气吸式蜂王浆取浆机的设计与试验.pdf
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1、2023,45(4)DOI:10.13836/j.jjau.2023088Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensishttp:/江西农业大学学报 气吸式蜂王浆取浆机的设计与试验范青1,2,杨红飞1,3,王亮3,曾志将4*,林金龙1,3*(1.江西农业大学 江西省现代农业装备重点实验室,江西 南昌 330045;2.江西开放大学 理工学部,江西 南昌 330046;3.江西农业大学 工学院,江西 南昌 330045;4.江西农业大学 蜜蜂研究所,江西 南昌 330045)摘要:【目的】实现蜂王浆机械化取浆生产是解决人工取浆效率低下、提升蜂农产出效益的
2、必由之路。【方法】本研究介绍基于槽轮-齿轮-凸轮机构的浆产浆条送进和取浆装置的传动原理,并在机构的运动和仿真分析基础上设计产浆条拨轮和吸浆头等关键机构,针对人工移除幼虫和保留幼虫的两组产浆条进行取浆试验。【结果】取浆机能以每根产浆条8 s的速度及91.84%的取浆率实现快速、高效取浆。人工移除幼虫与否不影响取浆率,但保留幼虫取浆中幼虫完好分离率仅为54.4%。【结论】基于槽轮-齿轮-凸轮机构的产浆条自动送进和吸浆头升降运动顺畅、平稳,最终实现气吸式取浆机快速、高效取浆。为了保障蜂王浆取浆品质,仍需进一步降低幼虫破碎率或人工移除幼虫后取浆。关键词:蜂王浆;机械化取浆;气吸式;产浆条;吸浆头中图分
3、类号:S896.3 文献标志码:A 开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2286(2023)04-0952-11Design and Experiment of An Air-Suction Type Royal Jelly CollectorFAN Qing1,2,YANG Hongfei1,3,WAN Liang3,ZENG Zhijiang4*,LIN Jinlong1,3*(1.Key Lab of Modern Agricultural Equipment,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,Chin
4、a;2.Department of Science and Engineering,Jiangxi Open University,Nanchang 330046,China;3.School of Engineering,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China;4.Institute of Honeybee,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045,China)Abstract:Objective The mechanization of royal jelly coll
5、ection is the must to solve the low efficiency of man-collecting and improve the output efficiency of bee farmers.Method The transmission principle of queen cell feeding and royal jelly straw based on groove wheel-gear-cam mechanism is introduced.Based on the kinematic analysis and simulation of the
6、 mechanism,the key mechanisms such as the feeding wheel and royal 收稿日期:20230326 修回日期:20230426基金项目:江西省重点研发计划项目(20192BBFL60023)和国家蜂产业技术体系建设专项(CARS-44-KXJ15)Project supported by the Jiangxi Provincial Key R&D Program(20192BBFL60023)and Project of National Bee Industry Technology System(CARS-44-KXJ15)作者
7、简介:范青,讲师,硕士,orcid.org/0009-0006-6257-2604,;*通信作者:林金龙,讲师,博士,主要从事机械设计、农业工程教学与研究,orcid.org/0000-0002-7503-223X,lincy-,;曾志将,教授,博士,博士生导师,主要从事养蜂学教学与研究,orcid.org/0000-0001-5778-4115,。范青,杨红飞,王亮,等.气吸式蜂王浆取浆机的设计与试验 J.江西农业大学学报,2023,45(4):952-962.FAN Q,YANG H F,WAN L,et al.Design and experiment of an air-suction
8、 type royal jelly collectorJ.Acta agriculturae universitatis Jiangxiensis,2023,45(4):952-962.第 4 期范青等:气吸式蜂王浆取浆机的设计与试验jelly straw are designed.The royal jelly collection test is conducted two groups of jelly strips for manual removal of larvae and retention of larvae.Results The royal jelly collectin
9、g rate of 91.84%with a efficiently of 8 s per strip was achieved by the jelly extractor.Test results showed that whether the larvae were removed manually did not affect the royal jelly collecting rate,but the intact separation rate of the larvae in the collecting of the retained larvae group was onl
10、y 54.4%.Conclusion Based on the groove-gear-cam mechanism,the automatic feeding of the queen cell and the lifting movement of the royal jelly straw are smooth and stable,which can ensure the machine to collect royal jelly quickly and efficiently.However,in order to guarantee the quality of royal jel
11、ly,the larva breakage rate should be further reduced or collecting royal jelly after the larva was removed manually.Keywords:royal jelly;royal jelly mechanized collection;air-suction type;queen cell;royal jelly straw【研究意义】蜂王浆因具备丰富营养成分1-5和极高的保健功效6-10,成为了养蜂产业重要的高价值产品。作为最大的养蜂国,我国蜂王浆产量和出口量连年稳居世界首位。传统蜂王浆
12、生产主要使用挖浆笔进行手工取浆,包括割蜡、移虫、挖浆 3 个步骤11,生产效率极低,且卫生无法得到有效保障。由于传统蜂王浆生产高度依赖人工作业,加之蜂王浆产量及活性成分含量对取浆时间较为敏感12-13,近年来劳动力成本的快速上升显著制约我国蜂王浆生产的发展。因而,有效降低劳动力成本所制约的蜂王浆生产机械化是提高蜂王浆生产质量和生产效率的必由之路14-16。【前人研究进展】机械化取浆主要有刮挖式、挤压式、离心式、吹扫式和抽吸式等5种方式。其中吹扫式和抽吸式主要依赖气流速度和压力采集蜂王浆。潘其忠等17介绍了一种使用气流从产浆条背孔后吹扫采集蜂王浆的方法。连振昌等18通过比较试验研究表明,真空抽吸
13、式取浆法相比于刮挖式、离心式等机械化取浆方法能更好地保障蜂王浆有效成份。分气吸式吸浆利用负压通过吸浆导管吸取王台内的蜂王浆,主要由动力装置、负压瓶、导管、集浆瓶、吸浆头等部分组成。早在1921年真空抽吸原理被用于从自然王台中吸取蜂王浆19。我国学者也开展了通过拉法尔管20或人力驱动21产生负压,并采用单吸管式吸浆头抽吸蜂王浆的相关研究。研究结果显示,取浆效率较纯手工挖浆笔取浆有一定提升。但受限于负压产生的效率,采用吸浆装置仅能支持有限吸浆头同时工作。通过增加吸浆管的数量,一定程度上提升了吸浆效率22,但由于依赖于人工进行操作的吸浆效率仍较有限。【本研究切入点】林金龙等23-24公开了一种蜂王浆
14、自动取浆机及其产浆条传输装置和自动取浆机的吸浆装置。利用间歇性机械传动装置实现产浆条自动送进,并由凸轮机构驱动一种双 16 管的蜂王浆吸浆头对产浆条实施自动吸浆作业。【拟解决的关键问题】本研究结合免移虫育王技术产浆条的结构特点,提出基于槽轮-齿轮-凸轮组合机构的产浆条机械送进和吸浆运动传动方案;对组合机构进行运动和仿真分析,在此基础上设计仿齿轮齿条啮合的产浆条送进装置及吸浆装置的关键部件;最后进行取浆试验研究气吸式取浆机的取浆性能。1 取浆装置设计1.1取浆机机构运动原理江西农业大学蜜蜂研究所基于免移虫育王技术的开发的第十二代产浆条如图1所示,王台呈双列两段布置,每段有王台32个,每条共有王台
15、64个。根据产浆条王台结构,综合考虑蜂王浆取浆效率和取浆质量,采用二段式取浆法。在此基础上设计了一种基于王台廓线包络的齿式送进拨轮,并在槽轮-齿轮组合机构驱动下实现产浆条的间歇性自动送进。取浆装置以步进电机为动力源,由主轴上的凸轮机构驱动推杆实现吸浆头间歇运动插入王台内吸取蜂王浆。同时,主轴经圆锥齿轮换向后驱动槽轮机构实现动停比为1 3的单向间歇性运动;随后,通过传动比为1 2的增速齿轮组将槽轮90间歇性转动转化为分路齿轮的180间歇性转动;最后在分路齿轮和同步带轮的共同作用下驱动4个送进拨轮推送产浆条与吸浆头配合完成取浆动作,取浆机机构运动线见图2。953江 西 农 业 大 学 学 报第 4
16、5 卷1.2产浆条输送机构设计为实现自动取浆,产浆条需准确送进至取浆工位,随后吸浆头插入王台并在负压作用下抽取蜂王浆。根据免移虫育王技术的第十二代产浆条结构(图3a),本研究采用双段式取浆法:首先将产浆条前段送进至取浆工位并停止,吸浆头插入王台吸浆并执行二次吸浆动作,退出王台;随后,产浆条第二段被送至取浆工位,执行相同的取浆动作。根据该设计思路,将产浆条外侧廓线沿半圆周长为195 mm的圆周进行包络构造,小拨齿由王台外侧廓线放样包络形成,齿顶进行圆角过渡;宽拨齿节距为30 mm,即王台段间中心距,小拨齿与宽拨齿间通过摆线过渡,对应圆心角w为30,小齿节距圆心角s为10,齿顶弧圆心展角为60,构
17、造产浆条拨轮如图3b所示,由两对拨轮产浆以195 mm轴距排列布置实现产浆条送进(图3c)。1.3产浆条送进过程与运动分析第一阶段动作图4a)所示,初始时刻,两对拨轮的宽齿处于正对位置,槽轮机构中主动拨销则位于槽轮入口处,产浆条从右侧送入(图4a2);启动系统后,拨轮拨齿将啮入第一组和第二组王台外廓形成的间隙槽中,构成一个类链传动啮合运动并推动产浆条作水平运动。根据点的合成运动理论,以王台孔中心动点,动系固连于拨轮,牵连速度ve垂直于牵连点向径,与水平方向的产浆条绝对速度va夹角为,相对速a)吸浆头凸轮机构运动线图;b)槽轮运动线图;c)产浆条送进拨轮运动线图。a)Royal jelly st
18、raw;b)Groove wheel;c)Queen cell.图2取浆机机构运动线图Fig.2Mechanism motion diagram of royal jelly collecter1.步进电机;2.凸轮机构;3.圆锥齿轮;4槽轮机构;5.增速齿轮;6.分路齿轮;7.送进拨轮;8.产浆条;9.凸轮推杆;10.同步带轮。1.Stepper motor;2.CAM mechanism;3.Bevel gear;4.Groove wheel mechanism;5.Increase gear;6.Shunt gear;7.Feed wheel;8.Queen cell;9.CAM pus
19、h rod;10.Synchronous belt wheel.图1取浆机机构运动简图Fig.1Kinematic sketch of mechanism of royal jelly collector 954第 4 期范青等:气吸式蜂王浆取浆机的设计与试验度vr过王台孔中心平行于拨轮接触点切线(与绝对速度夹角)。产浆条继续左移,齿槽与王台外廓接触点将沿齿槽廓线60向0方向迁移,当产浆条首个王台移至拨轮节圆象限点时(见图4a3),牵连速度方向角为0,相对速度接触角为90。由运动合成关系可知,此时相对速度vr为0。随后,王台与拨齿的接触点将则由齿槽廓线0向60处反向迁移,直至该拨齿与王台外廓脱
20、离啮合图4a4)。由点的速度方程向水平和垂直方向投影可得式(1):a)b)c)a)产浆条结构;b)拨轮结构;c)产浆条输送示意图。a)Structure of queen cell;b)Structure of feed wheel;c)Schematic of queen cell transport.图3产浆条及拨轮结构Fig.3The structure of the queen cell and feeding wheela)b)a)产浆条输送第一段;b)产浆条输送第二段。a)First stage of queen cell transport;b)Second stage of q
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