菌包窩口棒振動上料盤的設計

孫 毅

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

隨著我國機械自動化水平的不斷提高，為解決零散物料自動化上料難的問題，振動盤上料設備的應用與普及日益提高，市場需求量逐步增加。目前，我國振動盤上料設備生產廠家已近千家。現有菌包窩口棒采用的上料設備普遍由其他物料振動上料設備改進而來，物料針對性及適應性均不強，做工較為粗糙，因此急需設計一款菌包窩口棒專用振動上料設備。本文通過對現有振動上料設備工作原理的研究和分析，開展菌包窩口棒專用振動上料設備的理論研究與創新設計，從而滿足菌包窩口插棒作業需要，提升機具性能和技術含量，同時促進食用菌栽培機械化健康發展。

1 目的與意義

食用菌菌包窩口、插棒栽培技術是目前主流的食用菌機械化栽培技術，可由食用菌裝袋窩口插棒一體機完成其主要的裝袋、窩口、插棒作業環節，其作業效率約為1 200 袋·h-1左右，以每袋需插一個窩口棒計，每小時需窩口棒1 200個左右，人工上料工作強度較大，不符合節本增效需求。菌包窩口棒振動上料盤可實現窩口棒的自動上料作業。本文設計的菌包窩口棒上料設備采用以振動為驅動力，使物料作沿螺旋線上升運動并定向排序的給料方式，可解決現有上料機工作時易出現物料堆積、擁堵、不流暢、運動方向方式錯誤等問題。

食用菌袋裝栽培技術經過多年發展，期間針對食用菌菌袋的裝包工藝進行了多次工藝調整，直到窩口、插棒模式的出現，降低了勞動強度、改變接菌方式、菌絲生長更規律，使得食用菌袋裝栽培技術得到進一步完善，本研究可為食用菌裝袋窩口插棒作業模式提供技術支撐。

2 菌包窩口棒振動上料盤結構和原理

2.1 結構

窩口棒振動上料盤主要由圓盤料斗、定向移動機構、脈沖電磁鐵、扭擺機構、緩沖板、固定底板、啟停控制器、調速裝置、罩殼和送料控制器等部件組成(圖1)。

1.圓盤料斗；2.定向移動機構；3.脈沖電磁鐵；4.扭擺機構；5.緩沖板；6.固定底板；7.啟停控制器；8.調速裝置；9.罩殼；10.送料控制器圖1 菌包窩口棒振動上料盤結構示意圖

2.2 工作原理

圓盤料斗下部安裝脈沖電磁鐵與扭擺機構，運用脈沖電磁鐵產生高頻振動，同時配合扭擺機構，使其上下振動的同時產生繞其垂直軸周向往復運動[1]，這種振動驅使料斗內的物料沿螺旋上升通道有序移動，經過直線移動機構的定向排序，最后到達進料口位置。

工作時，首先將窩口棒振動上料盤定向移動機構出料口與窩口插棒一體機窩口棒進料口對齊連接，并將所需窩口棒裝入圓盤料斗，然后通過窩口棒振動上料盤啟停控制器啟動脈沖電磁鐵，此時圓盤料斗內的窩口棒在扭擺振動的作用力下沿物料通道螺旋上升。若運動過程中窩口棒出現堆積和運動姿態錯誤，安裝在物料通道上方的擋板會將堆積的窩口棒擋下，而運動姿態不正確的窩口棒會在進入運動物料通道漸窄段后被迫掉落，掉落的窩口棒會重新回到圓盤料斗底部，并再次沿物料通道移動。窩口棒進入定向移動機構后，在重力作用下直徑小的一端會落入軌道之間，而直徑大的一端會卡在軌道上方，起到定向排序的作用，最終窩口棒沿軌道進入窩口插棒一體機的窩口棒入料口。當窩口棒喂入量大于窩口插棒一體機需要時，送料控制器會停止送料，并適時再次啟動送料；當窩口棒喂入量小于窩口插棒一體機需要時，可通過調速裝置提高上料速度。

3 主要結構的設計與功能

3.1 圓盤料斗的設計與功能

圓盤料斗位于振動上料盤上部與扭擺機構相連接，主要由料斗、物料通道和擋板等部件組成。料斗內壁設置有螺旋上升的物料通道，并對物料通道進行漸窄和坡面設計，避免物料出現運動姿態錯誤和滑落的問題，同時通道上方有序安裝有擋片，避免物料出現堆積。作業時物料沿螺旋通道有序移動，并逐步調整運動姿態(圖2)。

1.料斗；2.物料通道；3.擋片圖2 圓盤料斗結構示意圖

3.2 扭擺機構的設計與功能

扭擺機構主要由上連接板、下連接板、簧片組等部件組成，脈沖電磁鐵位于扭擺機構中心。上連接板與下連接板均為鑄鋼材料，且各有4個傾斜的連接耳，每個上連接板連接耳與一個下連接板連連接耳對應錯位設置。每個簧片組均有多個同規格簧片有序組成，上部與上連接板連接耳固定連接，下部與下連接板連接耳固定連接，組成斜拉式簧片組。作業時，脈沖電磁鐵使上、下連接板產生豎直方向振動，同時在多組斜拉簧式簧片組作用下，使豎直方向振動轉變為扭擺振動(圖3)。

1.上連接板；2.斜拉式簧片組；3.脈沖電磁鐵；4.下連接板圖3 扭擺機構結構示意圖

3.3 底座的設計與功能

菌包窩口插棒振動上料盤作業時會產生規律振動，這種振動在為物料提供運動作用力的同時會引起設備振動，隨著作業時間增加設備會產應移動，影響作業性能。設計的底座主要由緩沖底板、緩沖膠墩、固定底板等部件組成。緩沖底板上部與扭擺機構下連接板固定連接，下部與固定底板固定連接；緩沖底板與固定底板之間有序設置有若干緩沖膠墩。作業時，緩沖底板與緩沖膠墩用于吸收機械產生的振動，固定底板作為整個機械的基礎，起固定作用(圖4)。

1.緩沖底板；2.緩沖膠墩；3.扭擺機構；4.固定底板圖4 底座結構示意圖

3.4 定向移動機構的設計與功能

為保證向窩口插棒一體機提供有序、定向的物料，設計了定向移動機構。該機構由定向軌道和固定耳等部件組成。定向軌道由兩條平行設置的導軌組成，并與圓盤料斗內的螺旋物料通道末端相連接，通過固定耳固定在圓盤料斗外壁上。作業時，窩口棒尖頭端直徑小于導軌間隙落入兩條導軌之間，平頭端直徑大于導軌間隙，位于導軌上方，達到物料定向排序的目的(圖5)。

1.固定掛耳；2.定向軌道圖5 定向移動機構結構示意圖

3.5 調速裝置、控制裝置的配備與功能

為窩口棒振動上料盤配置調速裝置，可根據窩口插棒一體機作業需要調整窩口棒上料速度。控制裝置主要包括啟停控制器和送料控制器，啟停控制裝置具有穩定電壓和緩啟動功能，對脈沖電磁鐵起到安全保護作用。當物料在定向移動機構形成積壓時，送料控制器可調整送料速度或停止送料，并具有適時再啟動送料的功能。

4 研究內容與方法

4.1 主要研究內容

主要研究以振動為驅動力，物料作沿螺旋線上升運動并定向排序的上料模式，實現窩口棒自動上料作業的菌包窩口棒振動上料盤。通過對振動頻率、螺旋曲線升角、物料運動速度、純小時工作效率及各部件外形尺寸的研究，解決現有窩口棒上料盤工作時出現物料斷流、堆積、擁堵、不流暢、運動方向方式錯誤等問題。

4.2 研究方法

4.2.1 多種組合作業對比實驗

選取幾種市場主流的圓盤式電磁鐵振動上料設備，同時選購不同型號的食用菌菌包窩口棒，進行交叉對比試驗，收集對比實驗數據，得出試驗結果，選出最優組合并記錄作業時易出現影響作業質量的因素。

4.2.2 作業質量影響因素的收集與分析

固定螺旋物料通道長度、寬度及上升角度，調整電磁鐵振動頻率，記錄不同頻率下窩口棒運動速度、角度、彈跳程度等相關實驗數據，分析相關影響因素；固定電磁鐵振動頻率，依次調整螺旋物料通道長度、寬度及上升角度，記錄試驗數據，分析影響因素和規律。

4.2.3 作業速度的最佳匹配

測定食用菌窩口插棒一體機作業效率，計算單位時間內所需窩口棒數量，運用調速功能調整所需作業速度，使之與食用菌窩口插棒一體機速度達到最佳匹配。

5 結論與應用前景

本研究預期成果可轉化為食用菌菌包窩口棒振動上料機，該機結構合理、工作流暢、性能穩定、工作效率高，有效解決現有食用菌菌包窩口棒上料設備存在的問題，對保證食用菌菌袋窩口插棒一體機的工作效率有關鍵作用。

該食用菌菌包窩口棒振動上料盤可實現窩口棒自動上料作業。圓盤料斗，主要解決了作業時物料易發生擁堵和堆積的問題；底座，可解決作業時因振動使設備產生位移和影響作業性能的問題；定向移動機構的設計，有效解決窩口棒定向排列的問題；調速裝置、控制裝置的配備，提升安全性與設備性能，增強設備功能性。該機結構簡單合理、操作便捷、造價低廉、安全性高、可靠性好，可大大縮短生產時間，提高生產速度，降低人工成本，滿足作業需要。該項技術及產品的推廣應用符合國家技術產品發展政策，有效提高窩口棒上料設備技術與食用菌栽培技術認知度，提升該產品加工企業生產積極性與經濟效益。同時，對保證食用菌菌袋窩口插棒一體機作業效率起到關鍵作用，節本增效為用戶帶來較好的經濟效益，為推動我國食用菌產業發展起到促進作用。