自动循环式大蚕饲养设备研究及应用*

郭曦 罗俊 梅林森 赵帮泰 叶江红

四川省农业机械研究设计院，四川成都

蚕桑产业已成为四川省“川字号”优势特色农业，产业快速向好的发展趋势与落后生产装备的矛盾已成为制约蚕桑产业健康发展的瓶颈问题。因此，积极推进蚕桑产业由劳动密集型转型升级为现代化养蚕模式，大力推广机械化养蚕设备，实现减工降本、提质增效的目标，促进蚕桑产业向规模化、机械化、智能化的方向发展，是蚕桑产业可持续发展的必由之路[1]。

1 大蚕饲养技术

大蚕期是养蚕过程中龄期最长、食桑快、食桑量最大、用工最多的关键时期，在大蚕期切实做好各项饲养管理工作，是确保大蚕发育整齐、健康无病，保证蚕茧优质高产的重要支撑。大蚕饲养需要注意温湿度适宜、通风环境良好，以确保大蚕发育良好、整齐一致；多次少量给桑确保大蚕营养充分；撒粉消毒确保蚕台干燥，预防大蚕发病；定期除沙动作轻快，保持蚕台清洁防止大蚕感染疾病。

2 自动循环式大蚕饲养设备

2.1 机型结构及工作过程

自动循环式大蚕饲养设备采用底部驱动方式，主要由桑叶提升机、垂直循环饲育架、蚕台取放机构、高频次精准给桑装置、环保型撒粉消毒装置和自动控制系统构成，结构示意图如图1所示。

图1 自动循环式大蚕饲养设备结构示意图

垂直循环饲育架实现对整机的支撑，垂直链式轨道是确保蚕台循环往复运动的关键部件，桑叶提升机实现桑叶的输送，给桑装置完成对大蚕的高频次精准给桑，消毒装置实现对大蚕的环保型撒粉消毒，蚕台取放机构实现给桑消毒时蚕台的切换。自动循环式大蚕饲养设备工作流程如图2所示。

图2 自动循环式饲养设备工作流程图

2.2 机械系统

2.2.1 垂直循环饲育架

垂直循环饲育架是自动循环养蚕设备的主体结构，要求蚕台循环运行时平稳、不倾斜、不脱轨、噪音小、震动幅度小。饲育架包含左右两侧同步垂直链式循环机构、蚕台防脱悬挂机构、蚕台防侧翻轨道平衡机构等装置，主动力电机将动力经减速器传递到垂直链式循环机构，均布在链条上的悬挂蚕台随之转动，到达取放工位时，蚕台取放机构执行蚕台的切换。在运行过程中，悬挂蚕台依靠蚕台防侧翻轨道平衡机构的平衡臂与平衡轨精确配合，降低蚕台摆动幅度，防止循环链卡死，实现低噪音平稳运行。依靠蚕台在循环饲育架内做周期性运动，改变相对空间位置，满足大蚕对良好通风环境的需求，保证各个蚕台上大蚕的良好发育、整齐一致。

2.2.2 蚕台取放机构

蚕台取放机构的主要功能是切换蚕台的位置，完成给桑、消毒、除沙作业，主要包括齿条机构、电动推杆等。在大蚕饲养作业时，利用齿条机构带动电动推杆进行直线运动，到达工位，电动推杆工作，把蚕台从循环链上取下，由齿条机构拖动蚕台运动到给桑、消毒、除沙工位完成操作，再由齿条机构将蚕台精准地放回到循环链上相应位置。蚕台取放机构工作时必须精准定位蚕台位置，轻取轻放，以防止机器损伤和安全事故发生。

2.2.3 高频次精准给桑装置

大蚕期给桑既要保证大蚕充分饱食，又要节约用桑，提高单位桑叶的经济效益。4龄期要求桑叶新鲜质好，要确保良桑饱食；5龄前后期要严格控制给桑量，保证下次给桑时刚吃完；5龄中期要保证充分饱食，保障大蚕生长发育。因此，宜采用增加给桑次数而减少单次给桑量的大蚕饲养模式。高频次精准给桑装置使用高精度传感器按减重法进行精量给桑，通过调节给桑速度精准控制给桑量，并通过自动控制系统与垂直循环饲育架、蚕台取放机构配套运行实现高频次的循环往复给桑。少量多次给桑提高桑叶食用率，减少桑叶浪费。

2.2.4 环保型撒粉消毒装置

消毒作业是预防蚕病的重要措施。大蚕饲养中消毒剂以生石灰粉为主，当前以人工手撒、风力喷粉器、手持振动筛为主进行消毒作业，存在劳动强度大、撒粉不均匀、粉剂浪费等问题，且扬尘较大，对蚕农造成伤害。该装置采用双螺旋循环机构将生石灰粉均匀地铺撒在蚕台上，并通过自动控制系统与垂直循环饲育架、蚕台取放机构配套运行，作业时基本无扬尘，既减轻了蚕农劳动强度，又高效环保可靠。

2.3 自动控制系统

自动控制系统以PROFINET网络为主线，主要由西门子S7-200系列PLC以及ET200SP系列分布式I/O等硬件组成。控制系统可实现室内温湿度监测、运行方式选择、动作顺序选择、异常报警停机应急处理，集成了循环饲育架控制模块、给桑控制模块、消毒控制模块。通过上位机的输入，分别对饲育架、给桑、消毒进行参数设定，从而实现大蚕循环饲养的自动化控制，自动控制系统主界面如图3所示。另外，还设有相应的手动操作功能，以供用户更加灵活地进行设备运行，手动操作界面如图4所示。

图3 自动控制系统显示主界面

图4 自动控制系统手动操作显示界面

开机前，应检查各部件是否处于初始位置，应对未处于初始位置的机构进行手动复位操作后，才能选择自动作业。自动控制系统的工序操作如下：给桑时，先设定蚕台的数量，再依次选择上料、给桑、取盘给桑联动程序，设备自动对预设数量蚕台执行给桑操作，桑叶提升机自动上料；消毒时，先设定蚕台数量，再选择取盘消毒联动程序，设备就会自动对预设数量蚕台执行消毒操作。选择手动操作，可分别独立执行蚕台旋转运行、蚕台取放、给桑、消毒和上料操作。

3 自动循环式养蚕设备的应用

自动循环式养蚕设备经过现场安装与调试，进行了空载试运行，蚕台正常循环运转，取放蚕台顺畅，上料、给桑、消毒装置正常运行，试运行如图5所示。

在带蚕实验中，检测了整机蚕台循环运转、取放蚕台、上料、给桑、消毒等操作，运转平稳、给桑均匀、消毒效果良好、上簇率较高，达到预期目的。自动循环式养蚕设备带蚕效果如图6所示。

图5 自动循环式养蚕设备试运行图

自动循环式养蚕设备具有降低劳动强度、提高人均养蚕量、单位蚕房面积产出率较高等优点，适合适度规模养蚕。该实验设备以28个蚕台为1单元，每台设备每批次可养75 000头（约3张纸）大蚕，并且每人可操作4～6台设备，人均每批次养蚕量可提高到12张以上，显著提高了人均收益。该设备的运用将促进蚕桑产业从劳动密集型向现代化转变，提升了养蚕的机械作业水平，实现了规模化、工厂化养蚕，可助农增收，吸引更多年轻人到农村发展栽桑养蚕事业，促进乡村振兴。

4 结论与展望

图6 自动循环式养蚕设备带蚕实验效果图

根据带蚕实验，该设备可实现自动上料、给桑、消毒功能，且蚕台运行平稳，未出现脱轨现象；蚕台每间隔一定时间运行一段距离以改变蚕台的空间位置，保证了良好的通风环境，促进了大蚕发育整齐一致；蚕台取放机构可以顺利完成蚕台切换；多次少量均匀给桑，满足了大蚕对桑叶的需求，提高了桑叶的利用率；消毒均匀，节约了消毒石灰的用量，且无粉尘扬起，改善了消毒作业环境。该养蚕设备的推广将极大地促进蚕桑业的发展。

目前，四川各地养蚕还是主要依靠人工去完成除沙和上簇操作，这已成为制约蚕桑业稳定发展的主要因素，要将养蚕技术与机械设备融合，就必须要突破除沙、上簇自动化等关键技术，以实现养蚕的全程机械化。