桑，通過(guò)調(diào)節(jié)給桑速度精準(zhǔn)控制給桑量，并通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)與垂直循環(huán)飼育架、蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)配套運(yùn)行實(shí)現(xiàn)高頻次的循環(huán)往復(fù)給桑。少量多次給桑提高桑葉食用率，減少桑葉浪費(fèi)。

2.2.4 環(huán)保型撒粉消毒裝置

消毒作業(yè)是預(yù)防蠶病的重要措施。大蠶飼養(yǎng)中消毒劑以生石灰粉為主，當(dāng)前以人工手撒、風(fēng)力噴粉器、手持振動(dòng)篩為主進(jìn)行消毒作業(yè)，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、撒粉不均勻、粉劑浪費(fèi)等問(wèn)題，且揚(yáng)塵較大，對(duì)蠶農(nóng)造成傷害。該裝置采用雙螺旋循環(huán)機(jī)構(gòu)將生石灰粉均勻地鋪撒在蠶臺(tái)上，并通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)與垂直循環(huán)飼育架、蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)配套運(yùn)行，作業(yè)時(shí)基本無(wú)揚(yáng)塵，既減輕了蠶農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度，又高效環(huán)?？煽俊?/p>

2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)以PROFINET網(wǎng)絡(luò)為主線，主要由西門(mén)子S7-200系列PLC以及ET200SP系列分布式I/O等硬件組成?？刂葡到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)、運(yùn)行方式選擇、動(dòng)作順序選擇、異常報(bào)警停機(jī)應(yīng)急處理，集成了循環(huán)飼育架控制模塊、給?？刂颇K、消毒控制模塊。通過(guò)上位機(jī)的輸入，分別對(duì)飼育架、給桑、消毒進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)大蠶循環(huán)飼養(yǎng)的自動(dòng)化控制，自動(dòng)控制系統(tǒng)主界面如圖3所示。另外，還設(shè)有相應(yīng)的手動(dòng)操作功能，以供用戶更加靈活地進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行，手動(dòng)操作界面如圖4所示。

圖3 自動(dòng)控制系統(tǒng)顯示主界面

圖4 自動(dòng)控制系統(tǒng)手動(dòng)操作顯示界面

開(kāi)機(jī)前，應(yīng)檢查各部件是否處于初始位置，應(yīng)對(duì)未處于初始位置的機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位操作后，才能選擇自動(dòng)作業(yè)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的工序操作如下：給桑時(shí)，先設(shè)定蠶臺(tái)的數(shù)量，再依次選擇上料、給桑、取盤(pán)給桑聯(lián)動(dòng)程序，設(shè)備自動(dòng)對(duì)預(yù)設(shè)數(shù)量蠶臺(tái)執(zhí)行給桑操作，桑葉提升機(jī)自動(dòng)上料；消毒時(shí)，先設(shè)定蠶臺(tái)數(shù)量，再選擇取盤(pán)消毒聯(lián)動(dòng)程序，設(shè)備就會(huì)自動(dòng)對(duì)預(yù)設(shè)數(shù)量蠶臺(tái)執(zhí)行消毒操作。選擇手動(dòng)操作，可分別獨(dú)立執(zhí)行蠶臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行、蠶臺(tái)取放、給桑、消毒和上料操作。

3 自動(dòng)循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備的應(yīng)用

自動(dòng)循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試，進(jìn)行了空載試運(yùn)行，蠶臺(tái)正常循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，取放蠶臺(tái)順暢，上料、給桑、消毒裝置正常運(yùn)行，試運(yùn)行如圖5所示。

在帶蠶實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)了整機(jī)蠶臺(tái)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)、取放蠶臺(tái)、上料、給桑、消毒等操作，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、給桑均勻、消毒效果良好、上簇率較高，達(dá)到預(yù)期目的。自動(dòng)循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備帶蠶效果如圖6所示。

圖5 自動(dòng)循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備試運(yùn)行圖

自動(dòng)循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備具有降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人均養(yǎng)蠶量、單位蠶房面積產(chǎn)出率較高等優(yōu)點(diǎn)，適合適度規(guī)模養(yǎng)蠶。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備以28個(gè)蠶臺(tái)為1單元，每臺(tái)設(shè)備每批次可養(yǎng)75 000頭（約3張紙）大蠶，并且每人可操作4～6臺(tái)設(shè)備，人均每批次養(yǎng)蠶量可提高到12張以上，顯著提高了人均收益。該設(shè)備的運(yùn)用將促進(jìn)蠶桑產(chǎn)業(yè)從勞動(dòng)密集型向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，提升了養(yǎng)蠶的機(jī)械作業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化、工廠化養(yǎng)蠶，可助農(nóng)增收，吸引更多年輕人到農(nóng)村發(fā)展栽桑養(yǎng)蠶事業(yè)，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興。

4 結(jié)論與展望

圖6 自動(dòng)循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備帶蠶實(shí)驗(yàn)效果圖

根據(jù)帶蠶實(shí)驗(yàn)，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料、給桑、消毒功能，且蠶臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象；蠶臺(tái)每間隔一定時(shí)間運(yùn)行一段距離以改變蠶臺(tái)的空間位置，保證了良好的通風(fēng)環(huán)境，促進(jìn)了大蠶發(fā)育整齊一致；蠶臺(tái)取放機(jī)構(gòu)可以順利完成蠶臺(tái)切換；多次少量均勻給桑，滿足了大蠶對(duì)桑葉的需求，提高了桑葉的利用率；消毒均勻，節(jié)約了消毒石灰的用量，且無(wú)粉塵揚(yáng)起，改善了消毒作業(yè)環(huán)境。該養(yǎng)蠶設(shè)備的推廣將極大地促進(jìn)蠶桑業(yè)的發(fā)展。

目前，四川各地養(yǎng)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(yè)穩(wěn)定發(fā)展的主要因素，要將養(yǎng)蠶技術(shù)與機(jī)械設(shè)備融合，就必須要突破除沙、上簇自動(dòng)化等關(guān)鍵技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)蠶的全程機(jī)械化。