全自動香菇剪柄機研究

摘要 針對香菇初加工工藝繁瑣勞動強度大，香菇初加工機械自動化程度低，剪切工藝不統(tǒng)一等問題，研制開發(fā)出一款自動化香菇初加工機械。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)香菇的上料、定位、清洗、剪切、除雜、分離和回收連續(xù)化操作。由于香菇的生長受環(huán)境因素的影響較大，致使香菇的大小形態(tài)各異，因此香菇的定位一直是技術(shù)難點。該設(shè)備結(jié)合香菇的密度特性和其大致形狀均呈雨傘狀的特點，運用流體浮力的特性實現(xiàn)香菇的隨行定位，由帶式擒縱機構(gòu)將其從流動水域內(nèi)打撈進入剪切機構(gòu)，分別進行香菇的菌柄、菌帽和雜質(zhì)的分離處理，最終完成香菇初加工工藝。

關(guān)鍵詞 香菇；剪柄機；隨行定位

中圖分類號 S226 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05695-02

Abstract Aiming at the satiation that primary processing technology is fussy and labor intensity is excessive， the level of pretreating machinery automation for mushroom is low， and shearing process isn't unified， it is necessary to develop the automatic processing machinery that can enable to finish mushroom's loading material， fixed position， washing， shearing， wiping off impurities， separating and recycling and so on a series of procedures. The environment has an enormous effect on mushroom's growth， which can lead to different shapes and sizes. So mushroom's fixed position is difficult all the time. The equipment can not only combine the character of mushroom's density with its rough shape that looks like an umbrella but also combine the character of fluid buoyancy to perform mushroom's pallet. Firstly， the mushrooms are salvaged by mega belt longitudinal institutions to enter into shearing structure from flowing waters. Secondly， there are programs to dispose mushroom's leg and head as well as the separation of impurities respectively， which completes primary processing technology for mushrooms.

Key words Mushroom； Shearing stems machine； Pallet

陜南秦巴山腹地由于地理環(huán)境的天作之合，使香菇在這里延續(xù)了千年之久，同時也使香菇成為當(dāng)?shù)匾环N地域文化和經(jīng)濟支柱。但是在現(xiàn)代化進程的推進傳統(tǒng)的種植方法越來越跟不上經(jīng)濟發(fā)展的步伐，人力成本和香菇本身的工藝復(fù)雜致使香菇產(chǎn)業(yè)逐漸萎靡，然而人們看到香菇的經(jīng)濟效益和各種營養(yǎng)價值，香菇的人工種植方法和加工技術(shù)被研究出來，使近年來陜南香菇產(chǎn)業(yè)慢慢成為大部分農(nóng)村致富的首選之路。在香菇初加工過程中，剪切菇柄工序目前大多采用手工操作，勞動強度大成本高，是鮮菇加工的瓶頸。該設(shè)計針對這一環(huán)節(jié)設(shè)計了一款香菇初加工工藝的自動化設(shè)備，實現(xiàn)香菇的剪柄、除雜、清洗和分離的一體化機械，普遍適應(yīng)農(nóng)村工作環(huán)境，可提高香菇加工的效率、降低種植成本和減輕勞動強度。

1 全自動香菇剪柄機結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 全自動香菇剪柄機結(jié)構(gòu)

全自動香菇剪柄機是一款集上料、送料、清洗、定位、剪切、分級、回收與一體的自動化設(shè)備。上料采用人工定時定量的方式，送料使用帶式運輸機，清洗和定位采用流動水槽，剪切部分采用動態(tài)剪切，以物料動態(tài)運輸狀態(tài)下實現(xiàn)菇柄的分級處理工藝，在下板面有菇柄碾壓輥和雜質(zhì)分離裝置，其結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

全自動香姑剪柄機結(jié)構(gòu)主要由剪切機、清洗定位水槽、上料傳送帶等組成。

1.2 全自動香菇剪柄機工作原理

由人工從6號上料口倒入一定量的鮮菇，在5號傳送帶分料槽內(nèi)進行初步菇料分級傳送經(jīng)過導(dǎo)向進入4號流動水槽，在流動水槽內(nèi)經(jīng)過流動水翻滾清洗后實現(xiàn)香菇的準(zhǔn)確定位，在到達(dá)流動水槽定位出口時進入2號帶式擒縱機構(gòu)運輸帶上，實現(xiàn)香菇的自主定位擒縱運輸。當(dāng)香菇穩(wěn)定進入運輸帶后在2號帶式擒縱運輸帶傳輸下進入8號鋸齒剪刀進行香菇第一道工藝柄帽的分離，菇帽在運輸帶的傳送下進入收料筐，菇柄在導(dǎo)料槽的作用下進入下層V型傳送帶，傳送帶后方裝有可調(diào)合模碾輥對菇柄進行第2道工藝加工，實現(xiàn)菇柄的肉質(zhì)與雜質(zhì)部分的一級清選處理，菇柄與雜質(zhì)一同進入分選池進行2次分離處理，實現(xiàn)香菇的整個初加工工藝要求，將分選出各部分香菇送入烘干爐進行2次加工。

2 關(guān)鍵機構(gòu)的設(shè)計

香菇的生長受環(huán)境因素的影響較大，致使其外形輪廓規(guī)律性較差，傳統(tǒng)的加工方法是采用人工剪刀剪切，或者現(xiàn)有的自動剪柄機和半自動剪柄機。人工剪切效率十分低而且勞動強度大容易使人產(chǎn)生強迫癥，現(xiàn)有的自動剪柄機在香菇的定位方式下缺陷較大，大部分的香菇無法準(zhǔn)確的定位需要進行篩選，半自動剪柄機依然需要人工進行上料。

2.1 上料裝置

上料部分采用用傳統(tǒng)式履帶傳動，但履帶在空間裝配位置上呈Z字形，在履帶的上表面均布有間距為L的分料隔板，Z字形布置和分料隔板能夠有效地將香菇從推擠狀態(tài)分離成逐個有序傳送。此處為首道分離機構(gòu)為水槽定位作準(zhǔn)備。

2.2 分離定位

結(jié)合香菇整體密度比水小和形狀酷似雨傘的特點，利用流體的有旋流和無旋流相互作用下進行姿態(tài)調(diào)整，其中循環(huán)水道采用磨盤式布置，在水道的轉(zhuǎn)彎處流體呈現(xiàn)旋流狀態(tài)，在此處香菇會停留呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)姿態(tài)，由于菌帽面積較大密度較小根部較長密度較大，在旋轉(zhuǎn)的情況下會促使香菇進行姿態(tài)的中心調(diào)整，使浮力的重心點和香菇的重心點達(dá)到平衡，在多處彎道的多次調(diào)整下促使香菇最終的姿態(tài)為菌帽朝上菌柄向下的狀態(tài)。但是在水道轉(zhuǎn)彎處由于流體旋流作用會使香菇出現(xiàn)堆積現(xiàn)象，因此在水槽的設(shè)計時部分過渡圓角彎道部分采用直角彎道，而且水槽的起始寬度與出口寬度呈現(xiàn)非均勻變化，過渡圓角轉(zhuǎn)彎處與直角轉(zhuǎn)彎處流體的狀態(tài)分別呈現(xiàn)旋流和紊流，在旋流的狀態(tài)下香菇會自定心，在紊流的狀態(tài)下香菇會平鋪分層，結(jié)合流體的兩種特性和水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式能夠?qū)崿F(xiàn)香菇的100%準(zhǔn)確定位。

2.3 剪切刀

設(shè)備的剪刀采用對攻式鋸齒道具，該剪刀的整體形狀大體類似于圓盤鋸片，剪刀齒面呈現(xiàn)圓錐面，錐角在75°～80°之間，齒部刃傾角為（+10°～15°/-10°～-15°），刀片內(nèi)孔采用花鍵定位快換卡扣鎖緊，刀片的動力傳動系統(tǒng)采用同步帶與圓錐齒輪相結(jié)合實現(xiàn)刀片的對攻運動，采用這種方式剪切使香菇的剪切順利避免了基料現(xiàn)象，刀具的刃磨周期在正常使用情況下為16～21個工作日。

2.4 菇柄加工方法

菇柄加工改變了傳統(tǒng)的雙剪式，該設(shè)備對菇柄的加工方法采用碾壓式進行肉質(zhì)與雜質(zhì)的分離，其中碾壓形式類似于壓面機。但該設(shè)備的碾磙為非圓形，下碾磙呈對稱內(nèi)凹雙圓臺，上碾滾呈外凸雙圓臺，采用這種形式碾磙可以實現(xiàn)菌柄傳輸導(dǎo)向作用，在碾壓時呈長條壯。采用這種加工方式實現(xiàn)菌柄有效部分100%的利用率，在碾壓后有進一步的雜質(zhì)分選機構(gòu)進行分離篩選，該加工方法能夠使菇柄在烘干后直接進行包裝銷售或其他深加工。

該設(shè)備的關(guān)鍵專利技術(shù)是非規(guī)則菌菇的隨行定位、異形帶擒縱機構(gòu)和碾壓式雜質(zhì)分離裝置。采用生活中常見的水定位方法解決了機械結(jié)構(gòu)的困難，簡化了定位結(jié)構(gòu)，異形帶擒縱機構(gòu)采用空間循環(huán)運動原理實現(xiàn)準(zhǔn)確定位菌菇的抓取動作，保證了菌菇的夾緊狀態(tài)，碾壓式雜質(zhì)分離裝置結(jié)合菌菇生長環(huán)境的特點分析雜質(zhì)與有效成分的關(guān)系，采用碾壓能夠最大幅度的減少了資源浪費。

3 試驗驗證

3.1 測試內(nèi)容

3.1.1

動態(tài)機械性能的測試。首先對研制的新型全自動香菇剪柄機模型，進行送料機構(gòu)的運轉(zhuǎn)速度V、電機實際工作扭矩M、分料隔板間距L、爬坡角度α和一次上料重量D，流動水槽液體循環(huán)速度V′、流體靜壓力P′、靜壓水泵實際功率W′和水槽出口寬度L′，剪切機傳送帶的運轉(zhuǎn)速度V″、擒縱帶的交角α″、電動機的實際功率W″、刀具刃磨角β″、碾壓輥自由高度h″、碾壓輥扭矩M″和擒縱桿長度L″等參數(shù)測定，結(jié)果通過新產(chǎn)品各種動態(tài)機械性能的測試和優(yōu)化實現(xiàn)了初步功能的預(yù)期效果，并完成了對產(chǎn)品模型的結(jié)構(gòu)后期可行性報告（已申請國家使用新型專利）。

3.1.2

生產(chǎn)應(yīng)用。在樣機上進行試切，分別選取不同類別的菌菇，首先測量各菌菇的柄部有效長度L柄作記錄，均采用該機器對其處理1 h，稱量各類菌菇的實際重量，采用觀察的方法目測各類菌菇腿部形狀的大致走向與最終機械剪切效率η的機械性能各項參數(shù)的關(guān)系，下表為在最優(yōu)的樣機機械參數(shù)情況下試驗所得數(shù)據(jù)。

3.2 試驗結(jié)果

樣機在陜西理工學(xué)院進行剪切試驗，試驗結(jié)果見表1。

4 結(jié)論

設(shè)計的全自動香菇剪柄機有以下特點：

（1）該設(shè)備在剪切機部分簡化了剪切加工工藝，使菇柄部分的成分100%被利用，實現(xiàn)原料無浪費；簡化了剪切機的傳動機構(gòu)，使機器的結(jié)構(gòu)更加的緊湊；電動機采用雙軸減速輸出電機大大簡化了傳動系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了該設(shè)備的成本。

（2）節(jié)省勞動力，降低香菇種植成本。從操作人員舒適度分析，此款全自動香菇剪柄機采用全自動加工處理，人工僅需要定量上料，后續(xù)工作會由機器自動處理，降低了加工事故發(fā)生率，提高了人的滿意度。

（3）設(shè)計的設(shè)備提高了剪切效率，是傳統(tǒng)人工剪切的3～4倍，生產(chǎn)率高，剪切工藝一致，加工后的菇美觀，賣點高。

參考文獻

[1]全國鑄造機械化上海現(xiàn)場會議資料組.全國機械工業(yè)技術(shù)革新技術(shù)革命技術(shù)資料：鑄造機械化及設(shè)備[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1960.

[2] 黃學(xué)群，唐敬麟，欒桂鵬.運輸機械選型設(shè)計手冊[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.