轮盘式自动削茧机的研制

梁培生 张国政

（1.江苏科技大学，镇江 212003；2.中国农业科学院 蚕业研究所，镇江 212018）

蚕桑产业是我国的传统优势行业，目前我国原料茧产量占世界总量的80%，而蚕种是产业的基础环节，制种时全国需要切削的蚕茧量在5000t以上，而目前削茧鉴蛹的工作还是主要依靠手工进行，耗时多，效率低，而且经常发生被割伤手指及伤蛹等安全问题[1]。另外，削茧及鉴别蚕蛹的雌雄性别要在7d内完成，时间紧迫，工作量非常集中，生产时短期需要大批熟练工，从而使用工成本高居不下[2]。因此，研发具有较高自动化的削茧设备，以降低劳动强度，提高工效，显得非常必要。国内外相关专家已在这方面做过一些研究，但在市场上成功推广应用的机具不多。为此，人们结合现有机具特点及生产单位的实际需求，研究设计了一种转盘式蚕茧削口机。该机可实现蚕茧自动分离、自动输送、切口及蛹壳自动分离等功能，可在一定程度上提高削茧作业的自动化程度，减少伤人及伤蛹现象，同时提高工效，降低用工成本。

1 总体结构与工作原理

所设计的自动削茧机主要由蚕茧分离机构、自动输送装置、装夹定位装置、切削机构、出壳机构及传动系统组成，整机结构如图1所示。

图1 自动蚕茧削口机总体结构简图

1.1 蚕茧分离及输送装置

蚕茧分离及输送装置由料斗、步进电机、分茧盘、传送带、光电传感器、V形槽等组成。它是该机的核心部件，主要负责把料斗内的蚕茧进行分离并把蚕茧有序输出、排列在下方传送带上。

图2 蚕茧分离输送装置

该部分机构的工作过程是：料斗1内的蚕茧依靠自重下落到分茧盘3，分茧盘由步进电机2带动，分茧盘的转动使蚕茧相互分离，然后掉落到下方的传送带4上，传送带4再将蚕茧均匀地输送到出口通道上。传感器5的作用是检测并确保装夹机构一次只装夹一个茧，使通道出口处的蚕茧到达指定位置，V形槽则起到保护蚕茧作用，使其不在中途掉落到传送带外面。

1.2 装夹定位机构

种茧为椭圆形状，一般尺寸为：长27～37mm，宽15～23mm，蚕蛹的蛹体长为22～30mm，蛹腹部宽度为7.5～12mm[3]。蚕蛹要能从缺口处倒出，茧被削的最小口径应有10～13mm，被削去茧盖的茧一般只剩下23～30mm的长度。故要求削口的尺寸精度较高，因为削口小了蚕蛹倒不出，削口大了容易削到蚕蛹。因此，装夹定位机构设计必须考虑定削茧的定位问题，才能保证削茧的成功并降低蚕蛹的削伤率。

本机的装夹机构如图3所示，加工在轮盘1上的某一个茧槽运动到相应位置时，夹子2的尾部会被挡销3（挡销用螺钉固定在箱体上）顶开，从而使得夹子2张开，这时蚕茧输送装置将一个蚕茧送入茧槽，而轮盘1的继续转动，使得夹子2得到释放，并在弹簧4的作用下夹住蚕茧。同时，在夹子2上装有软橡胶垫片，用于防止夹瘪蚕茧，但能把蚕茧夹紧，使其不掉落，本机在轮盘上设计了20个茧槽，可以使生产效率提高。

图3 装夹定位机构

1.3 切削机构

该机采用电机带动盘形刀片高速旋转进行切削。削茧时圆盘刀上外圆上为点与茧接触，而不是刀片的线接触，因此切削阻力相对较小，对茧的夹持力度要求小，可防止茧因切削力过大而掉落，提高了削茧的可靠性[4-6]。

图4 切削机构

切削机构如图4所示，由滚珠丝杆机构与切削电机、刀片等组成，滚珠丝杠机构带动电机做水平方向运动，为切削机构提供水平方向的定位；切削电机由RF-500TB型电机为锯片提供动力，实现刀片的高速；机构中的锯片夹头可以调节锯片的高度方向位置，以保证在蚕茧的总长度2/3处进行切削，切削时轮盘槽可以使茧与锯片轴约成45°，使得切口最大，便于蚕蛹的倒出，切削时蚕蛹在蚕茧的最底部，因此不会被切伤[7-8]。

1.4 出壳机构

出壳在蚕蛹被倒出后进行，由于削茧机的夹具体为轮盘状，切削后的蚕茧随着轮盘一起做旋转运动，当茧壳切削口向下时，由于自身的重力作用，蚕蛹掉入下方蛹盒中。

蚕蛹掉下后，如图5所示，此时挡销顶开夹子，茧壳被松开从而落入茧壳盒子中。

图5 出壳机构

1.5 传动系统

该机传动系统分五路进行传动：由一个步进电机单独控制的分茧盘分茧装置；传送带的输送系统；由单独一个步进电机控制的轮盘的转动；直线滑移机构中步进电机控制的来回往复运动；RF-500TB电机带动锯片旋转。具体结构不做详细介绍。

2 主要结构参数的确定

该方案的核心部件是装夹蚕茧的轮盘，轮盘旋转一周可以切削20只蚕茧，确定轮盘的直径为Φ350mm，根据蚕茧的宽度确定轮盘的厚度为30mm，考虑到蚕茧的形状尺寸及切削时蚕茧的位置状态，确定轮盘上蚕茧槽的形状、尺寸如图6所示（所有茧槽尺寸形状相同），整机大小为660mm×400mm×850mm。

图6 轮盘上茧槽形状

3 试验结果与分析

3.1 材料

选用中系“春蕾”和日系品种“明珠”每次2kg的量进行试削，中系品种“春蕾”茧长平均25mm，幅宽21mm，日系品种“明珠”长度平均32mm，幅宽17mm。

3.2 工效测试

样机与人工各试削了2次，样机完成2kg蚕茧削口所需的时间平均为25min，手工削完成时间平均为78min，两者大致为1:3。

3.3 伤蛹情况统计

统计机削1000颗，受伤蛹为42颗，小于5%，手工削1000颗，受伤蛹为12颗，手削的比机器要少。

3.4 蛹与壳的未分离率统计

样机1000颗蚕茧，其中未分离数量为18颗，分离率大于98%；手工1000颗蚕茧，未分离数为5颗。未分离率手工相对要低。

3.5 机削的成功率统计

机削1000颗蚕茧，中系品种“春蕾”有75颗未被完全削开，而日系品种“明珠”有131颗未被完全削口，说明由于日系品种的幅宽较小，夹具对其夹紧力还不足，导致产生让刀现象。

4 结论

手工削茧时操作者的熟练程度对效率和质量影响很大，而机削操作简单，受此影响较小。机削伤蛹的主要原因是蚕茧在茧槽中位置发生了偏移，使所切部位处于蚕茧中间位置；蛹倒不出来的原因主要是蚕茧切口过小所致。从试验情况看，由于蚕茧品种的差异，其外形尺寸相差也较大，对夹具的结构设计提出了更高的要求，有待进一步完善。

本设计所采用的是轮盘式的夹持平台，极大地提高了削茧的工作效率，可以实现快速分离茧壳与蚕蛹。当然，由于分茧装置的设计还存在一定的缺陷，容易出现卡机伤蛹的情况，有待改进。总体来说，整机采用结构独特的轮盘式结构，整机运转平稳可靠，造价低，工效比手工提高至少100%，具有一定的推广应用价值。