一种螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖装置及方法

1.本发明属于黑水虻养殖技术及设备领域，具体涉及一种螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖装置及方法。


背景技术：

2.易腐有机垃圾主要有城市有机生活垃圾及畜禽养殖粪便等。其中城市有机生活垃圾包括来自餐饮业和大型公共食堂的食物残余、城市居民家庭的厨余垃圾和蔬菜水果等食品加工业及市场产生的食物垃圾；畜禽养殖粪便主要是规模化养鸡场、养猪场产生的粪便。这些易腐有机垃圾含有大量的有机物，按照现在广泛采用的无害化处理方法如焚烧法、干燥法、堆肥法等，易腐有机垃圾中的有机成分未得到充分循环利用，造成了资源浪费。
3.黑水虻是腐生性的昆虫，能够用处理后的禽畜粪便和有机生活垃圾喂养，生产优质昆虫蛋白和有机肥料，可使有机废弃物资源化回收直接利用率达到98％以上，近年来在畜禽粪便和餐厨垃圾处理方面得到越来越广泛的利用。现有的养殖黑水虻幼虫采用的主流方式是采用农业大棚方式养殖，养殖占地面积大、养殖量小、处理量小、黑水虻养殖产出率低，依靠简单的机械设备和人工投料来完成，工人劳动强度大、工作环境差。
4.目前已有黑水虻幼虫设施化、自动化养殖的相关专利，如授权号cn 211746319u《一种以餐厨垃圾为基料的黑水虻自动化养殖系统》，采用固定的立体多层养殖盒，通过凸轮给料泵及管道阀门控制自动进料，将养殖盒倾倒的方式出料；申请号 202110143316.6《畜禽粪便处理和黑水虻立体养殖组合自动生产系统及方法》，将饲喂及养殖框的移动利用机械设备自动进行，但系统偏复杂；授权号cn213848291u《一种智能黑水虻立体养殖仓》，采用固定货架式样的框架支撑及可行走的升降式自动饲料添加装置，实现自动饲喂；申请公布号cn113040102a《一种厢式黑水虻立体自动化养殖系统》，通过在集装厢内养殖架上布置多层养殖盒，利用轨道及循环工作机，配置自动投虫装置及推送装置，进行自动投料、自动投虫、自动翻盒收料等操作，可实现集成自动化养殖，占地面积小。
5.上述专利总体上空间利用率偏低，虽然个别实现了投料、投虫、翻盒收料的自动化，但系统整体组成较为复杂，特别是养殖容器的投料、堆放、出料等养殖过程需要在多个系统之间转移依次进行，整个养殖流程有待优化，自动化程度及空间利用率尚待提高。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种整体结构紧凑，空间利用率高，可实现同时几十层饲喂框的堆叠及传输的螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖装置及其方法。
7.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖装置，包括一饲喂框进出料装置、一黑水虻幼虫投放装置、两组螺旋输送装置、底部托举装置、一顶部水平输送装置和一底部水平输送装置；所述的饲喂框进出料装置包括固定支架，所述的固定支架的上部设置有用于向饲喂框内投放饲料的进料斗，所述的固定支架的下部设置有用于收集饲喂框内物料的接料
斗，所述的固定支架的中部且位于所述的进料斗与所述的接料斗之间设置有用于水平移动和翻转饲喂框的平移翻转机构；所述的黑水虻幼虫投放装置为用于向所述的饲喂框内投放黑水虻幼虫的投幼虫滚筒，所述的投幼虫滚筒位于所述的固定支架与所述的螺旋输送装置之间；两组所述的螺旋输送装置平行且紧挨设置，每组所述的螺旋输送装置包括四个安装方向一致的可旋转的立式螺旋输送柱，所述的立式螺旋输送柱的顶部设置有螺柱旋转驱动机构，两组所述的螺旋输送装置的立式螺旋输送柱转动方向相反，所述的饲喂框的两侧凸沿卡嵌在一组所述的螺旋输送装置的四个立式螺旋输送柱的螺纹段之间并随着所述的立式螺旋输送柱上行输送或下行输送；所述的底部托举装置用于托举所述的饲喂框至上行运转的所述的立式螺旋输送柱的螺纹段，所述的底部托举装置位于上行运转的四个所述的立式螺旋输送柱之间区域的正下方；所述的顶部水平输送装置用于驱动顶部的所述的饲喂框由上行运转的所述的立式螺旋输送柱平移到下行运转的所述的立式螺旋输送柱之间；所述的底部水平输送装置用于驱动底部的所述的饲喂框向所述的平移翻转机构方向水平来回移动，所述的底部水平输送装置与所述的平移翻转机构设置在同一水平面上。
8.进一步，所述的平移翻转机构包括支撑框架，所述的支撑框架通过中心转轴与所述的固定支架转动连接，所述的支撑框架中设置有若干个可来回转动的主动滚轮，所述的主动滚轮连接有第一电机，所述的支撑框架上设置有用于控制所述的支撑框架沿其中心翻转的出料翻转电机，所述的支撑框架的外侧边沿设置有用于防止所述的饲喂框落入所述的接料斗中的外挡板。
9.进一步，所述的进料斗的底部开口处设置有用于控制所述的进料斗打开和关闭的压辊和进料滑板，所述的投幼虫滚筒位于所述的进料滑板的斜上方。通过调节压辊与进料滑板之间间距来调整一次投加量。
10.进一步，所述的螺柱旋转驱动机构包括转动齿轮、传动链条和第二电机，所述的转动齿轮的中心与所述的立式螺旋输送柱顶部固定连接，各个所述的转动齿轮通过所述的传动链条同步转动连接，所述的传动链条与所述的第二电机。通过控制电机的转动方向，从而控制两组螺旋输送装置的立式螺旋输送柱转动方向相反。
11.进一步，所述的立式螺旋输送柱的顶部和底端均有一段为光轴，上行旋转的所述的立式螺旋输送的螺纹段与下行旋转的所述的立式螺旋输送柱螺纹段的间隙处设置有用于防止所述的饲喂框移动的中间挡条，所述的立式螺旋输送柱的底部活动设置在养殖厂房底面的凹槽中，所述的立式螺旋输送柱的下端与所述的养殖厂房底面之间设置有螺旋柱底部旋转脚轮。保证立式螺旋输送柱的可旋转运动。
12.进一步，所述的底部托举装置为可伸缩式液压千斤顶，所述的液压千斤顶上连接有用于探测所述的饲喂框是否接近所述的中间挡条的上升接近传感器。
13.进一步，所述的顶部水平输送装置包括推杆，所述的推杆位于上行运转的所述的立式螺旋输送柱的顶部外侧，所述的推杆上连接有用于探测所述的饲喂框是否接近顶部的顶部接近传感器，所述的中间挡条的顶部设置有用于驱动所述的饲喂框继续平移的顶部输
送轮。
14.进一步，所述的底部水平输送装置包括用于驱动所述的饲喂框继续平移的底部输送轮，所述的底部输送轮上连接有用于探测所述的饲喂框是否接近底部的底部接近传感器，所述的底部输送轮通过支架连接在所述的养殖厂房底面，位于所述的养殖厂房底面中部的所述的底部输送轮分别连接有用于驱动所述的底部输送轮转动的第三电机。底部输送轮及顶部输送轮的平移配合，实现饲喂框在两组立式螺旋输送系统中上下循环输送。
15.进一步，所述的养殖厂房底面的中间设置有限制所述的饲喂框继续向外侧所述的立式螺旋输送柱平移的单向限位挡板，所述的单向限位挡板朝外的一端与所述的养殖厂房底面铰接且其朝内的一端与所述的养殖厂房底面之间设置有可伸缩弹簧。
16.一种利用上述装置的螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖方法，包括以下步骤：（1）将饲喂框置于平移翻转机构上，打开进料斗向饲喂框内加料，同时启动第一电机和第三电机，将饲喂框缓慢向螺旋输送装置方向平移，同时落下的饲料均匀铺在饲喂框底部，当首次投加进料后的饲喂框抵达投幼虫滚筒下方时，投幼虫滚筒开始滚动投加幼虫，在饲喂框内饲料的表面布设一层黑水虻幼虫，在后面补充投加进料时，投幼虫滚筒不工作；（2）在单向限位挡板的限位作用下，饲喂框停留在内侧四根立式螺旋输送柱内正下方，启动底部托举装置，托举投料后的饲喂框上升，上升接近传感器探测到饲喂框后发出信号，启动两个第二电机，所有螺旋输送装置开始转动，饲喂框两侧凸沿随之被内侧的4个缓慢上行的立式螺旋输送柱卡住，饲喂框被带入上升螺旋输送通道向上输送，直到顶部接近传感器探测到饲喂框后发出信号，启动推杆和顶部输送轮，推杆将饲喂框向外侧下行旋转的立式螺旋输送柱方向推动，进一步在顶部输送轮的作用下平移到下行的四个立式螺旋输送柱之间后下落，饲喂框两侧凸沿随之被外侧的4个缓慢下行的立式螺旋输送柱卡住，随后被带入下降螺旋输送通道；（3）重复步骤（1）-（2），直至所有的饲喂框均投加进料和幼虫并进入螺旋输送装置后，关闭第一电机、两个第二电机和第三电机，此时所有螺旋输送装置均停止转动，所有饲喂框停在原位，黑水虻幼虫取食投入的有机垃圾，直至下一次投喂新料或出料；（4）启动两个第二电机，当底部接近传感器探测到从立式螺旋输送柱的光轴处脱落的饲喂框后发出信号，启动第一电机和第三电机，通过底部输送轮将饲喂框向平移翻转机构方向输送，准备进行投料或出料；（5）当需要投喂新料时，打开上方的进料斗进行自动投喂进料，再按照步骤（1）重新进行操作；（6）当饲喂框中黑水虻养殖周期结束，需要出料时，则启动出料翻转电机翻转饲喂框进行出料，饲喂框内的物料落入下方接料斗，输送出去进行后续加工处理；（7）出料后的空饲喂框再按照步骤（1）重新进行投加新料并投放黑水虻幼虫，开始下一批黑水虻幼虫养殖，自此实现饲喂框的上下循环过程，并能够完成自动加料、自动投虫养殖及自动出料过程。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖装置及方法，养殖全周期可完全无人自动化进行；一套立式螺旋输送系统实现饲喂框的堆叠及转输，系统整体结构紧凑，空间利用率非常高（占地面积极小），可以实现同时几十层饲喂框的堆叠及运输，可在极小的占地情况下，对不同处理规模的有机垃圾实现立体自
动化养殖黑水虻幼虫。整个养殖系统组成整体简洁，空间利用能够达到极大化，自动投料、投放幼虫并自动出料，可实现完全无人化黑水虻幼虫养殖通过多套本发明装置并列布置，可方便快速组合形成规模化的黑水虻幼虫养殖工厂，以适应不同规模的有机垃圾处理要求。
附图说明
18.图1为本发明的平视图；图2为本发明的侧视图；图3为本发明的俯视图，包括螺旋输送装置、底部托举装置顶部水平输送装置、底部水平输送装置和平移翻转机构俯视示意图；图4为本发明的饲喂框示意图；图5为本发明的单向限位挡板结构示意图；图6为本发明的三套装置并排模式；图中各标注如下：固定支架1，饲喂框2，进料斗3，接料斗4，平移翻转机构5，投幼虫滚筒6，立式螺旋输送柱7，螺柱旋转驱动机构8，压辊9，进料滑板10，中间挡条11，液压千斤顶12，上升接近传感器13，推杆14，顶部接近传感器15，顶部输送轮16，底部输送轮17，底部接近传感器18，养殖厂房底面19，单向限位挡板20，凸沿21，螺旋柱底部旋转脚轮22，来料输送绞龙23，第三电机24，其中平移翻转机构5包括支撑框架51，主动滚轮52，第一电机53，出料翻转电机54和外挡板55；螺柱旋转驱动机构8包括转动齿轮81、传动链条82和第二电机83。
具体实施方式
19.在本发明申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“端”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明申请实施例的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本发明申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是其它连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明申请实施例中的具体含义。
22.在本发明申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上
面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
23.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明申请实施例的不同结构。为了简化本发明申请实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明申请实施例。
24.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
25.具体实施例一一种螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖装置，如图1、图2、图3和图4所示，包括一饲喂框2进出料装置、一黑水虻幼虫投放装置、两组螺旋输送装置、底部托举装置、一顶部水平输送装置和一底部水平输送装置；饲喂框2进出料装置包括固定支架1，固定支架1的上部设置有用于向饲喂框2内投放饲料的进料斗3，固定支架1的下部设置有用于收集饲喂框2内物料的接料斗4，固定支架1的中部且位于进料斗3与接料斗4之间设置有用于水平移动和翻转饲喂框2的平移翻转机构5；黑水虻幼虫投放装置为用于向饲喂框2内投放黑水虻幼虫的投幼虫滚筒6，投幼虫滚筒6位于固定支架1与螺旋输送装置之间；两组螺旋输送装置平行且紧挨设置，每组螺旋输送装置包括四个安装方向一致的可旋转的立式螺旋输送柱7，立式螺旋输送柱7的顶部设置有螺柱旋转驱动机构8，两组螺旋输送装置的立式螺旋输送柱7转动方向相反，饲喂框2的两侧凸沿21卡嵌在一组螺旋输送装置的四个立式螺旋输送柱7的螺纹段之间并随着立式螺旋输送柱7上行输送或下行输送；底部托举装置用于托举饲喂框2至上行运转的立式螺旋输送柱7的螺纹段，底部托举装置位于上行运转的四个立式螺旋输送柱7之间区域的正下方；顶部水平输送装置用于驱动顶部的饲喂框2由上行运转的立式螺旋输送柱7平移到下行运转的立式螺旋输送柱7之间；底部水平输送装置用于驱动底部的饲喂框2向平移翻转机构5方向水平来回移动，底部水平输送装置与平移翻转机构5设置在同一水平面上。
26.在此具体实施例中，如图2所示，平移翻转机构5包括支撑框架51，支撑框架51通过中心转轴与固定支架1转动连接，支撑框架51中设置有若干个可来回转动的主动滚轮52，主动滚轮52连接有第一电机53，支撑框架51上设置有用于控制支撑框架51沿其中心翻转的出料翻转电机54，支撑框架51的外侧边沿设置有用于防止饲喂框2落入接料斗4中的外挡板55。进料斗3的底部开口处设置有用于控制进料斗3打开和关闭的压辊9和进料滑板10，投幼虫滚筒6位于进料滑板10的斜上方。通过调节压辊9与进料滑板10之间间距来调整一次投加量。
27.在此具体实施例中，如图3所示，螺柱旋转驱动机构8包括转动齿轮81、传动链条82和第二电机83，转动齿轮81的中心与立式螺旋输送柱7顶部固定连接，各个转动齿轮81通过传动链条82同步转动连接，传动链条82与第二电机83。通过控制电机的转动方向，从而控制两组螺旋输送装置的立式螺旋输送柱7转动方向相反。立式螺旋输送柱7的顶部和底端均有一段为光轴，上行旋转的立式螺旋输送的螺纹段与下行旋转的立式螺旋输送柱7螺纹段的间隙处设置有用于防止饲喂框2移动的中间挡条11，立式螺旋输送柱7的底部活动设置在养殖厂房底面19的凹槽中，立式螺旋输送柱7的下端与养殖厂房底面19之间设置有螺旋柱底部旋转脚轮22。底部托举装置为可伸缩式液压千斤顶12，液压千斤顶12上连接有用于探测
饲喂框2是否接近中间挡条11的上升接近传感器13。
28.在此具体实施例中，如图2和图3所示，顶部水平输送装置包括推杆14，推杆14位于上行运转的立式螺旋输送柱7的顶部外侧，推杆14上连接有用于探测饲喂框2是否接近顶部的顶部接近传感器15，中间挡条11的顶部设置有用于驱动饲喂框2继续平移的顶部输送轮16。底部水平输送装置包括用于驱动饲喂框2继续平移的底部输送轮17，底部输送轮17上连接有用于探测饲喂框2是否接近底部的底部接近传感器18，底部输送轮17与养殖厂房底面19通过支架连接，位于养殖厂房底面19中部位置的底部输送轮17分别连接有用于驱动底部输送轮17转动的第三电机24。底部输送轮17及顶部输送轮16的平移配合，实现饲喂框2在两组立式螺旋输送系统中上下循环输送。 如图5所示，养殖厂房底面19的中间设置有限制饲喂框2继续向外侧立式螺旋输送柱7平移的单向限位挡板20，单向限位挡板20朝外的一端与养殖厂房底面19铰接且其朝内的一端与养殖厂房底面19之间设置有可伸缩弹簧。立式螺旋输送柱7的螺距为180-300mm，饲喂框2的高为130-200mm，长度为1500-2500mm，宽度为750-1500mm，饲喂框2的两侧边框水平向外侧凸沿21（方便螺旋卡牢稳定传输），凸沿21宽度10-30mm，材质为金属或其他耐磨材料；进料斗3的上方设置有来料输送绞龙23。
29.具体实施例二一种利用上述具体实施例一装置的螺旋传输式黑水虻立体自动化养殖方法，包括以下步骤：（1）将饲喂框2置于平移翻转机构5上，打开进料斗3向饲喂框2内加料，同时启动第一电机53和第三电机24，将饲喂框2缓慢向螺旋输送装置方向平移，同时落下的饲料均匀铺在饲喂框2底部，当首次投加进料后的饲喂框2抵达投幼虫滚筒6下方时，投幼虫滚筒6开始滚动投加幼虫，在饲喂框2内饲料的表面布设一层黑水虻幼虫，在后面补充投加进料时，投幼虫滚筒6不工作；（2）在单向限位挡板20的限位作用下，饲喂框2停留在内侧四根立式螺旋输送柱7内正下方，启动底部托举装置，托举投料后的饲喂框2上升，上升接近传感器13探测到饲喂框2后发出信号，启动两个第二电机83，所有的螺旋输送装置开始转动，饲喂框2两侧凸沿21随之被内侧的4个缓慢上行的立式螺旋输送柱7卡住，饲喂框2被带入上升螺旋输送通道向上输送，直到顶部接近传感器15探测到饲喂框2后发出信号，启动推杆14和顶部输送轮16，推杆14将饲喂框2向外侧下行旋转的立式螺旋输送柱7方向推动，进一步在顶部输送轮16的作用下平移到下行的四个立式螺旋输送柱7之间后下落，饲喂框2两侧凸沿21随之被外侧的4个缓慢下行的立式螺旋输送柱7卡住，随后被带入下降螺旋输送通道；（3）重复步骤（1）-（2），直至所有的饲喂框2均投加进料和幼虫并进入螺旋输送装置后，关闭第一电机53、两个第二电机83和第三电机24，所有螺旋输送装置停止转动，所有饲喂框2停在原位，黑水虻幼虫取食投入的有机垃圾，直至下一次投喂新料或出料；（4）启动两个第二电机83，当底部接近传感器18探测到从立式螺旋输送柱7的光轴处脱落的饲喂框2后发出信号，启动第一电机53和个第三电机24，通过底部输送轮17将饲喂框2往平移翻转机构5方向输送，准备进行投料或出料；（5）当需要投喂新料时，打开上方的进料斗3进行自动投喂进料，再按照步骤（1）重新进行操作；（6）当饲喂框2中黑水虻养殖周期结束，需要出料时，则启动出料翻转电机54翻转
饲喂框2进行出料，饲喂框2内的物料落入下方接料斗4，输送出去进行后续加工处理；（8）出料后的空饲喂框2再按照步骤（1）重新进行投加新料并投放黑水虻幼虫，开始下一批黑水虻幼虫养殖，自此实现饲喂框2的上下循环过程，并能够完成自动加料、自动投虫养殖及自动出料过程。
30.餐厨垃圾立体黑水虻自动养殖。全自动，无人化，智能化，立体化养殖，只需人工定期补充孵化的虫卵。上述各个由控制器控制电线接通与否转动及反转。
31.当单个城市农贸菜场垃圾，总量较小，采用一套本发明装置，背靠墙体布置，高度3-5m，以透明的阳光板搭建采暖保温外罩。先人工去除混杂的塑料袋等不能饲喂黑水虻幼虫物质后，将垃圾进行粉碎挤压脱水后，投入料斗，采用每日投料养殖方式运行。
32.当在餐厨垃圾进行集中收集处理时，用于养殖黑水虻幼虫的餐厨垃圾总量大，采取多套本发明装置并排构建，如图6所示，三套本发明装置并排模式。多套本发明装置共用一套总进料蛟龙自动输送管及出料输送带，形成一条黑水虻自动化养殖生产线。
33.上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。