（四川省農(nóng)業(yè)機械研究設計院，四川成都 610066）

0 引言

中國的桑蠶養(yǎng)殖歷史悠久，隨著絲綢紡織工業(yè)的飛速發(fā)展，對蠶絲的需求也逐漸增加，但是，大部分地區(qū)的桑蠶養(yǎng)殖模式還是傳統(tǒng)的人工養(yǎng)殖方式。針對蠶絲日益增長的需求，蠶業(yè)養(yǎng)殖就需要養(yǎng)殖規(guī)?；凸S化。蠶業(yè)養(yǎng)殖規(guī)?；凸S化的前提是解決蠶業(yè)養(yǎng)殖機械的配套問題[1－3]，在蠶業(yè)養(yǎng)殖機械中，最為重要的是給桑養(yǎng)蠶機。

養(yǎng)蠶機主要是通過自動化或半自動化的方式對蠶架上的各齡蠶進行給桑作業(yè)，現(xiàn)有的自動或半自動給桑養(yǎng)蠶機的研究重點在于如何將消毒后的桑葉通過傳輸帶輸出。而現(xiàn)在規(guī)?；男Q業(yè)養(yǎng)殖中，常常是在養(yǎng)殖廠房中通過設置若干排蠶架進行養(yǎng)殖，各個年齡的蠶分開進行養(yǎng)殖，因此，在養(yǎng)蠶機的研制過程中需要考慮不同蠶架上蠶的喂養(yǎng)量再進行給桑作業(yè)。

1 整機結(jié)構及工作原理

1.1 整機結(jié)構

自動給桑養(yǎng)蠶機的整機結(jié)構如圖1 所示，該機主要由儲料斗、放料裝置、給桑裝置、移動裝置和PLC控制系統(tǒng)組成，其中，放料裝置主要由定量刀片和放料刀片組成，給桑裝置包括鋪平機構、運料皮帶和取蠶器，移動裝置包括安裝在養(yǎng)殖廠房的軌道、養(yǎng)蠶機的機架等導軌上的鏈條電機。

圖1 整機結(jié)構

1.2 自動給桑養(yǎng)蠶機的工作原理

自動給桑養(yǎng)蠶機通過傳感器檢測到蠶架的位置，通過鏈條電機帶動軌道移動到需要給桑的蠶架位置，當取蠶器中的電磁鐵邊緣與蠶架接觸時，電磁鐵通電，將運料皮帶與蠶架進行連接。

根據(jù)蠶架對應的桑葉喂養(yǎng)量，PLC 控制系統(tǒng)控制定量刀片左移（即打開定量刀片），放料刀片右移（即關閉放料刀片），此時，儲料斗中消過毒的桑葉下落到放料刀片上，當下落的桑葉量達到該蠶架需要桑葉喂養(yǎng)量時，定量刀片右移（即定量刀片關閉），在關閉過程中，將處于儲料斗和定量刀片之間的桑葉切斷，使得儲料斗中的桑葉不再進行放料，然后，繼續(xù)讓放料刀片左移（即打開放料刀片），使得桑葉下落到運料皮帶上，通過PLC 控制系統(tǒng)控制運料皮帶和蠶架的運行速度，使運料皮帶中的桑葉輸入至蠶架上，從而實現(xiàn)自動給桑作業(yè)。在自動給桑作業(yè)過程中，傳感器檢測運料皮帶中的桑葉量，當桑葉量過大時，通過鋪平機構的旋轉(zhuǎn)，挑起高于運料皮帶上限位擋板的桑葉向運料皮帶反方向移動，使桑葉盡量鋪平到皮帶內(nèi)。

完成蠶架的自動給桑作業(yè)之后，改變電磁鐵的電流方向，使運料皮帶與蠶架脫離。然后，通過鏈條電機控制養(yǎng)蠶機在導軌上移動至下一個需要給桑的蠶架上，繼續(xù)進行自動給桑作業(yè)，在給桑作業(yè)時，鏈條電機連接的全部鏈條都處于互鎖狀態(tài)，直到完成整個養(yǎng)殖廠房的給桑作業(yè)。

2 關鍵零部件設計

2.1 放料裝置的設計

如圖2所示，放料裝置主要包括定量刀片、放料刀片和定量刀片與放料刀片之間的活動存儲倉，放料裝置的作用主要是根據(jù)蠶架上蠶的喂養(yǎng)量，精確到儲料斗中將定量桑葉輸送出來。具體的作業(yè)過程：根據(jù)蠶架上蠶的喂養(yǎng)量，通過打開定量刀片和關閉放料刀片，在儲料斗的下方形成一個活動存儲倉，將儲料斗中的桑葉按照喂養(yǎng)量放料至活動存儲倉，當該蠶架上需要喂養(yǎng)的桑葉全部存儲至活動存儲倉時，通過關閉定量刀片和打開放料刀片，將活動存儲倉中的桑葉放料至運料皮帶中，從而完成桑葉的放料過程。

放料裝置中定量刀片和放料刀片的打開和關閉主要是通過PLC控制系統(tǒng)進行控制，將其設計成刀片形狀，可以將桑葉切斷，避免桑葉堵塞儲料斗和活動存儲倉。

圖2 放料裝置

2.2 給桑裝置的設計

給桑裝置為養(yǎng)蠶機的核心裝置，主要的作用是將儲料斗中放料出的桑葉輸送至蠶架上。其核心機構包括運料皮帶、鋪平機構和取蠶器。

2.2.1 鋪平機構

鋪平機構主要用于將運料皮帶上的桑葉進行鋪平作業(yè)。如圖3所示，鋪平機構的主軸上包含多排鋪桑齒，鋪桑齒在旋轉(zhuǎn)過程中的最低點略低于限位擋板的高度，因此，鋪桑齒在旋轉(zhuǎn)過程中，可以將堆積高度超過限位擋板高度的桑葉向運料皮帶的反方向移動，從而將桑葉盡量的鋪平在運料皮帶上。鋪平機構的鋪桑齒齒距可以設置成活動的，從而可以根據(jù)桑葉的大小、粘度等進行齒距調(diào)整。鋪桑齒的旋轉(zhuǎn)速度可以與運料皮帶的運行速度相同或者略大于運料皮帶的旋轉(zhuǎn)速度，鋪桑齒的旋轉(zhuǎn)方向與運料皮帶的運行方向相反。

圖3 鋪平機構

鋪桑齒可以在運料皮帶啟動時同時啟動，也可以通過視覺傳感器發(fā)現(xiàn)運料皮帶上的桑葉堆積高度超過限位擋板的高度時，再進行啟動。通過普通機構對運料皮帶上的桑葉進行鋪平作業(yè)，可以大大提升養(yǎng)蠶機給桑作業(yè)時的給桑效率。

2.2.2 運料皮帶

運料皮帶在養(yǎng)蠶機中的主要作用是將桑葉輸送至蠶架上，相當于帶式輸送機，其傳動類型為平帶傳動，托輥在同一個平面上。從結(jié)構上來看，運料皮帶的膠帶兩邊封閉，在膠帶上設置多個限位擋板，限位擋板的高度與膠帶的兩邊高度相同。限位擋板之間的長度為30～50 cm。運料皮帶在作業(yè)時，勻速傳動。

2.2.3 取蠶器

取蠶器主要由水平移動機構及水平電磁鐵構成，主要用于連接和固定蠶架。當取蠶器的電磁鐵邊緣與蠶架接觸時，電磁鐵通電，此時就可以帶動蠶架與水平移動機構一起向皮帶方向運行。通過傳感器檢測蠶架的位置以及運料皮帶內(nèi)桑葉的位置，通過PLC控制運料皮帶和水平移動結(jié)構帶動蠶架的運行速度，使得運料皮帶運行到水平移動機構邊緣之后，自動將桑葉放料至與水平移動結(jié)構連接的蠶架上，通過蠶架上的滾動傳輸裝置，將桑葉輸送至蠶架上，對蠶進行給桑作業(yè)，從而實現(xiàn)自動給桑作業(yè)。

完成一個蠶架的給桑作業(yè)之后，電磁鐵斷電，使得水平移動機構反推回養(yǎng)蠶機的運轉(zhuǎn)平臺上，PLC控制系統(tǒng)控制鏈條電機帶動養(yǎng)蠶機沿著軌道移動至下一個蠶架上，對下一個蠶架進行給桑作業(yè)。

2.3 移動裝置

移動裝置由機架、鏈條電機、移動輪和鏈條組成，其作用是帶動自動給桑養(yǎng)蠶機在養(yǎng)殖廠房的固定軌道或活動軌道上進行移動，使得養(yǎng)蠶機可以通過取蠶器與蠶架進行固定連接，從而實現(xiàn)運料匹配和蠶架之間的自動給桑。在移動平臺上設置有6個移動輪，通過4根鏈條將移動輪與鏈條電機進行連接。在養(yǎng)蠶機從一個蠶架移動到另一個蠶架的過程中，鏈條電機通過鏈條帶動移動輪在軌道上進行移動。移動速度可以根據(jù)養(yǎng)殖廠房中蠶架與蠶架之間的間距來進行調(diào)整。采用傳感器識別蠶架的位置，根據(jù)識別到的位置，控制鏈條電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)養(yǎng)蠶機的啟動和制動。當移動到需要給桑作業(yè)的蠶架時，此時移動平臺中的4根鏈條全部處于互鎖狀態(tài)，使得養(yǎng)蠶機在給桑作業(yè)時，與蠶架進行固定連接，從而避免在給桑作業(yè)時，部分桑葉從運料皮帶或蠶架上灑落，可以大大提升給桑作業(yè)的效率。

3 養(yǎng)蠶機性能試驗

在完成自動給桑養(yǎng)蠶機的物理試制之后，采集新鮮的桑葉，對桑葉進行消毒后投放至儲料斗中進行自動給桑試驗。在給桑試驗中，主要測試給桑均勻性和給桑效率，通過對多條蠶架的給桑試驗，結(jié)果表明，在裝機容量小于0.75 kW時，養(yǎng)蠶機給桑作業(yè)的給桑均勻性可以達到93.2%，已經(jīng)超過設計的給桑均勻性90%的設計指標，給桑效率可以達到0.15張/min，也超過原定的設計目標0.1張/min。通過該性能試驗，表明該養(yǎng)蠶機的性能已經(jīng)達到并且部分超過原定設計目標，整個給桑過程只需要一個人即可完成操作，其作業(yè)效率是人工給桑的5倍以上，給桑的均勻性和穩(wěn)定性也較人工來說具有較大的提高。

4 小結(jié)

自動給桑養(yǎng)蠶機結(jié)構簡單，能夠完成養(yǎng)殖廠房中標準蠶架的自動給桑作業(yè)；操作簡單，可以有效降低人工給桑的勞動強度；而且采用定量的放料裝置，可以精確控制不同蠶齡的喂養(yǎng)量，大大提升了給桑效率和給桑準確率。