郭曦 羅俊 梅林森 趙幫泰 葉江紅

四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院，四川成都

蠶桑產(chǎn)業(yè)已成為四川省“川字號”優(yōu)勢特色農(nóng)業(yè)，產(chǎn)業(yè)快速向好的發(fā)展趨勢與落后生產(chǎn)裝備的矛盾已成為制約蠶桑產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸問題。因此，積極推進蠶桑產(chǎn)業(yè)由勞動密集型轉(zhuǎn)型升級為現(xiàn)代化養(yǎng)蠶模式，大力推廣機械化養(yǎng)蠶設(shè)備，實現(xiàn)減工降本、提質(zhì)增效的目標(biāo)，促進蠶桑產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；?、機械化、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)蠶過程中齡期最長、食?？?、食桑量最大、用工最多的關(guān)鍵時期，在大蠶期切實做好各項飼養(yǎng)管理工作，是確保大蠶發(fā)育整齊、健康無病，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養(yǎng)充分；撒粉消毒確保蠶臺干燥，預(yù)防大蠶發(fā)??；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(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備

2.1 機型結(jié)構(gòu)及工作過程

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

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

垂直循環(huán)飼育架實現(xiàn)對整機的支撐，垂直鏈?zhǔn)杰壍朗谴_保蠶臺循環(huán)往復(fù)運動的關(guān)鍵部件，桑葉提升機實現(xiàn)桑葉的輸送，給桑裝置完成對大蠶的高頻次精準(zhǔn)給桑，消毒裝置實現(xiàn)對大蠶的環(huán)保型撒粉消毒，蠶臺取放機構(gòu)實現(xiàn)給桑消毒時蠶臺的切換。自動循環(huán)式大蠶飼養(yǎng)設(shè)備工作流程如圖2所示。

圖2 自動循環(huán)式飼養(yǎng)設(shè)備工作流程圖

2.2 機械系統(tǒng)

2.2.1 垂直循環(huán)飼育架

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

2.2.2 蠶臺取放機構(gòu)

蠶臺取放機構(gòu)的主要功能是切換蠶臺的位置，完成給桑、消毒、除沙作業(yè)，主要包括齒條機構(gòu)、電動推桿等。在大蠶飼養(yǎng)作業(yè)時，利用齒條機構(gòu)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(huán)鏈上取下，由齒條機構(gòu)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(gòu)將蠶臺精準(zhǔn)地放回到循環(huán)鏈上相應(yīng)位置。蠶臺取放機構(gòu)工作時必須精準(zhǔn)定位蠶臺位置，輕取輕放，以防止機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(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行精量給桑，通過調(diào)節(jié)給桑速度精準(zhǔn)控制給桑量，并通過自動控制系統(tǒng)與垂直循環(huán)飼育架、蠶臺取放機構(gòu)配套運行實現(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。

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、手持振動篩為主進行消毒作業(yè)，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(nóng)造成傷害。該裝置采用雙螺旋循環(huán)機構(gòu)將生石灰粉均勻地鋪撒在蠶臺上，并通過自動控制系統(tǒng)與垂直循環(huán)飼育架、蠶臺取放機構(gòu)配套運行，作業(yè)時基本無揚塵，既減輕了蠶農(nóng)勞動強度，又高效環(huán)?？煽?。

2.3 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)以PROFINET網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)可實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測、運行方式選擇、動作順序選擇、異常報警停機應(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。通過上位機的輸入，分別對飼育架、給桑、消毒進行參數(shù)設(shè)定，從而實現(xiàn)大蠶循環(huán)飼養(yǎng)的自動化控制，自動控制系統(tǒng)主界面如圖3所示。另外，還設(shè)有相應(yīng)的手動操作功能，以供用戶更加靈活地進行設(shè)備運行，手動操作界面如圖4所示。

圖3 自動控制系統(tǒng)顯示主界面

圖4 自動控制系統(tǒng)手動操作顯示界面

開機前，應(yīng)檢查各部件是否處于初始位置，應(yīng)對未處于初始位置的機構(gòu)進行手動復(fù)位操作后，才能選擇自動作業(yè)。自動控制系統(tǒng)的工序操作如下：給桑時，先設(shè)定蠶臺的數(shù)量，再依次選擇上料、給桑、取盤給桑聯(lián)動程序，設(shè)備自動對預(yù)設(shè)數(shù)量蠶臺執(zhí)行給桑操作，桑葉提升機自動上料；消毒時，先設(shè)定蠶臺數(shù)量，再選擇取盤消毒聯(lián)動程序，設(shè)備就會自動對預(yù)設(shè)數(shù)量蠶臺執(zhí)行消毒操作。選擇手動操作，可分別獨立執(zhí)行蠶臺旋轉(zhuǎn)運行、蠶臺取放、給桑、消毒和上料操作。

3 自動循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備的應(yīng)用

自動循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備經(jīng)過現(xiàn)場安裝與調(diào)試，進行了空載試運行，蠶臺正常循環(huán)運轉(zhuǎn)，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(huán)運轉(zhuǎn)、取放蠶臺、上料、給桑、消毒等操作，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、給桑均勻、消毒效果良好、上簇率較高，達到預(yù)期目的。自動循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備帶蠶效果如圖6所示。

圖5 自動循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備試運行圖

自動循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備具有降低勞動強度、提高人均養(yǎng)蠶量、單位蠶房面積產(chǎn)出率較高等優(yōu)點，適合適度規(guī)模養(yǎng)蠶。該實驗設(shè)備以28個蠶臺為1單元，每臺設(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)備的運用將促進蠶桑產(chǎn)業(yè)從勞動密集型向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，提升了養(yǎng)蠶的機械作業(yè)水平，實現(xiàn)了規(guī)?；?、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)，促進鄉(xiāng)村振興。

4 結(jié)論與展望

圖6 自動循環(huán)式養(yǎng)蠶設(shè)備帶蠶實驗效果圖

根據(jù)帶蠶實驗，該設(shè)備可實現(xiàn)自動上料、給桑、消毒功能，且蠶臺運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)脫軌現(xiàn)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(fēng)環(huán)境，促進了大蠶發(fā)育整齊一致；蠶臺取放機構(gòu)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(jié)約了消毒石灰的用量，且無粉塵揚起，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)與機械設(shè)備融合，就必須要突破除沙、上簇自動化等關(guān)鍵技術(shù)，以實現(xiàn)養(yǎng)蠶的全程機械化。