采茧机械研究现状与发展趋势

陈苗苗 王义鹏 张 巍 赵帮泰 程方平 杨昌敏 郭 曦

（四川省农业机械科学研究院，四川 成都 610066）

我国蚕桑产业历史悠久，随着国家蚕桑产业“东桑西移”战略的实施，我国蚕桑生产区域逐步由东部地区向西部地区转移。蚕桑产业是四川省的特色产业之一。在“十三五”脱贫攻坚期间实现了规模效益提质扩容，四川省有19 个市（州）、95个县（区）、100 多万人从事茧丝绸产业，蚕桑产业的总产值达1777.5 亿元。2023 年，全省桑园面积230 万亩（15.3 万hm2），蚕茧产量为8.3 万t、蚕丝9421.8 t，分别占全国19%、12.1%、17.6%，皆位居全国第2 位。丝绸大省的地位和优势不断巩固提升。

我国过去的蚕桑生产主要靠手工操作，基本使用简单的工具设备。而采茧是蚕丝生产过程中不可或缺的环节，也是影响茧丝质量的主要环节，是蚕农能否增产增收的重要因素。传统的人工处理是将蚕茧一个个从蔟上采摘下来。采用人工采茧不仅存在效率低下、劳动强度大等问题，还需支付大量的人工采茧费用，人工成本高。伴随着我国城镇化的发展，农村人口大量向城镇化转移，带来农村人口的减少及劳动力老龄化，使得可用人力资源减少，人力成本上升。在蚕业规模化生产背景下，机械化采茧有利于提高工作效率，降低了人力成本。机械化采茧将成为必然的发展趋势。

1 国内外采茧发展现状

1.1 日本采茧发展现状

许多亚洲国家如日本、韩国、印度、泰国等地也有发展蚕桑产业的历史和经验。其中日本曾是规模最大、蚕茧产量第一的国家。为加快蚕桑产业的发展，日本研制了多种蚕桑养殖机械。研制起步较早，机械化程度最高。为解决熟蚕在蔟具中营茧，并从大量蔟具中采摘需大量用工的问题，采茧机由此产生。日本的采茧机技术相对成熟，具有高效率和高稳定性，一些采茧机还拥有先进的传感器和控制系统，能够检测茧的质量和形状，并根据需求进行相应的处理和分拣。这些机器可以适用于不同类型的蚕茧，具备广泛的适应性和可调节性。部分先进技术也传入了中国。由于日本所用蔟具均为方格蔟，也是蚕农使用的最多的一种蔟具，很大程度促进了机械化采茧机的研制。日本发展了多种类型的采茧机[1-2]，种类主要有脚踏式采茧机和全自动采茧剥茧衣机，有效地提高了劳动效率，同时由于机械采茧时对蚕茧的损坏小，保证了蚕茧的品质[3]。日本研制的采茧机如图1 所示。

图1 日本研制的采茧机

1.2 国内采茧发展现状

我国蚕丝业历史悠久，以传统手工操作为主。常用的蔟具种类很多，普遍使用的有蜈蚣蔟（俗称草龙）、折蔟、伞形蔟、方格蔟等，有的地方直接用菜籽秆、麦秆、松枝等供蚕儿上蔟[4]。其中，方格蔟因其结构合理、利于保存等因素，逐渐被广泛使用。经对比使用发现，方格蔟可有效提高蚕茧质量，创造良好的经济效益和社会效益[5]。是优质的上蔟蔟具。我国采茧机械化的发展经历了较长时间的积累和努力。随着蚕农大量使用方格蔟，先后发明了多种与方格蔟适配的自动采茧机，推动了产业现代化和技术创新，提高了产量和质量。

1.2.1 传统采茧机

由于前期我国机械化水平较低，主要采用手工的、简单的传统机械进行采茧，生产效率低。随着农业机械化推进，我国开始引进和发展更先进的采茧机械，提高了采茧效率[6-9]。江苏科技大学的王孝祥等[10]研制的纸板方格蔟采茧机，把需要采茧的方格蔟放置在方格蔟支撑架上，通过丝杆转动，带动顶杆安装板及其下方的顶杆向下直线运动，利用顶杆把蚕茧从孔格内顶出，如图2 所示。该机由于将顶杆设计成两种长度，便于对孔定位，减少对蔟具的损坏。但由于方格蔟四角的孔格有一个非直角，而采茧机顶杆尺寸一致，因此进入此四边格时会很困难，需频繁地控制电机取放方格蔟，无法连续作业。

图2 纸板方格蔟采茧机

四川省农业科学院的马勇等[11]研制一种毛刷式采茧机，利用柔性毛刷将蚕茧从方格蔟中刷出，即使变形的方格蔟也不会影响采收，减少了对方格蔟和蚕茧造成的损伤，如图3 所示。这种采茧机能很好解决方格蔟变形的问题，减少因方格蔟变形而重新购置的成本，且利用柔性毛刷刷出蚕茧，不易损伤蚕蛹，不污染蚕茧影响蚕丝品质。但变形的方格蔟易产生卡机，需在采收过程中随时关注，因出料口未设计收集篮，故在采茧过程中还需及时清理采摘下来的蚕茧。

覃德斌[12]发明了一种电动采茧机，利用电机带动收缩杆往复运动，从而带动顶茧柱上下运动，将蚕茧从方格蔟中顶出。后利用刮茧耙在导轨上左右滑动，割断蚕茧和方格蔟间的茧衣，刮下蚕茧，采茧效率高、操作简便。但此采茧机需采收使用木制方格蔟的蚕茧，成本较高。高伟等[13]发明了一种自动上蔟和快速采茧装置，通过将蔟具放在蚕座上自动上蔟，然后带蚕茧的蔟具从落茧口通过，实现蚕茧和蔟具自行分离，完成采茧工作，如图4 所示。该装置将上蔟与采茧环节相结合，减少了上蔟和采茧的劳动强度以及时间，也减轻蚕农购置多种设备的负担。

图4 自动上蔟和快速采茧机

1.2.2 采茧机与智能化结合

随着人工智能技术的快速发展，采茧机械逐渐与智能化技术相结合。采茧机械化得到了进一步提升。如中国计量学院的赵明岩等[14]将图像识别技术与自动采茧机构结合，设计了一种可以自动分选上茧、双宫茧与下脚的茧采摘机具。该机具可同时获取蚕茧质量与数量的信息。可提高使用纸板方格蔟自动采茧及不同品质的蚕茧分选的劳动工效，如图5、图6 所示。但该设备生产成本较高，不利于在规模化蚕茧生产中推广应用。

图5 不同品质蚕茧采摘布局

图6 纸板方格蔟专用自动采茧机

针对常用采茧机存在需遍历所有方格蔟、无法进行选择性采摘上茧的问题，山东农业大学的刘保季等[15]在直角坐标式方格蔟自动采茧机的基础上，利用改进最大最小蚁群算法将方格蔟采茧机采茧路径进行优化，针对未营茧空格和下茧问题进行改进，如图7 所示。这种采茧机大大提高了采茧效率，也提高了上茧率，且时间节省2.8%左右。

图7 直角坐标式方格蔟自动采茧机

2 目前存在的问题

蚕桑是四川的优势产业及特色产业，但发展不平衡，采茧、收茧环节仍存在许多问题：

一是自动化程度不高。目前市面上通用的采茧机虽节省了采茧环节的大量用工，从人工采茧向自动化采茧转变，但主要为纯机械设备，仍需人工进行辅助控制电机、取放方格蔟，收集采茧等。对于方格蔟中产生的不同品质的蚕茧，仍需靠技术人员分选，劳动力消耗大，费时费力，影响采茧效率。

二是蔟具的不稳定性。目前蚕农常用的方格蔟材质由纸板或木板构成。针对纸板构成的方格蔟在上蔟过程中，茧丝连结可能会造成纸板蔟孔格变形的情况。而在自动采茧过程中既要保证蚕茧顺利脱落，且不损坏方格蔟，增加了操作难度。

三是蔟具与机械的不匹配。蚕农使用方格蔟有不同的规格型号、纸质或木质，大部分采茧机无法完全适用。而不适配的方格蔟与采茧机在采茧过程中，机器不仅会损坏蚕茧，也易对方格蔟造成损伤，增加蚕茧的损耗，也提高了后期需购置的方格蔟成本。

3 发展建议

一是持续推动转型升级。随着机械化技术和人工智能的不断发展，采茧环节也逐渐智能化、机械化。除了纯机械化采茧机上进行更新外，也可在传统机械设备的基础上应用智能化技术，加强机械设备的转型升级，提高机械先进性，提升采茧效率。

二是柔性采茧，降低损耗。根据方格蔟常见变形问题，调整采茧机的采摘装置、放蔟平台，从现有的采茧结构（挤压式、顶出式、齿形结构）上进行调整。如利用柔软的毛刷将蚕茧刷出进行采摘，避免因机器采茧导致蚕茧损伤及蔟具的二次损坏。

三是提高采茧机械适用性，推动标准化生产。因市面上有不同型号的方格蔟，对蚕农常用方格蔟进行研究，确定标准化方格蔟，开发一种能与标准化型号方格蔟相匹配的采茧机械，向蚕农推广，对上蔟环节使用的蔟具进行改造，进行标准化生产。使用标准化蔟具，可实现机械设备共享，降低因与方格蔟不匹配而购买多台机械，或人工采茧的成本，提高蚕农采茧效率与质量。

四是降低成本，加大扶持。政府出台相应的蚕桑机械扶持政策，发挥产业政策、财税政策和财政资金等引导作用。在保证机械工作性能的情况下，将符合条件的采茧装备纳入农机购置补贴范围，降低成本，使蚕户有能力进行购买，也利于采茧设备的推广应用。

4 结语

采茧机械在提高蚕茧采摘效率和质量方面具有重要作用。我国针对桑蚕机械化发展也在不断创新及提高，政府相关部门应根据目前采茧机械化发展现状，加大政策支持，完善相应机制。支持蚕桑示范基地建设、科技创新以及装备研发、技术改造，统筹市场力量等。企业还应重视技术创新，加强智能化技术应用、加强机械化的研制。通过不断创新和技术进步，增加蚕茧产量，加强蚕丝质量，提高生产采摘效率，提升蚕丝产业的发展水平。