新型蠶蛾研磨批量自動加注器的研發(fā)應(yīng)用

李莉苓 蒙 霜 胡文娟 韋紅群 何珊珊 何松濤 莫云霞 夏 青

（廣西蠶業(yè)技術(shù)推廣站 廣西南寧 530007）

廣西是中國最大的蠶業(yè)省區(qū)，是中國乃至世界最大的原料繭生產(chǎn)基地，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，2021年廣西桑園面積為302.63萬畝，蠶繭產(chǎn)量為40.74萬t。2021年全區(qū)共有12個市86個縣（市、區(qū)）的615個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）涉及蠶桑生產(chǎn)。桑蠶產(chǎn)業(yè)已逐步成為廣西農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。

家蠶微粒子病是一種可以通過胚種傳染，對蠶桑產(chǎn)業(yè)具有毀滅性危害的疫病。母蛾檢疫是蠶種生產(chǎn)中強(qiáng)制的檢疫項目，只有母蛾檢疫合格的蠶種才能應(yīng)用于下一代的繁育或生產(chǎn)[2]。根據(jù)廣西地方標(biāo)準(zhǔn)DB45/T 82—2014《桑蠶種檢驗檢疫技術(shù)規(guī)程》，桑蠶原原母種與原原種采用單蛾檢驗或集團(tuán)磨蛾檢驗，且所有制種母蛾全部檢驗[3]，2021年廣西蠶種母蛾單蛾檢驗量接近24萬蛾。如按傳統(tǒng)的蠶種母蛾單蛾檢驗方法，使用研磨缽進(jìn)行人工手磨研磨，不僅工作耗時長、效率低、強(qiáng)度大，且很難達(dá)到研磨質(zhì)量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

為解決這一難題，推進(jìn)單蛾檢驗制樣的機(jī)械化和標(biāo)準(zhǔn)化，廣西蠶種質(zhì)量檢驗檢疫站研發(fā)出一套單蛾檢驗制樣設(shè)備，其中包括新型蠶蛾研磨批量自動加注器。新型蠶蛾研磨批量自動加注器可實(shí)現(xiàn)自動添加研磨珠和注入統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的溶液。新型蠶蛾研磨批量自動加注器裝置從2021年開始試用于檢驗。通過一年的檢驗生產(chǎn)，自動加注器裝置性能表現(xiàn)為加注液量穩(wěn)定、加珠空珠率低、工效高的特點(diǎn)，有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。

1 新型蠶蛾研磨批量自動加注器裝置設(shè)計與工作流程

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型蠶蛾研磨批量自動加注器包含研磨管承載部、驅(qū)動部、加珠部和注液部，使用時，先將研磨管放入承載部再放至加注初始位置，通過驅(qū)動部傳送至加珠口與注液口進(jìn)行加珠與注液，使加珠與注液可以自動進(jìn)行。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1至圖8所示。

圖1 新型蠶蛾研磨批量自動加注器立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 新型蠶蛾研磨批量自動加注器A-A方向 剖面結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 新型蠶蛾研磨批量自動加注器俯視圖

圖4 新型蠶蛾研磨批量自動加注器主視圖

圖5 加珠部和注液部整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 加珠部和注液部右視圖

圖7 加珠部和注液部底面圖

圖8 注液部一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖

圖1至圖8中，1：控制模塊；2：注液轉(zhuǎn)換裝置；3：分液管；4：注液噴頭；5：第一下珠板；6：第二下珠板；7：研磨管；8：驅(qū)動部；9：研磨管承載部；10：供液管；11：取電口；12：進(jìn)氣口；13：進(jìn)液口；14：料倉；15：指示燈；16：緊急暫停鍵；17：螺絲；18：凹口；19：氣壓槍；20：氣壓口；21：加珠口；22：氣壓管；23：加珠部；24：注液部；25：注液口。

1.2 設(shè)計原理

新型蠶蛾研磨批量自動加注器中注液部和加珠部均設(shè)置有7個并排成列的加注口（注液口和加珠口），成排的注液口和加珠口可與成排的研磨管口對應(yīng)。

加珠部分為漏斗狀料倉、第一下珠板、第二下珠板和氣壓槍，正常情況下料倉中的研磨珠可直接下滑到第一下珠板的凹口中，啟動時氣壓槍通過氣壓口與氣壓管連接，通過使用氣壓槍，驅(qū)動第一下珠板相對于第二下珠板滑動，以使得第二下珠板上加珠口與第一下珠板的凹口對應(yīng)或錯開，研磨珠通過或攔截來實(shí)現(xiàn)下珠。

注液部分為供液管、注液轉(zhuǎn)換裝置、分液管和注液口及若干注液噴頭，研磨液經(jīng)供液管傳送到注液轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)加壓進(jìn)入分液管輸送到注液口通過注液噴頭進(jìn)行注液。

加珠部設(shè)置于注液部的前側(cè)，研磨管承載部在驅(qū)動部的帶動下，將第一排研磨管先移動至加珠部下方完成加珠，再移動至注液部的下方進(jìn)行注液，完成一次加珠和注液為一個加注周期。可通過控制模塊選擇加注數(shù)量來完成加珠和注液操作。

1.3 工作流程

裝置工作流程如圖9所示。步驟一：接通電源，首先通過控制模塊1設(shè)置各項參數(shù)（每次下液量、加珠到注液距離、研磨管承載部初始位置到加珠口距離、研磨管承載部每次移動距離即驅(qū)動部的步進(jìn)距離、氣壓槍復(fù)位時間、加注研磨管的數(shù)量等）。步驟二：啟動裝置，驅(qū)動部從初始位置平移至使第一排研磨管對準(zhǔn)加珠口21，然后通過氣壓槍推動第一下珠板平移，使加珠口與凹口對應(yīng)，即可加珠，之后氣壓槍再驅(qū)動第一下珠板復(fù)位，使加珠口與凹口錯開，此次加珠過程結(jié)束，且第一下珠板每次平移與復(fù)位的時間僅足夠一粒珠子下落。步驟三：加珠結(jié)束后，驅(qū)動部驅(qū)動研磨管承載部向前移動一個身位，使第一批研磨管對準(zhǔn)注液噴頭下的注液口，通過控制模塊驅(qū)使注液噴頭注液。上述步驟一、二、三即為一個完整的加注過程，此后驅(qū)動部、氣壓槍和注液噴頭循環(huán)動作，可使加注過程自動進(jìn)行，完成每一排研磨管的加注。其中，控制模塊可以精確設(shè)置各個步驟動作的先后順序以及間隔時間，使加注過程自動、有序地進(jìn)行。

圖9 新型蠶蛾研磨批量自動加注器工作流程

2 新型蠶蛾研磨批量自動加注器加注效果分析

2.1 自動加注和人工加注的加注時長與加珠準(zhǔn)確率比較

以自動加注為對照，通過設(shè)定新型蠶蛾研磨批量自動加注器加注56個研磨管為一個調(diào)查處理，記錄其從開始加珠注液到加注結(jié)束所需總時長和加珠錯誤管數(shù)，計算加珠準(zhǔn)確率，做3次重復(fù)計算其均值，并與3個人工加注的3次重復(fù)均值進(jìn)行對比分析。

從表1可以看出，3個人工手動加注所需時長3次重復(fù)的均值分別為112.3 s、109.3 s、121.3 s，分別比新型蠶蛾研磨批量自動加注器加注所需時長3次重復(fù)的均值多27.6%，24.2%，37.8%，自動加珠重復(fù)3次的準(zhǔn)確率均為100%，3個人工加珠準(zhǔn)確率3次重復(fù)的均值分別為99.4%、99.4%、100%。由此可見，新型蠶蛾研磨批量自動加注器在加注時長上較人工手動加注有明顯優(yōu)勢，在自動加珠準(zhǔn)確率上與人工手動加珠差異較小。

表1 加注時長調(diào)查記錄表

2.2 自動注液精準(zhǔn)度與人工注液精準(zhǔn)度比較

根據(jù)DB45/T 82—2014《桑蠶種檢驗檢疫技術(shù)規(guī)程》，制樣時加入的0.5%KOH溶液為2 mL，設(shè)定目標(biāo)注液量為2 mL，通過以自動加注器加注與人工（3人）加注作對比調(diào)查，連續(xù)加注3組（56管/組）后調(diào)查注液量，每組隨機(jī)抽取3管進(jìn)行注液量調(diào)查并進(jìn)行注液精準(zhǔn)度對比分析。

由表2可以看出，自動加注器的注液量在2 mL～2.1 mL之間，3次重復(fù)注液平均值均為2.03 mL，與目標(biāo)注液量2 mL差異不明顯；而人工注液的注液平均值分別為2.27 mL、2.2 mL、2.23 mL、2.03 mL、2.2 mL、2.33 mL、2.93 mL、3.07 mL、3.1 mL，其中最大值為3.07 mL，最小值為2.03 mL，調(diào)查的27管僅有1管的溶液達(dá)到目標(biāo)值。由此可見，與人工注液精準(zhǔn)度相比，自動注液精準(zhǔn)度更高，且誤差小，注液效果穩(wěn)定。

表2 注液精準(zhǔn)度調(diào)查記錄表

2.3 不同人員人工注液精準(zhǔn)度方差分析

對人工注液數(shù)值進(jìn)行F檢驗，分析結(jié)果如表3所示。由表3可知，3人每人每組每管的注液量總體均值存在統(tǒng)計學(xué)差異（F=17.746，P＜0.001）。由此可見，人工手動注液精準(zhǔn)度不穩(wěn)定，人與人之間、個人不同組別之間注液精準(zhǔn)度皆存在差異。

表3 不同人員人工注液精準(zhǔn)度F檢驗

2.4 自動加注與人工加注效果方差分析

分別對人工的加注時長和注液精準(zhǔn)度與自動加注器的加注時長和注液精準(zhǔn)度進(jìn)行配對樣本t檢驗，分析結(jié)果如表4所示?？芍斯ぜ幼r長與自動加注時長的P值為0.018，P值小于0.05，差異顯著，由此可見，自動加注器加注相比人工加注在加注時長和工作效率上更具優(yōu)勢。人工注液精準(zhǔn)度與自動注液精準(zhǔn)度的P值為0.010，P值小于0.05，差異顯著，由此可見，自動加注器注液的精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性均優(yōu)于人工手動注液。

表4 加注效果配對樣本t檢驗

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

通過對新型蠶蛾研磨批量自動加注器與人工手動加注的加注效果與精準(zhǔn)性進(jìn)行對比分析，結(jié)果顯示新型蠶蛾研磨批量自動加注器不僅操作方法簡單、省時高效、注液精準(zhǔn)度高且穩(wěn)定性強(qiáng)，對于蠶種母蛾的單蛾檢驗檢疫制樣標(biāo)準(zhǔn)化有輔助推進(jìn)作用。在單蛾檢驗檢疫中推廣使用該自動加注器，可降低檢驗人員的勞動強(qiáng)度，提高勞動效率，同時能有效減少人為誤差，提高檢驗樣品制樣的標(biāo)準(zhǔn)化程度。由此可見，新型蠶蛾研磨批量自動加注器具有良好的應(yīng)用價值。

3.2 討論

新型蠶蛾研磨批量自動加注器的研發(fā)與應(yīng)用，雖然改進(jìn)了原來人工加珠注液的方式，降低了檢驗工作勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，但由于生產(chǎn)中不同批次蠶蛾的生產(chǎn)飼養(yǎng)條件存在差異，蠶蛾存在個體差異，使得注液量存在差異，而現(xiàn)有的批量自動加注器的注液選項的注液量是通過注液時間長短來實(shí)現(xiàn)控制的，時間檔位選項時間差為1 s，注液量的調(diào)節(jié)不夠靈活。因此，在注液量控制方面可繼續(xù)深入研究，如研發(fā)設(shè)計出一款不僅能自動加珠注液，而且在自動注液功能上以注液量為設(shè)定方式，注液量可以通過電子控制輸入數(shù)值來實(shí)現(xiàn)調(diào)控的批量自動加注器，以滿足不同檢驗樣本在檢驗中的注液量需求，繼續(xù)提高其精準(zhǔn)度。