新型蚕蛾研磨批量自动加注器的研发应用

李莉苓 蒙 霜 胡文娟 韦红群 何珊珊 何松涛 莫云霞 夏 青

（广西蚕业技术推广站 广西南宁 530007）

广西是中国最大的蚕业省区，是中国乃至世界最大的原料茧生产基地，据有关部门统计，2021年广西桑园面积为302.63万亩，蚕茧产量为40.74万t。2021年全区共有12个市86个县（市、区）的615个乡（镇）涉及蚕桑生产。桑蚕产业已逐步成为广西农业农村经济发展的支柱产业[1]。

家蚕微粒子病是一种可以通过胚种传染，对蚕桑产业具有毁灭性危害的疫病。母蛾检疫是蚕种生产中强制的检疫项目，只有母蛾检疫合格的蚕种才能应用于下一代的繁育或生产[2]。根据广西地方标准DB45/T 82—2014《桑蚕种检验检疫技术规程》，桑蚕原原母种与原原种采用单蛾检验或集团磨蛾检验，且所有制种母蛾全部检验[3]，2021年广西蚕种母蛾单蛾检验量接近24万蛾。如按传统的蚕种母蛾单蛾检验方法，使用研磨钵进行人工手磨研磨，不仅工作耗时长、效率低、强度大，且很难达到研磨质量的统一标准。

为解决这一难题，推进单蛾检验制样的机械化和标准化，广西蚕种质量检验检疫站研发出一套单蛾检验制样设备，其中包括新型蚕蛾研磨批量自动加注器。新型蚕蛾研磨批量自动加注器可实现自动添加研磨珠和注入统一标准的溶液。新型蚕蛾研磨批量自动加注器装置从2021年开始试用于检验。通过一年的检验生产，自动加注器装置性能表现为加注液量稳定、加珠空珠率低、工效高的特点，有较强的推广应用价值。

1 新型蚕蛾研磨批量自动加注器装置设计与工作流程

1.1 结构设计

新型蚕蛾研磨批量自动加注器包含研磨管承载部、驱动部、加珠部和注液部，使用时，先将研磨管放入承载部再放至加注初始位置，通过驱动部传送至加珠口与注液口进行加珠与注液，使加珠与注液可以自动进行。其详细结构如图1至图8所示。

图1 新型蚕蛾研磨批量自动加注器立体结构示意图

图2 新型蚕蛾研磨批量自动加注器A-A方向 剖面结构示意图

图3 新型蚕蛾研磨批量自动加注器俯视图

图4 新型蚕蛾研磨批量自动加注器主视图

图5 加珠部和注液部整体结构示意图

图6 加珠部和注液部右视图

图7 加珠部和注液部底面图

图8 注液部一种实施方式的结构示意图

图1至图8中，1：控制模块；2：注液转换装置；3：分液管；4：注液喷头；5：第一下珠板；6：第二下珠板；7：研磨管；8：驱动部；9：研磨管承载部；10：供液管；11：取电口；12：进气口；13：进液口；14：料仓；15：指示灯；16：紧急暂停键；17：螺丝；18：凹口；19：气压枪；20：气压口；21：加珠口；22：气压管；23：加珠部；24：注液部；25：注液口。

1.2 设计原理

新型蚕蛾研磨批量自动加注器中注液部和加珠部均设置有7个并排成列的加注口（注液口和加珠口），成排的注液口和加珠口可与成排的研磨管口对应。

加珠部分为漏斗状料仓、第一下珠板、第二下珠板和气压枪，正常情况下料仓中的研磨珠可直接下滑到第一下珠板的凹口中，启动时气压枪通过气压口与气压管连接，通过使用气压枪，驱动第一下珠板相对于第二下珠板滑动，以使得第二下珠板上加珠口与第一下珠板的凹口对应或错开，研磨珠通过或拦截来实现下珠。

注液部分为供液管、注液转换装置、分液管和注液口及若干注液喷头，研磨液经供液管传送到注液转换装置经加压进入分液管输送到注液口通过注液喷头进行注液。

加珠部设置于注液部的前侧，研磨管承载部在驱动部的带动下，将第一排研磨管先移动至加珠部下方完成加珠，再移动至注液部的下方进行注液，完成一次加珠和注液为一个加注周期。可通过控制模块选择加注数量来完成加珠和注液操作。

1.3 工作流程

装置工作流程如图9所示。步骤一：接通电源，首先通过控制模块1设置各项参数（每次下液量、加珠到注液距离、研磨管承载部初始位置到加珠口距离、研磨管承载部每次移动距离即驱动部的步进距离、气压枪复位时间、加注研磨管的数量等）。步骤二：启动装置，驱动部从初始位置平移至使第一排研磨管对准加珠口21，然后通过气压枪推动第一下珠板平移，使加珠口与凹口对应，即可加珠，之后气压枪再驱动第一下珠板复位，使加珠口与凹口错开，此次加珠过程结束，且第一下珠板每次平移与复位的时间仅足够一粒珠子下落。步骤三：加珠结束后，驱动部驱动研磨管承载部向前移动一个身位，使第一批研磨管对准注液喷头下的注液口，通过控制模块驱使注液喷头注液。上述步骤一、二、三即为一个完整的加注过程，此后驱动部、气压枪和注液喷头循环动作，可使加注过程自动进行，完成每一排研磨管的加注。其中，控制模块可以精确设置各个步骤动作的先后顺序以及间隔时间，使加注过程自动、有序地进行。

图9 新型蚕蛾研磨批量自动加注器工作流程

2 新型蚕蛾研磨批量自动加注器加注效果分析

2.1 自动加注和人工加注的加注时长与加珠准确率比较

以自动加注为对照，通过设定新型蚕蛾研磨批量自动加注器加注56个研磨管为一个调查处理，记录其从开始加珠注液到加注结束所需总时长和加珠错误管数，计算加珠准确率，做3次重复计算其均值，并与3个人工加注的3次重复均值进行对比分析。

从表1可以看出，3个人工手动加注所需时长3次重复的均值分别为112.3 s、109.3 s、121.3 s，分别比新型蚕蛾研磨批量自动加注器加注所需时长3次重复的均值多27.6%，24.2%，37.8%，自动加珠重复3次的准确率均为100%，3个人工加珠准确率3次重复的均值分别为99.4%、99.4%、100%。由此可见，新型蚕蛾研磨批量自动加注器在加注时长上较人工手动加注有明显优势，在自动加珠准确率上与人工手动加珠差异较小。

表1 加注时长调查记录表

2.2 自动注液精准度与人工注液精准度比较

根据DB45/T 82—2014《桑蚕种检验检疫技术规程》，制样时加入的0.5%KOH溶液为2 mL，设定目标注液量为2 mL，通过以自动加注器加注与人工（3人）加注作对比调查，连续加注3组（56管/组）后调查注液量，每组随机抽取3管进行注液量调查并进行注液精准度对比分析。

由表2可以看出，自动加注器的注液量在2 mL～2.1 mL之间，3次重复注液平均值均为2.03 mL，与目标注液量2 mL差异不明显；而人工注液的注液平均值分别为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，其中最大值为3.07 mL，最小值为2.03 mL，调查的27管仅有1管的溶液达到目标值。由此可见，与人工注液精准度相比，自动注液精准度更高，且误差小，注液效果稳定。

表2 注液精准度调查记录表

2.3 不同人员人工注液精准度方差分析

对人工注液数值进行F检验，分析结果如表3所示。由表3可知，3人每人每组每管的注液量总体均值存在统计学差异（F=17.746，P＜0.001）。由此可见，人工手动注液精准度不稳定，人与人之间、个人不同组别之间注液精准度皆存在差异。

表3 不同人员人工注液精准度F检验

2.4 自动加注与人工加注效果方差分析

分别对人工的加注时长和注液精准度与自动加注器的加注时长和注液精准度进行配对样本t检验，分析结果如表4所示。可知人工加注时长与自动加注时长的P值为0.018，P值小于0.05，差异显著，由此可见，自动加注器加注相比人工加注在加注时长和工作效率上更具优势。人工注液精准度与自动注液精准度的P值为0.010，P值小于0.05，差异显著，由此可见，自动加注器注液的精准度、稳定性均优于人工手动注液。

表4 加注效果配对样本t检验

3 小结与讨论

3.1 小结

通过对新型蚕蛾研磨批量自动加注器与人工手动加注的加注效果与精准性进行对比分析，结果显示新型蚕蛾研磨批量自动加注器不仅操作方法简单、省时高效、注液精准度高且稳定性强，对于蚕种母蛾的单蛾检验检疫制样标准化有辅助推进作用。在单蛾检验检疫中推广使用该自动加注器，可降低检验人员的劳动强度，提高劳动效率，同时能有效减少人为误差，提高检验样品制样的标准化程度。由此可见，新型蚕蛾研磨批量自动加注器具有良好的应用价值。

3.2 讨论

新型蚕蛾研磨批量自动加注器的研发与应用，虽然改进了原来人工加珠注液的方式，降低了检验工作劳动强度，提高了工作效率，但由于生产中不同批次蚕蛾的生产饲养条件存在差异，蚕蛾存在个体差异，使得注液量存在差异，而现有的批量自动加注器的注液选项的注液量是通过注液时间长短来实现控制的，时间档位选项时间差为1 s，注液量的调节不够灵活。因此，在注液量控制方面可继续深入研究，如研发设计出一款不仅能自动加珠注液，而且在自动注液功能上以注液量为设定方式，注液量可以通过电子控制输入数值来实现调控的批量自动加注器，以满足不同检验样本在检验中的注液量需求，继续提高其精准度。