食用菌培養基料裝瓶設備研究范文

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摘要:為滿足食用菌機械化生產需求，設計了一種食用菌培養基料裝瓶設備，闡述了該設備的總體結構及工作原理，確定了各關鍵部件的結構及工作參數，并進行樣機性能試驗，結果表明，各項性能指標均達到任務書要求。

關鍵詞:食用菌;培養基料;裝瓶設備

引言

食用菌是高蛋白、低脂肪，富含維生素、礦物質和膳食纖維的優質美味食物，且具有抗癌、抗菌和抗病毒等作用［1］。中國是世界食用菌生產第1大國，產量占世界總產量的70%以上，在我國農業經濟中，食用菌總產值是僅次于糧、菜、果和油之后的第5大類作物，已成為農業經濟中一項重要產業［2-4］。目前許多國家已基本實現食用菌生產全程機械化作業，如韓國的食用菌栽培場通過計算機智能控制菇房，使整個生產過程按一定程序進行，僅在少量環節加以人工輔助操作［5］。我國食用菌生產仍以人工操作為主，不僅勞動強度大而且生產效益低。為提高食用菌生產效率，設計了一種食用菌培養基料裝瓶機，可同時完成多個培養瓶的定量裝瓶作業，滿足食用菌工廠化生產中基料全自動裝瓶環節的技術與裝備需求。

1結構及工作原理

食用菌培養基料裝瓶設備主要由瓶筐分離裝置、輸送裝置、定位機構、套板裝置、定量裝瓶裝置、打孔壓實裝置、脫板裝置、自動控制系統以及氣動控制系統等組成，可對應完成菌瓶筐分離、菌瓶筐輸送、菌瓶筐定位、套板、定量裝瓶、打孔壓實、脫板、板回收和筐輸送等作業環節，其結構如圖1所示。設備工作流程:菌瓶筐輸送→菌瓶筐定位→菌瓶筐套板→均料布料喂料裝瓶→打孔壓實→脫板回收→菌瓶筐輸送，各個環節均為自動化作業。該設備的工作參數如表1所示。

2關鍵部件設計

2.1輸送機構的設計輸送機構采用鏈輥輸送原理，其結構如圖2所示。其中套板、裝瓶、打孔、脫板環節對應位置的鏈輥不配有動力，由氣缸推動瓶筐移動，以保證瓶筐的平穩輸送。設定電機轉速n為1400rmin，減速比為1∶15，輪系傳動比為1∶1，鏈輥直徑d為0.049m，則瓶筐輸送速度V=nπd=0.238ms。

2.2均勻給料裝置設計均勻給料裝置由進料斗、給料裝置、料位傳感器測量裝置、傳動裝置、均料布料喂料裝置、喂料箱體和驅動電機等組成，如圖3所示。由于給料裝置中撥料板的寬度、位置和轉速會影響喂料均勻性，因此通過前期試驗確定撥料裝置為直徑8mm的圓桿，且其安裝位置與轉速均能根據物料的喂入量及時進行調節，從而確保物料能均勻的分布在裝瓶裝置料斗中。均料布料喂料裝置的作用是將裝瓶裝置中的物料連續均勻地裝入瓶中，裝置中設有料位檢測系統用于監測喂入量，當裝料量出現偏差時，可自動調整撥料桿與塑料板之間的間隙。料位傳感器測量裝置的作用是控制裝瓶裝置中料層厚度:當料層位于低位傳感器測量頭時，傳感器發出信號，均勻給料裝置開始向裝瓶裝置中加料;當料層位于高位傳感器測量頭時，傳感器發出信號，均勻給料裝置停止向裝瓶裝置中加料。

2.3雙工位分布定量裝瓶裝置設計雙工位分步定量均勻裝瓶裝置，采用分步定量裝瓶原理，裝瓶時先在工位1裝半瓶，到工位2時再裝半瓶，如此循環實現雙工位32個培養瓶時裝瓶，大幅提高了裝瓶效率。雙工位分布定量裝瓶裝置如圖4所示。

2.4打孔壓實裝置設計打孔壓實裝置由移動導套座、變速箱、打孔壓頭、傳動機構、驅動電機、導桿、傳動軸和連桿機構等組成，打孔壓實裝置如圖5所示。其作用是在裝滿物料的菌瓶中間打孔，打孔同時將菌瓶中的物料壓實，使得菌瓶中物料上緊下松，以便于接種及菌絲生長。工作時，連桿機構帶動打孔壓實裝置下降，裝置在下降過程中一邊打孔一邊壓實，當其到達下位時打孔壓實動作結束。打孔深度由曲柄連桿的行程決定，因此所有瓶子打孔深度一致。程序控制打孔壓實裝置打完孔后返回上位，電機驅動16軸齒輪箱，可一次完成16個瓶子同時打孔壓實。

2.5控制系統設計控制系統以OMRONPLC為控制核心，以光電開關和接近開關為輸入單元，以電機和電磁閥為輸出單元，既可以實現對各工作機構運行的單獨控制，滿足設備調試、檢驗與故障診斷工作需要，也可以對各工作機構進行順序集成控制，實現連續節拍化高效率生產。為優化筐托起、輸送、定位、套板、裝瓶和脫板的最佳時序以及位移邏輯關系，進行仿真模擬試驗，并根據時序圖，開發了由光電傳感器及邏輯程序組成的控制系統。根據給料和裝瓶時序關系，開發出給料、料層控制、均料布料喂料與裝瓶聯動機構，實現時序與位移的有序聯動。工作時，PLC根據進筐光電信號控制均料布料喂料裝置轉動向菌瓶喂料，喂料轉動時間由PLC程序控制。當氣缸推動筐移動到筐出口時，光電傳感器檢測到達信息，發出信號，脫板裝置上升使套板從瓶口上脫開并上升到頂部，頂部光電傳感器發出接收信號，脫板動作結束。

3性能檢測

委托國家農機具質量監督檢驗中心進行了樣機性能檢測，主要性能指標達到了設計要求，如表2所示。

4結束語

本研究突破強制喂料、三維均勻布料、多組定容以及裝瓶等技術，能夠依次完成菌瓶筐輸送、定位、定量裝瓶、基料壓實和菌瓶筐輸送等操作，實現整個食用菌培養基料裝瓶過程的自動化作業，滿足食用菌工廠化生產對培養基料自動裝瓶設備的需求。

參考文獻

［1］關健，陳學玲，薛淑靜，等．食用菌加工研究進展與展望［J］．河北農業科學，2008，12(1):114-115．

［2］高茂林．我國食用菌產業概況［J］．全國食用菌信息，2017(12):2-3

［3］張金霞，陳強，黃晨陽，等．食用菌產業發展歷史、現狀與趨勢［J］．菌物學報，2015，34(4):524-540．

［4］李玉．中國食用菌產業的發展態勢［J］．食藥用菌，2011，19(1):1-5．

［5］楊軍．韓國食用菌工廠化設施栽培與食用菌市場［J］．中國食用菌，2004(2):7-8．

作者：吳麗麗 徐名漢 申文龍 董世平 單位：中國農業機械化科學研究院