食用菌培養(yǎng)料仿生裝袋機的設(shè)計

0食用菌的機械化生產(chǎn)基蘑菇不僅具有很高的營養(yǎng)價值，而且具有一定的藥物作用。它對抗癌、降脂和人體吸引力都有很好的效果。這是一種天然綠色和安全健康產(chǎn)品。近幾年,食用菌生產(chǎn)發(fā)展較快,其總產(chǎn)值在種植業(yè)中排在糧、棉、油、菜和果之后位居第6位,且出口量不斷增多。但我國食用菌生產(chǎn)方式落后,一部分仍停留在家庭手工作坊式操作,生產(chǎn)設(shè)施簡陋,工藝落后,規(guī)模小,產(chǎn)量低,效益差,是一種低產(chǎn)、低效和資源浪費的生產(chǎn)方式,與當(dāng)今國際食用菌市場的需求和發(fā)展極不相符,所以隨著食用菌生產(chǎn)的發(fā)展,實現(xiàn)食用菌機械化生產(chǎn)是必然趨勢。食用菌機械化生產(chǎn)專業(yè)化程度高,生產(chǎn)穩(wěn)定,凈化條件優(yōu)越,管理制度嚴格,同時可以提高勞動生產(chǎn)率,及時生產(chǎn)出所需的菌種和培養(yǎng)料,在減輕勞動強度的同時保證了生產(chǎn)質(zhì)量,而且還可進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模,有利于形成機械化規(guī)模經(jīng)營,提高食用菌生產(chǎn)質(zhì)量,擴大出口量,逐漸與國際接軌。食用菌生產(chǎn)工藝過程是:備料→攪拌→裝袋→打眼→滅菌→接種→培養(yǎng)→采收→干燥→包裝貯藏和深加工。在此工藝過程中,裝袋是一項用工量最大、最易使料感染細菌的一道工序,直接關(guān)系到食用菌生產(chǎn)的產(chǎn)量和品質(zhì)。目前,我國食用菌機械化生產(chǎn)水平較低,現(xiàn)有機型沒有將培養(yǎng)料理化特性和生產(chǎn)加工機械有機聯(lián)系起來研制,人工控制培養(yǎng)料裝袋時的松緊度,費工、費時,送料攪拌器易纏,料斗內(nèi)物料拋出和架空現(xiàn)象嚴重,并且螺旋輸送培養(yǎng)料過程中黏料易堵,嚴重影響生產(chǎn)率和裝袋質(zhì)量,不適應(yīng)廣大菇農(nóng)經(jīng)營體制的現(xiàn)狀和生產(chǎn)技術(shù)要求。本文在研究培養(yǎng)料理化特性基礎(chǔ)上,發(fā)明和研制了一種新型的培養(yǎng)料仿生裝袋機。1全球制定和工作原則1.1充填料斗和仿生裝袋機的優(yōu)點培養(yǎng)料仿生攪拌裝袋機由料斗、送料攪拌器、輸料擠壓仿生螺旋、料斗底座、機筒、傳動系統(tǒng)和機架等組成,如圖1所示。培養(yǎng)料仿生攪拌裝袋機的特征是:喂料攪拌器的軸上焊接交錯排列的槳桿;在輸料擠壓仿生螺旋的工作表面上按仿生原理布設(shè)有一定排列規(guī)律的凸起;料斗是在研究培養(yǎng)料摩擦特性的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)機械與生產(chǎn)工藝相結(jié)合。實用新型仿生裝袋機的優(yōu)點是:具有攪拌和裝袋雙重功能,提高功效40%~50%,解決了喂料斗內(nèi)喂料攪拌器將培養(yǎng)料拋出、纏繞或架空現(xiàn)象;喂料攪拌器的結(jié)構(gòu)設(shè)計也能有效防纏、防堵,喂料速度加快,具有一定的攪拌作用,將培養(yǎng)料攪拌混合均勻;輸料擠壓仿生螺旋的結(jié)構(gòu)能有效地控制袋內(nèi)培養(yǎng)料松緊度,無殘留培養(yǎng)料的現(xiàn)象;輸料速度加快,無黏附現(xiàn)象。針對輸料擠壓仿生螺旋的端部易磨損、影響工作質(zhì)量和壽命的問題,設(shè)計過程中采取了一定的措施,使其耐磨增加其使用壽命。經(jīng)過生產(chǎn)試驗表明,該機械適合各種培養(yǎng)料配方工藝要求,生產(chǎn)率得到顯著提高,工作質(zhì)量好,經(jīng)濟效益較高。1.2動機動力經(jīng)皮帶傳動系統(tǒng)當(dāng)接通電動機(2)的電源進行工作時,將塑料袋口套在培養(yǎng)料仿生裝袋機的機筒上。培養(yǎng)料從料斗(7)喂入,電動機動力經(jīng)皮帶傳動系統(tǒng)(3)、齒輪傳動(5)傳到喂料攪拌器軸(8)和機主軸(9),使喂料攪拌器和仿生螺旋不斷旋轉(zhuǎn)工作。培養(yǎng)料經(jīng)喂料攪拌器的初步攪拌后送入機筒內(nèi)。機筒內(nèi)仿生螺旋是等直徑變螺距,這樣培養(yǎng)料被機筒內(nèi)仿生螺旋輸送和擠壓,不斷進入塑料袋內(nèi),保證一定的培養(yǎng)料密度或孔隙度,裝滿塑料袋后退出,周而復(fù)始地工作。2主要工作設(shè)備的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計2.1培養(yǎng)料斗的結(jié)構(gòu)和高度料斗是在研究培養(yǎng)料摩擦特性的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計,確定其結(jié)構(gòu)尺寸和形狀,有利于培養(yǎng)料流動,減小摩擦阻力,防止培養(yǎng)料黏附在料斗壁上,導(dǎo)致培養(yǎng)料滯留和架空。料斗的結(jié)構(gòu)如圖2所示。料斗的上部與底座活聯(lián)結(jié),斗的最佳傾角在55°～75°之間,其高度為520mm,上口寬度為350mm,下口寬度為200mm,容量增大。料斗結(jié)構(gòu)使培養(yǎng)料易下滑流動,防止了料的堆積與架空。2.2旋扭向與軸線方向的偏差喂料攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其轉(zhuǎn)軸上對稱交錯排列焊接4個槳葉或槳桿,槳葉或槳桿的端部按螺旋扭向與軸線方向的夾角為10°～20°之間,軸長為423mm,槳葉的尺寸30×25mm。槳桿高度為50mm,彎曲長度為40mm。此結(jié)構(gòu)防止培養(yǎng)料中的麻繩頭、塑料繩等其他具有一定纖維長度的雜物纏繞,避免造成料斗內(nèi)培養(yǎng)料的堵塞和培養(yǎng)料的拋出,有利于培養(yǎng)料的喂入與攪拌。2.3輸送器和機筒的規(guī)格設(shè)計輸料擠壓仿生螺旋如圖4所示。在料斗的下部,培養(yǎng)料仿生裝袋機底座內(nèi)組裝輸料擠壓仿生螺旋,它是裝袋機中最重要的部件之一,其設(shè)計的好壞直接關(guān)系到機器的生產(chǎn)率,同時也會影響以后菌絲的生長。螺旋可根據(jù)塑料袋規(guī)格的大小,組裝相應(yīng)大小不同的輸料擠壓仿生螺旋形式和相應(yīng)機筒。輸料擠壓仿生螺旋可分為兩段:一是輸送段,正對料斗入口部分,由兩個等直徑等螺距螺旋節(jié)組成,螺距為70mm;二是輸送擠壓段,為變螺距,螺距分別為85mm、75mm、70mm、60mm和50mm,此段既具有輸送功能,又能較好地控制料在塑料袋內(nèi)的松緊度。為適合不同的塑料袋的規(guī)格,將螺旋直徑和機筒分別設(shè)計成不同規(guī)格,來滿足塑料袋的規(guī)格需要。利用仿生學(xué)原理,在輸料擠壓仿生螺旋葉片的工作表面上按生物學(xué)特性布設(shè)許多凸起,凸起按螺旋線多條排列,達到減阻耐摩的目的,使生產(chǎn)率達到1200~1400袋/h,并能使塑料袋內(nèi)培養(yǎng)料松緊度達到合理要求。2.4通過擠壓模擬螺旋的端部輸料擠壓仿生螺旋的端部是易磨損件,設(shè)計時采取一定措施,加厚2mm或進行熱處理,提高其韌度和強度,增加使用壽命,提高生產(chǎn)質(zhì)量。3仿生裝袋機注意事項1)螺旋體內(nèi)徑d的確定。一般螺旋輸送器內(nèi)徑d=(0.02～0.04)L(L為螺旋輸送器長度)。2)外徑D的確定。D=2R,如果最大直徑處的螺旋升角為αR,則,而αR=αr-?α(αr為最小直徑處的螺旋升角)。3)螺距S的確定。首先根據(jù)輸送培養(yǎng)料與螺旋輸送器葉片的摩擦角?,按照αr≤90°-?確定出內(nèi)徑處的螺旋角α1;然后根據(jù)S=πdtanαr求出螺距?，F(xiàn)有螺旋輸送器的螺距和外徑之間的比例關(guān)系為S=(0.75~1.2)D0。4)螺旋升角α的確定。螺旋升角是螺旋葉片上任一點的法線與螺旋軸線的夾角。螺旋升角α的計算公式為式中S—螺距(mm);D1—該點所在螺旋線的直徑(mm)。螺旋葉片的外側(cè)升角α1和內(nèi)側(cè)升角α2的算公式分別為式中D—螺旋體的外徑(mm);d—螺旋軸的外徑(mm)。因為D>d,故α1>α2,即螺旋葉片的外側(cè)升角α2最小,內(nèi)側(cè)升α1最大。圖5是滿面式螺旋葉片的展開圖。5)缺口圓環(huán)的下料及尺寸計算。D為螺旋葉片直徑,d為轉(zhuǎn)動直徑,S為螺距,根據(jù)勾股定理,葉片外側(cè)螺旋線的長度為葉片內(nèi)側(cè)螺旋線的長度為因為螺旋線L和l在平面上是圓心角相同的兩條同心圓弧,若設(shè)這兩圓弧的半徑分別為R和r,則有Rr=Ll或r=lRL。根據(jù)R和r之值,可以在薄鋼板上進行下料,作出鋼板圓環(huán),然后求出缺口的圓心角α,再切開即成。α的計算公式為根據(jù)以上缺口的圓心角α計算,可以在薄鋼板上進行下料。6)轉(zhuǎn)速n的確定。食用菌培養(yǎng)料裝袋機生產(chǎn)率可用培養(yǎng)料軸向運動速度和橫截面積的乘積來計算。但由于葉片同一斷面上各點的培養(yǎng)料距轉(zhuǎn)軸z的距離不等,軸向運動速度不同,因此食用菌培養(yǎng)料裝袋機的生產(chǎn)率用輸送培養(yǎng)料的平均速度和橫截面積的乘積來計算。其生產(chǎn)率的分析如圖6所示。生產(chǎn)率計算公式為將軸向速度Vz=Sn(cos2α-tanφ?cosα?sinα)60代入上式,并積分得簡化后得螺旋輸送器的生產(chǎn)率為轉(zhuǎn)速n的計算公式為式中Q—螺旋輸送機生產(chǎn)率(kg/s);D—螺旋葉片外徑(m);S—螺距(m);n—螺旋轉(zhuǎn)速(r/min);K—考慮傾斜時生產(chǎn)率降低的系數(shù)。7)驅(qū)動功率的計算。按工作要求及工作條件,電動機選擇封閉式結(jié)構(gòu),Y系列。經(jīng)過計算得:培養(yǎng)料仿生裝袋機工作阻力為1.8kN左右,線速度大約為0.8m/s左右,皮帶的傳動效率η帶=0.96。由公式wP=f×v/(1000η帶),得wP=1.5kW。查機械設(shè)計手冊,可得電動機的功率為2.2kW。最后確定電動機的型號為Y2-100L1-4,額定功率為2.2kW,額定轉(zhuǎn)速為1430r/min。4含氟低表面活性劑的食用菌培養(yǎng)料仿生裝袋機1)料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在研究培養(yǎng)料力學(xué)摩擦特性基礎(chǔ)上,進行優(yōu)化設(shè)計。料斗壁傾角在55°~75°之間,有利于培養(yǎng)料流動,防止料斗內(nèi)物料拋出、黏料和架空現(xiàn)象的發(fā)生。2)在送料攪拌器的結(jié)構(gòu)上,根據(jù)不同用途設(shè)計成兩種結(jié)構(gòu)形式:一種是槳葉式在軸上交錯排列,適合粉類物料裝袋或攪拌;另一種是槳桿式在軸上交錯排列,適合物料粒度不均,并具有一定纖維度和濕度大的物料進行裝袋或攪拌;槳葉的葉片或槳桿端部扭向與軸線方向的夾角為10°~20°,達到送料速度快、防纏防堵的要求。3)在輸料擠壓仿生螺旋的工作表面上,按仿生原理布設(shè)具有一定排列規(guī)律的凸起,凸起高度優(yōu)化為2mm,有效達到控制袋內(nèi)培養(yǎng)料松散密度的目的,輸料速度加快,提高了生產(chǎn)率。4)對輸料擠壓仿生螺旋的端部易磨損件采取一定措施,加厚2mm或進行熱處理,提高其韌度和強度,增加機器可靠性,提高使用壽命和生產(chǎn)質(zhì)量。食用菌培養(yǎng)料仿生裝袋機具有攪拌和裝袋雙重功能,提高功效40%~50%;結(jié)構(gòu)簡單,成本低;機