食用菌培养基料装瓶设备研究范文

摘要:为满足食用菌机械化生产需求，设计了一种食用菌培养基料装瓶设备，阐述了该设备的总体结构及工作原理，确定了各关键部件的结构及工作参数，并进行样机性能试验，结果表明，各项性能指标均达到任务书要求。

关键词:食用菌;培养基料;装瓶设备

引言

食用菌是高蛋白、低脂肪，富含维生素、矿物质和膳食纤维的优质美味食物，且具有抗癌、抗菌和抗病毒等作用［1］。中国是世界食用菌生产第1大国，产量占世界总产量的70%以上，在我国农业经济中，食用菌总产值是仅次于粮、菜、果和油之后的第5大类作物，已成为农业经济中一项重要产业［2-4］。目前许多国家已基本实现食用菌生产全程机械化作业，如韩国的食用菌栽培场通过计算机智能控制菇房，使整个生产过程按一定程序进行，仅在少量环节加以人工辅助操作［5］。我国食用菌生产仍以人工操作为主，不仅劳动强度大而且生产效益低。为提高食用菌生产效率，设计了一种食用菌培养基料装瓶机，可同时完成多个培养瓶的定量装瓶作业，满足食用菌工厂化生产中基料全自动装瓶环节的技术与装备需求。

1结构及工作原理

食用菌培养基料装瓶设备主要由瓶筐分离装置、输送装置、定位机构、套板装置、定量装瓶装置、打孔压实装置、脱板装置、自动控制系统以及气动控制系统等组成，可对应完成菌瓶筐分离、菌瓶筐输送、菌瓶筐定位、套板、定量装瓶、打孔压实、脱板、板回收和筐输送等作业环节，其结构如图1所示。设备工作流程:菌瓶筐输送→菌瓶筐定位→菌瓶筐套板→均料布料喂料装瓶→打孔压实→脱板回收→菌瓶筐输送，各个环节均为自动化作业。该设备的工作参数如表1所示。

2关键部件设计

2.1输送机构的设计输送机构采用链辊输送原理，其结构如图2所示。其中套板、装瓶、打孔、脱板环节对应位置的链辊不配有动力，由气缸推动瓶筐移动，以保证瓶筐的平稳输送。设定电机转速n为1400rmin，减速比为1∶15，轮系传动比为1∶1，链辊直径d为0.049m，则瓶筐输送速度V=nπd=0.238ms。

2.2均匀给料装置设计均匀给料装置由进料斗、给料装置、料位传感器测量装置、传动装置、均料布料喂料装置、喂料箱体和驱动电机等组成，如图3所示。由于给料装置中拨料板的宽度、位置和转速会影响喂料均匀性，因此通过前期试验确定拨料装置为直径8mm的圆杆，且其安装位置与转速均能根据物料的喂入量及时进行调节，从而确保物料能均匀的分布在装瓶装置料斗中。均料布料喂料装置的作用是将装瓶装置中的物料连续均匀地装入瓶中，装置中设有料位检测系统用于监测喂入量，当装料量出现偏差时，可自动调整拨料杆与塑料板之间的间隙。料位传感器测量装置的作用是控制装瓶装置中料层厚度:当料层位于低位传感器测量头时，传感器发出信号，均匀给料装置开始向装瓶装置中加料;当料层位于高位传感器测量头时，传感器发出信号，均匀给料装置停止向装瓶装置中加料。

2.3双工位分布定量装瓶装置设计双工位分步定量均匀装瓶装置，采用分步定量装瓶原理，装瓶时先在工位1装半瓶，到工位2时再装半瓶，如此循环实现双工位32个培养瓶时装瓶，大幅提高了装瓶效率。双工位分布定量装瓶装置如图4所示。

2.4打孔压实装置设计打孔压实装置由移动导套座、变速箱、打孔压头、传动机构、驱动电机、导杆、传动轴和连杆机构等组成，打孔压实装置如图5所示。其作用是在装满物料的菌瓶中间打孔，打孔同时将菌瓶中的物料压实，使得菌瓶中物料上紧下松，以便于接种及菌丝生长。工作时，连杆机构带动打孔压实装置下降，装置在下降过程中一边打孔一边压实，当其到达下位时打孔压实动作结束。打孔深度由曲柄连杆的行程决定，因此所有瓶子打孔深度一致。程序控制打孔压实装置打完孔后返回上位，电机驱动16轴齿轮箱，可一次完成16个瓶子同时打孔压实。

2.5控制系统设计控制系统以OMRONPLC为控制核心，以光电开关和接近开关为输入单元，以电机和电磁阀为输出单元，既可以实现对各工作机构运行的单独控制，满足设备调试、检验与故障诊断工作需要，也可以对各工作机构进行顺序集成控制，实现连续节拍化高效率生产。为优化筐托起、输送、定位、套板、装瓶和脱板的最佳时序以及位移逻辑关系，进行仿真模拟试验，并根据时序图，开发了由光电传感器及逻辑程序组成的控制系统。根据给料和装瓶时序关系，开发出给料、料层控制、均料布料喂料与装瓶联动机构，实现时序与位移的有序联动。工作时，PLC根据进筐光电信号控制均料布料喂料装置转动向菌瓶喂料，喂料转动时间由PLC程序控制。当气缸推动筐移动到筐出口时，光电传感器检测到达信息，发出信号，脱板装置上升使套板从瓶口上脱开并上升到顶部，顶部光电传感器发出接收信号，脱板动作结束。

3性能检测

委托国家农机具质量监督检验中心进行了样机性能检测，主要性能指标达到了设计要求，如表2所示。

4结束语

本研究突破强制喂料、三维均匀布料、多组定容以及装瓶等技术，能够依次完成菌瓶筐输送、定位、定量装瓶、基料压实和菌瓶筐输送等操作，实现整个食用菌培养基料装瓶过程的自动化作业，满足食用菌工厂化生产对培养基料自动装瓶设备的需求。

参考文献

［1］关健，陈学玲，薛淑静，等．食用菌加工研究进展与展望［J］．河北农业科学，2008，12(1):114-115．

［2］高茂林．我国食用菌产业概况［J］．全国食用菌信息，2017(12):2-3

［3］张金霞，陈强，黄晨阳，等．食用菌产业发展历史、现状与趋势［J］．菌物学报，2015，34(4):524-540．

［4］李玉．中国食用菌产业的发展态势［J］．食药用菌，2011，19(1):1-5．

［5］杨军．韩国食用菌工厂化设施栽培与食用菌市场［J］．中国食用菌，2004(2):7-8．

作者：吴丽丽 徐名汉 申文龙 董世平 单位：中国农业机械化科学研究院