采繭機械研究現狀與發展趨勢

陳苗苗 王義鵬 張 巍 趙幫泰 程方平 楊昌敏 郭 曦

（四川省農業機械科學研究院，四川 成都 610066）

我國蠶桑產業歷史悠久，隨著國家蠶桑產業“東桑西移”戰略的實施，我國蠶桑生產區域逐步由東部地區向西部地區轉移。蠶桑產業是四川省的特色產業之一。在“十三五”脫貧攻堅期間實現了規模效益提質擴容，四川省有19 個市（州）、95個縣（區）、100 多萬人從事繭絲綢產業，蠶桑產業的總產值達1777.5 億元。2023 年，全省桑園面積230 萬畝（15.3 萬hm2），蠶繭產量為8.3 萬t、蠶絲9421.8 t，分別占全國19%、12.1%、17.6%，皆位居全國第2 位。絲綢大省的地位和優勢不斷鞏固提升。

我國過去的蠶桑生產主要靠手工操作，基本使用簡單的工具設備。而采繭是蠶絲生產過程中不可或缺的環節，也是影響繭絲質量的主要環節，是蠶農能否增產增收的重要因素。傳統的人工處理是將蠶繭一個個從蔟上采摘下來。采用人工采繭不僅存在效率低下、勞動強度大等問題，還需支付大量的人工采繭費用，人工成本高。伴隨著我國城鎮化的發展，農村人口大量向城鎮化轉移，帶來農村人口的減少及勞動力老齡化，使得可用人力資源減少，人力成本上升。在蠶業規?；a背景下，機械化采繭有利于提高工作效率，降低了人力成本。機械化采繭將成為必然的發展趨勢。

1 國內外采繭發展現狀

1.1 日本采繭發展現狀

許多亞洲國家如日本、韓國、印度、泰國等地也有發展蠶桑產業的歷史和經驗。其中日本曾是規模最大、蠶繭產量第一的國家。為加快蠶桑產業的發展，日本研制了多種蠶桑養殖機械。研制起步較早，機械化程度最高。為解決熟蠶在蔟具中營繭，并從大量蔟具中采摘需大量用工的問題，采繭機由此產生。日本的采繭機技術相對成熟，具有高效率和高穩定性，一些采繭機還擁有先進的傳感器和控制系統，能夠檢測繭的質量和形狀，并根據需求進行相應的處理和分揀。這些機器可以適用于不同類型的蠶繭，具備廣泛的適應性和可調節性。部分先進技術也傳入了中國。由于日本所用蔟具均為方格蔟，也是蠶農使用的最多的一種蔟具，很大程度促進了機械化采繭機的研制。日本發展了多種類型的采繭機[1-2]，種類主要有腳踏式采繭機和全自動采繭剝繭衣機，有效地提高了勞動效率，同時由于機械采繭時對蠶繭的損壞小，保證了蠶繭的品質[3]。日本研制的采繭機如圖1 所示。

圖1 日本研制的采繭機

1.2 國內采繭發展現狀

我國蠶絲業歷史悠久，以傳統手工操作為主。常用的蔟具種類很多，普遍使用的有蜈蚣蔟（俗稱草龍）、折蔟、傘形蔟、方格蔟等，有的地方直接用菜籽稈、麥稈、松枝等供蠶兒上蔟[4]。其中，方格蔟因其結構合理、利于保存等因素，逐漸被廣泛使用。經對比使用發現，方格蔟可有效提高蠶繭質量，創造良好的經濟效益和社會效益[5]。是優質的上蔟蔟具。我國采繭機械化的發展經歷了較長時間的積累和努力。隨著蠶農大量使用方格蔟，先后發明了多種與方格蔟適配的自動采繭機，推動了產業現代化和技術創新，提高了產量和質量。

1.2.1 傳統采繭機

由于前期我國機械化水平較低，主要采用手工的、簡單的傳統機械進行采繭，生產效率低。隨著農業機械化推進，我國開始引進和發展更先進的采繭機械，提高了采繭效率[6-9]。江蘇科技大學的王孝祥等[10]研制的紙板方格蔟采繭機，把需要采繭的方格蔟放置在方格蔟支撐架上，通過絲桿轉動，帶動頂桿安裝板及其下方的頂桿向下直線運動，利用頂桿把蠶繭從孔格內頂出，如圖2 所示。該機由于將頂桿設計成兩種長度，便于對孔定位，減少對蔟具的損壞。但由于方格蔟四角的孔格有一個非直角，而采繭機頂桿尺寸一致，因此進入此四邊格時會很困難，需頻繁地控制電機取放方格蔟，無法連續作業。

圖2 紙板方格蔟采繭機

四川省農業科學院的馬勇等[11]研制一種毛刷式采繭機，利用柔性毛刷將蠶繭從方格蔟中刷出，即使變形的方格蔟也不會影響采收，減少了對方格蔟和蠶繭造成的損傷，如圖3 所示。這種采繭機能很好解決方格蔟變形的問題，減少因方格蔟變形而重新購置的成本，且利用柔性毛刷刷出蠶繭，不易損傷蠶蛹，不污染蠶繭影響蠶絲品質。但變形的方格蔟易產生卡機，需在采收過程中隨時關注，因出料口未設計收集籃，故在采繭過程中還需及時清理采摘下來的蠶繭。

覃德斌[12]發明了一種電動采繭機，利用電機帶動收縮桿往復運動，從而帶動頂繭柱上下運動，將蠶繭從方格蔟中頂出。后利用刮繭耙在導軌上左右滑動，割斷蠶繭和方格蔟間的繭衣，刮下蠶繭，采繭效率高、操作簡便。但此采繭機需采收使用木制方格蔟的蠶繭，成本較高。高偉等[13]發明了一種自動上蔟和快速采繭裝置，通過將蔟具放在蠶座上自動上蔟，然后帶蠶繭的蔟具從落繭口通過，實現蠶繭和蔟具自行分離，完成采繭工作，如圖4 所示。該裝置將上蔟與采繭環節相結合，減少了上蔟和采繭的勞動強度以及時間，也減輕蠶農購置多種設備的負擔。

圖4 自動上蔟和快速采繭機

1.2.2 采繭機與智能化結合

隨著人工智能技術的快速發展，采繭機械逐漸與智能化技術相結合。采繭機械化得到了進一步提升。如中國計量學院的趙明巖等[14]將圖像識別技術與自動采繭機構結合，設計了一種可以自動分選上繭、雙宮繭與下腳的繭采摘機具。該機具可同時獲取蠶繭質量與數量的信息。可提高使用紙板方格蔟自動采繭及不同品質的蠶繭分選的勞動工效，如圖5、圖6 所示。但該設備生產成本較高，不利于在規模化蠶繭生產中推廣應用。

圖5 不同品質蠶繭采摘布局

圖6 紙板方格蔟專用自動采繭機

針對常用采繭機存在需遍歷所有方格蔟、無法進行選擇性采摘上繭的問題，山東農業大學的劉保季等[15]在直角坐標式方格蔟自動采繭機的基礎上，利用改進最大最小蟻群算法將方格蔟采繭機采繭路徑進行優化，針對未營繭空格和下繭問題進行改進，如圖7 所示。這種采繭機大大提高了采繭效率，也提高了上繭率，且時間節省2.8%左右。

圖7 直角坐標式方格蔟自動采繭機

2 目前存在的問題

蠶桑是四川的優勢產業及特色產業，但發展不平衡，采繭、收繭環節仍存在許多問題：

一是自動化程度不高。目前市面上通用的采繭機雖節省了采繭環節的大量用工，從人工采繭向自動化采繭轉變，但主要為純機械設備，仍需人工進行輔助控制電機、取放方格蔟，收集采繭等。對于方格蔟中產生的不同品質的蠶繭，仍需靠技術人員分選，勞動力消耗大，費時費力，影響采繭效率。

二是蔟具的不穩定性。目前蠶農常用的方格蔟材質由紙板或木板構成。針對紙板構成的方格蔟在上蔟過程中，繭絲連結可能會造成紙板蔟孔格變形的情況。而在自動采繭過程中既要保證蠶繭順利脫落，且不損壞方格蔟，增加了操作難度。

三是蔟具與機械的不匹配。蠶農使用方格蔟有不同的規格型號、紙質或木質，大部分采繭機無法完全適用。而不適配的方格蔟與采繭機在采繭過程中，機器不僅會損壞蠶繭，也易對方格蔟造成損傷，增加蠶繭的損耗，也提高了后期需購置的方格蔟成本。

3 發展建議

一是持續推動轉型升級。隨著機械化技術和人工智能的不斷發展，采繭環節也逐漸智能化、機械化。除了純機械化采繭機上進行更新外，也可在傳統機械設備的基礎上應用智能化技術，加強機械設備的轉型升級，提高機械先進性，提升采繭效率。

二是柔性采繭，降低損耗。根據方格蔟常見變形問題，調整采繭機的采摘裝置、放蔟平臺，從現有的采繭結構（擠壓式、頂出式、齒形結構）上進行調整。如利用柔軟的毛刷將蠶繭刷出進行采摘，避免因機器采繭導致蠶繭損傷及蔟具的二次損壞。

三是提高采繭機械適用性，推動標準化生產。因市面上有不同型號的方格蔟，對蠶農常用方格蔟進行研究，確定標準化方格蔟，開發一種能與標準化型號方格蔟相匹配的采繭機械，向蠶農推廣，對上蔟環節使用的蔟具進行改造，進行標準化生產。使用標準化蔟具，可實現機械設備共享，降低因與方格蔟不匹配而購買多臺機械，或人工采繭的成本，提高蠶農采繭效率與質量。

四是降低成本，加大扶持。政府出臺相應的蠶桑機械扶持政策，發揮產業政策、財稅政策和財政資金等引導作用。在保證機械工作性能的情況下，將符合條件的采繭裝備納入農機購置補貼范圍，降低成本，使蠶戶有能力進行購買，也利于采繭設備的推廣應用。

4 結語

采繭機械在提高蠶繭采摘效率和質量方面具有重要作用。我國針對桑蠶機械化發展也在不斷創新及提高，政府相關部門應根據目前采繭機械化發展現狀，加大政策支持，完善相應機制。支持蠶桑示范基地建設、科技創新以及裝備研發、技術改造，統籌市場力量等。企業還應重視技術創新，加強智能化技術應用、加強機械化的研制。通過不斷創新和技術進步，增加蠶繭產量，加強蠶絲質量，提高生產采摘效率，提升蠶絲產業的發展水平。