輪盤式自動削繭機(jī)的研制

梁培生 張國政

（1.江蘇科技大學(xué)，鎮(zhèn)江 212003；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶業(yè)研究所，鎮(zhèn)江 212018）

蠶桑產(chǎn)業(yè)是我國的傳統(tǒng)優(yōu)勢行業(yè)，目前我國原料繭產(chǎn)量占世界總量的80%，而蠶種是產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，制種時全國需要切削的蠶繭量在5000t以上，而目前削繭鑒蛹的工作還是主要依靠手工進(jìn)行，耗時多，效率低，而且經(jīng)常發(fā)生被割傷手指及傷蛹等安全問題[1]。另外，削繭及鑒別蠶蛹的雌雄性別要在7d內(nèi)完成，時間緊迫，工作量非常集中，生產(chǎn)時短期需要大批熟練工，從而使用工成本高居不下[2]。因此，研發(fā)具有較高自動化的削繭設(shè)備，以降低勞動強(qiáng)度，提高工效，顯得非常必要。國內(nèi)外相關(guān)專家已在這方面做過一些研究，但在市場上成功推廣應(yīng)用的機(jī)具不多。為此，人們結(jié)合現(xiàn)有機(jī)具特點(diǎn)及生產(chǎn)單位的實(shí)際需求，研究設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)盤式蠶繭削口機(jī)。該機(jī)可實(shí)現(xiàn)蠶繭自動分離、自動輸送、切口及蛹?xì)ぷ詣臃蛛x等功能，可在一定程度上提高削繭作業(yè)的自動化程度，減少傷人及傷蛹現(xiàn)象，同時提高工效，降低用工成本。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

所設(shè)計(jì)的自動削繭機(jī)主要由蠶繭分離機(jī)構(gòu)、自動輸送裝置、裝夾定位裝置、切削機(jī)構(gòu)、出殼機(jī)構(gòu)及傳動系統(tǒng)組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動蠶繭削口機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 蠶繭分離及輸送裝置

蠶繭分離及輸送裝置由料斗、步進(jìn)電機(jī)、分繭盤、傳送帶、光電傳感器、V形槽等組成。它是該機(jī)的核心部件，主要負(fù)責(zé)把料斗內(nèi)的蠶繭進(jìn)行分離并把蠶繭有序輸出、排列在下方傳送帶上。

圖2 蠶繭分離輸送裝置

該部分機(jī)構(gòu)的工作過程是：料斗1內(nèi)的蠶繭依靠自重下落到分繭盤3，分繭盤由步進(jìn)電機(jī)2帶動，分繭盤的轉(zhuǎn)動使蠶繭相互分離，然后掉落到下方的傳送帶4上，傳送帶4再將蠶繭均勻地輸送到出口通道上。傳感器5的作用是檢測并確保裝夾機(jī)構(gòu)一次只裝夾一個繭，使通道出口處的蠶繭到達(dá)指定位置，V形槽則起到保護(hù)蠶繭作用，使其不在中途掉落到傳送帶外面。

1.2 裝夾定位機(jī)構(gòu)

種繭為橢圓形狀，一般尺寸為：長27～37mm，寬15～23mm，蠶蛹的蛹體長為22～30mm，蛹腹部寬度為7.5～12mm[3]。蠶蛹要能從缺口處倒出，繭被削的最小口徑應(yīng)有10～13mm，被削去繭蓋的繭一般只剩下23～30mm的長度。故要求削口的尺寸精度較高，因?yàn)橄骺谛×诵Q蛹倒不出，削口大了容易削到蠶蛹。因此，裝夾定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮定削繭的定位問題，才能保證削繭的成功并降低蠶蛹的削傷率。

本機(jī)的裝夾機(jī)構(gòu)如圖3所示，加工在輪盤1上的某一個繭槽運(yùn)動到相應(yīng)位置時，夾子2的尾部會被擋銷3（擋銷用螺釘固定在箱體上）頂開，從而使得夾子2張開，這時蠶繭輸送裝置將一個蠶繭送入繭槽，而輪盤1的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使得夾子2得到釋放，并在彈簧4的作用下夾住蠶繭。同時，在夾子2上裝有軟橡膠墊片，用于防止夾癟蠶繭，但能把蠶繭夾緊，使其不掉落，本機(jī)在輪盤上設(shè)計(jì)了20個繭槽，可以使生產(chǎn)效率提高。

圖3 裝夾定位機(jī)構(gòu)

1.3 切削機(jī)構(gòu)

該機(jī)采用電機(jī)帶動盤形刀片高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削。削繭時圓盤刀上外圓上為點(diǎn)與繭接觸，而不是刀片的線接觸，因此切削阻力相對較小，對繭的夾持力度要求小，可防止繭因切削力過大而掉落，提高了削繭的可靠性[4-6]。

圖4 切削機(jī)構(gòu)

切削機(jī)構(gòu)如圖4所示，由滾珠絲桿機(jī)構(gòu)與切削電機(jī)、刀片等組成，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)帶動電機(jī)做水平方向運(yùn)動，為切削機(jī)構(gòu)提供水平方向的定位；切削電機(jī)由RF-500TB型電機(jī)為鋸片提供動力，實(shí)現(xiàn)刀片的高速；機(jī)構(gòu)中的鋸片夾頭可以調(diào)節(jié)鋸片的高度方向位置，以保證在蠶繭的總長度2/3處進(jìn)行切削，切削時輪盤槽可以使繭與鋸片軸約成45°，使得切口最大，便于蠶蛹的倒出，切削時蠶蛹在蠶繭的最底部，因此不會被切傷[7-8]。

1.4 出殼機(jī)構(gòu)

出殼在蠶蛹被倒出后進(jìn)行，由于削繭機(jī)的夾具體為輪盤狀，切削后的蠶繭隨著輪盤一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，當(dāng)繭殼切削口向下時，由于自身的重力作用，蠶蛹掉入下方蛹盒中。

蠶蛹掉下后，如圖5所示，此時擋銷頂開夾子，繭殼被松開從而落入繭殼盒子中。

圖5 出殼機(jī)構(gòu)

1.5 傳動系統(tǒng)

該機(jī)傳動系統(tǒng)分五路進(jìn)行傳動：由一個步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)控制的分繭盤分繭裝置；傳送帶的輸送系統(tǒng)；由單獨(dú)一個步進(jìn)電機(jī)控制的輪盤的轉(zhuǎn)動；直線滑移機(jī)構(gòu)中步進(jìn)電機(jī)控制的來回往復(fù)運(yùn)動；RF-500TB電機(jī)帶動鋸片旋轉(zhuǎn)。具體結(jié)構(gòu)不做詳細(xì)介紹。

2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

該方案的核心部件是裝夾蠶繭的輪盤，輪盤旋轉(zhuǎn)一周可以切削20只蠶繭，確定輪盤的直徑為Φ350mm，根據(jù)蠶繭的寬度確定輪盤的厚度為30mm，考慮到蠶繭的形狀尺寸及切削時蠶繭的位置狀態(tài)，確定輪盤上蠶繭槽的形狀、尺寸如圖6所示（所有繭槽尺寸形狀相同），整機(jī)大小為660mm×400mm×850mm。

圖6 輪盤上繭槽形狀

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 材料

選用中系“春蕾”和日系品種“明珠”每次2kg的量進(jìn)行試削，中系品種“春蕾”繭長平均25mm，幅寬21mm，日系品種“明珠”長度平均32mm，幅寬17mm。

3.2 工效測試

樣機(jī)與人工各試削了2次，樣機(jī)完成2kg蠶繭削口所需的時間平均為25min，手工削完成時間平均為78min，兩者大致為1:3。

3.3 傷蛹情況統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)機(jī)削1000顆，受傷蛹為42顆，小于5%，手工削1000顆，受傷蛹為12顆，手削的比機(jī)器要少。

3.4 蛹與殼的未分離率統(tǒng)計(jì)

樣機(jī)1000顆蠶繭，其中未分離數(shù)量為18顆，分離率大于98%；手工1000顆蠶繭，未分離數(shù)為5顆。未分離率手工相對要低。

3.5 機(jī)削的成功率統(tǒng)計(jì)

機(jī)削1000顆蠶繭，中系品種“春蕾”有75顆未被完全削開，而日系品種“明珠”有131顆未被完全削口，說明由于日系品種的幅寬較小，夾具對其夾緊力還不足，導(dǎo)致產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象。

4 結(jié)論

手工削繭時操作者的熟練程度對效率和質(zhì)量影響很大，而機(jī)削操作簡單，受此影響較小。機(jī)削傷蛹的主要原因是蠶繭在繭槽中位置發(fā)生了偏移，使所切部位處于蠶繭中間位置；蛹倒不出來的原因主要是蠶繭切口過小所致。從試驗(yàn)情況看，由于蠶繭品種的差異，其外形尺寸相差也較大，對夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，有待進(jìn)一步完善。

本設(shè)計(jì)所采用的是輪盤式的夾持平臺，極大地提高了削繭的工作效率，可以實(shí)現(xiàn)快速分離繭殼與蠶蛹。當(dāng)然，由于分繭裝置的設(shè)計(jì)還存在一定的缺陷，容易出現(xiàn)卡機(jī)傷蛹的情況，有待改進(jìn)?？傮w來說，整機(jī)采用結(jié)構(gòu)獨(dú)特的輪盤式結(jié)構(gòu)，整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，造價低，工效比手工提高至少100%，具有一定的推廣應(yīng)用價值。