雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)關(guān)鍵配套裝置設(shè)計與試驗

戴　飛，楊　杰，趙武云※，李志剛，辛尚龍，張鋒偉

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，蘭州 730070；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 北京 100083；3. 蘭州科泰現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司 蘭州 730070）

0　引　言

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）為草腐生真菌，又名白蘑菇、洋蘑菇等，簡稱雙孢菇，是世界上生產(chǎn)量最大、栽培范圍最廣的食用菌品種之一[1-3]。近年來，隨著人們生活水平與科學(xué)膳食意識的逐步提高，使得雙孢蘑菇市場發(fā)展?jié)摿Σ粩嗵嵘?，雙孢蘑菇規(guī)?；?、工廠化的生產(chǎn)已成為未來雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的必然趨勢與手段[4-6]。

目前，國外雙孢蘑菇進(jìn)行工廠化生產(chǎn)主要集中在以荷蘭、法國、愛爾蘭等為代表的歐美國家，相關(guān)生產(chǎn)專業(yè)化程度高，應(yīng)用的栽培技術(shù)及其配套作業(yè)裝備居于世界領(lǐng)先水平[7-9]。國外先進(jìn)菇場普遍采用單區(qū)制，即從制種、堆料、播種、覆土、出菇管理至采收等全部采用機械化、智能化，工廠化，雙孢蘑菇栽培中堆肥的二次發(fā)酵、發(fā)菌、出菇 3個階段均在出菇室中完成。但是，該類栽培模式在相關(guān)菌種制作、培養(yǎng)料發(fā)酵、覆土材料制備等過程分別由不同的專業(yè)化公司完成，中國雙孢菇栽培行業(yè)還未形成相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈[10-11]。雙孢蘑菇二區(qū)制栽培時，培養(yǎng)料二次發(fā)酵在隧道內(nèi)進(jìn)行，而覆土、催菇、出菇在出菇室中完成。因此，雙孢蘑菇單區(qū)制栽培與二區(qū)制栽培相比栽培周期長、栽培次數(shù)少，單位時間內(nèi)產(chǎn)能低[11]。基于上述原因，雙孢蘑菇單區(qū)制栽培不符合中國中小規(guī)模栽培，使得中國多數(shù)地區(qū)仍采用雙孢蘑菇二區(qū)制栽培[10-11]。

中國的食用菌工廠化生產(chǎn)與歐美發(fā)達(dá)國家相比起步較晚，國內(nèi)雙孢蘑菇生產(chǎn)主要以傳統(tǒng)季節(jié)栽培為主、工廠化周年生產(chǎn)為輔進(jìn)行，且對于工廠化生產(chǎn)技術(shù)與裝備的研究相對滯后；由于全套引進(jìn)歐美雙孢蘑菇生產(chǎn)線的投資高，國內(nèi)不少大型公司做了部分引進(jìn)和模仿，但效果皆不如意，大部分雙孢蘑菇生產(chǎn)仍舊停留在以家庭小規(guī)模人工栽培為主，配套設(shè)備嚴(yán)重不足，雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)技術(shù)水平低已成為制約中國雙孢蘑菇生產(chǎn)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)成長的主要瓶頸[12-15]。

為此，針對雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)過程中有關(guān)二次發(fā)酵培養(yǎng)料裝盤-碼盤，托盤在育菇床架收布及雙孢蘑菇采摘 3個關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，設(shè)計適宜于上述雙孢蘑菇工廠化二區(qū)制栽培生產(chǎn)部分相關(guān)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵配套裝置，以期為雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)裝備的研發(fā)提供參考。

1　配套裝置組成及工作原理

1.1　雙孢蘑菇二區(qū)制生產(chǎn)工藝

雙孢蘑菇二區(qū)制生產(chǎn)工藝如圖1所示，在發(fā)酵室內(nèi)，當(dāng)二次發(fā)酵好的培養(yǎng)料在連續(xù)裝盤-碼盤裝置的作用下經(jīng)過裝盤、壓實后，由叉車將制備好的培養(yǎng)料托盤運送至育菇房門口；其次由培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置將載料托盤運送至育菇床架相應(yīng)位置進(jìn)行提升擺放；隨后由人工在各培養(yǎng)料托盤內(nèi)順次完成雙孢蘑菇播種、覆土及發(fā)菌管理；待第 1潮菇產(chǎn)出后，在移動式采菇滑車的配合下完成采摘工作；最后完成雙孢蘑菇的稱量、裝袋工作。

圖1　試驗工藝流程圖Fig.1　Flow diagram of test process

為此，針對雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)過程中有關(guān)二次發(fā)酵培養(yǎng)料裝盤-碼盤，托盤在育菇床架收布及雙孢蘑菇采摘3個關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行配套裝置的設(shè)計研究。

1.2　裝置結(jié)構(gòu)組成

結(jié)合二區(qū)制雙孢蘑菇栽培過程中，培養(yǎng)料二次發(fā)酵后至育菇房內(nèi)采摘階段部分關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)需求，設(shè)計工廠化生產(chǎn)配套裝置，能夠快速為培養(yǎng)料機械化裝盤-碼盤，托盤在育菇床架準(zhǔn)確收布及輔助人工高效移動采摘雙孢蘑菇 3個關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)提供保障。工廠化生產(chǎn)配套裝置主要由二次發(fā)酵培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-布盤裝置（主要包括空盤供給、自動上料、可控壓實、自動碼盤4個工位），培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置（具有布盤、收盤功能），與機械式育菇床架配合使用的移動式采菇滑車，室外叉車等組成，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示[16-19]。

圖2　雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)關(guān)鍵配套裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2　Structure of key assorted device based on factory production of Agaricus bisporus

基于雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)部分作業(yè)環(huán)節(jié)配套裝置技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　配套裝置技術(shù)參數(shù)Table 1　Technical parameters of accessory device

1.3　工作原理

如圖 2所示，設(shè)計的適宜于雙孢蘑菇工廠化二區(qū)制栽培生產(chǎn)的配套裝置主要服務(wù)于二次發(fā)酵培養(yǎng)料裝盤-碼盤、托盤在育菇床架收布及雙孢蘑菇采摘 3個關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)。在第 1作業(yè)環(huán)節(jié)中，當(dāng)空托盤由叉車運送至二次發(fā)酵培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置右側(cè)時，叉車可將空托盤直接放置于空盤提升機上，隨著空盤提升機內(nèi)、外撐架及油缸的共同作用下完成空盤提升作業(yè)，空盤提升機上移將空托盤準(zhǔn)確降落至傳動架的滾輪上，并將其水平輸送至第二工位（上料位處）。當(dāng)空托盤位于上料提升機上方時，為保證二次發(fā)酵培養(yǎng)料均勻疏松、且無損失準(zhǔn)確下落，上料提升機將空托盤升運至指定高度，此時培養(yǎng)料通過上料裝置運送至出料口并在疏料裝置轉(zhuǎn)動作用下快速下落至空托盤內(nèi)。裝好定量料的托盤再由傳動架運送至第三工位，依據(jù)培養(yǎng)料壓塊工藝與其緊實度要求，通過壓實裝置完成對托盤內(nèi)培養(yǎng)料的合理鎮(zhèn)壓作業(yè)；再由傳動架傳送至第四工位，在碼盤提升機的作用下完成卸盤、碼盤作業(yè)。隨后進(jìn)入第 2作業(yè)環(huán)節(jié)，裝好培養(yǎng)料的托盤由叉車輸送至育菇房門口，經(jīng)托盤收布裝置運送至育菇床架的指定位置，并在倍速驅(qū)動裝置的作用下準(zhǔn)確放置于育菇床不同層架。此外，設(shè)計的與機械式育菇床架配合使用的移動式采菇滑車可輔助進(jìn)行雙孢蘑菇菌種接種、覆土管理等作業(yè)，且主要用于配合完成雙孢蘑菇的人工便捷采摘作業(yè)（第3作業(yè)環(huán)節(jié)）。

2　關(guān)鍵部件設(shè)計與參數(shù)確定

2.1　二次發(fā)酵培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置

如圖3所示，二次發(fā)酵培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置主要由空盤供給裝置、自動裝料裝置、可控壓實裝置及自動碼盤裝置組成，并構(gòu)成4個作業(yè)工段。上述4個工段均需有提升機的配合使用，其中空盤供給段和自動碼盤段都需要有相應(yīng)的叉車輔助完成；自動裝料段主要由上料裝置、上料提升機及疏料裝置共同配合作業(yè)實現(xiàn)；可控壓實段由壓實提升機、與托盤匹配的壓實裝置完成，能夠使料盤中雙孢蘑菇培養(yǎng)料達(dá)到適宜的鋪料厚度（250～280 mm）與栽培緊實程度（450～500 kg/m3）[20-21]。從培養(yǎng)料空盤供給至自動碼盤方向上均布有傳動裝置，由驅(qū)動電機和鏈條共同帶動滾輪轉(zhuǎn)動，在各工段提升機自行升落的配合下將托盤降落至傳動裝置的滾輪上，并由滾輪傳送至指定的相應(yīng)工作段。

圖3　二次發(fā)酵培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3　Structure of continuous full plate-put plate device with second-phase compost

為保證培養(yǎng)料托盤在裝置各個工段運行平穩(wěn)，單個托盤裝料量設(shè)計控制在200～210 kg；設(shè)定從空盤供給至自動碼盤作業(yè)過程中二次發(fā)酵培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置水平運輸速度為0.20～0.25 m/s；依據(jù)發(fā)酵室空間大小對連續(xù)裝盤-碼盤裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，且為避免裝料托盤空中滑落，各工段提升機提升作業(yè)高度距裝置傳動架的縱向距離控制在400～600 mm之間為宜，托盤尺寸為1 440 mm × 1 100 mm × 450 mm（其中托盤支架高度為 170 mm，托盤槽深度為280 mm）。培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置總體長度為8 000 mm（其中，空盤供給段長1 700 mm、自動裝料段長1 620 mm、可控壓實段長1 560 mm、自動碼盤段長1 665 mm）、寬度為3 725 mm、高度為2 615 mm，安裝在育菇房旁的培養(yǎng)料二次發(fā)酵室，便于叉車對托盤運送。

2.1.1空盤供給裝置與自動碼盤裝置

培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置作業(yè)過程中，在空盤供給裝置與自動碼盤裝置的作用下先后經(jīng)歷空托盤提升裝料、裝料托盤下降碼盤工序，兩裝置結(jié)構(gòu)及工作原理相同，如圖4所示。

圖4　自動碼盤裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4　Structure of automatic put plate device

空盤供給裝置與自動碼盤裝置均依靠其上框架與下框架間連接的內(nèi)、外撐架在垂直方向伸縮完成托盤提升、下降作業(yè)工序；同時，依據(jù)單個托盤及其裝料質(zhì)量，在中置液壓油缸的作用下裝置初始提升力設(shè)計為5 000 N，最大提升力設(shè)計為15 000 N。其中，空盤供給裝置與自動碼盤裝置的最低高度不得高于350 mm，最大提升高度設(shè)計達(dá)到1 100 mm，即在中置液壓油缸的驅(qū)動下空盤供給裝置與自動碼盤裝置的有效行程為750 mm。

2.1.2自動裝料裝置

在培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置作業(yè)過程中，托盤在自動裝料裝置處的裝料時間是影響該裝備總體工作效率的關(guān)鍵因素。當(dāng)裝料時間過短，托盤內(nèi)的培養(yǎng)料量較少，在經(jīng)過壓實工段處理后其厚度、緊實度可能達(dá)不到雙孢蘑菇播種等后續(xù)作業(yè)要求；如若裝料時間過長，則托盤內(nèi)裝料量過大，造成培養(yǎng)料損失浪費。因此，需確定上料裝置中刮板式升運器的升運量。

自動裝料裝置中的輸料裝置結(jié)構(gòu)如圖5a、b所示，培

養(yǎng)料經(jīng)上料斗由刮板式升運器輸送帶向上傾斜移動，在升運器最高端下落至出料口的過程中經(jīng)逆時針旋轉(zhuǎn)的疏料裝置作用使結(jié)塊的培養(yǎng)料變得松散、勻稱，最終下落至出料口，并進(jìn)入下端托盤內(nèi)[16]。

圖5　輸料裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.5　Structure of loading elevator

式中h為裝料提升機刮板式升運器高度，m；L為裝料提升機刮板式升運器長度，m，取1.60 m；β為刮板式升運器傾角，(°)，取45°；由式（1）計算可得h=1.13 m。

式中 Q1為裝料提升機刮板式升運器升運量，kg/s；B為裝料提升機刮板式升運器寬度，m，取0.80 m；h為裝料提升機刮板式升運器高度，m，為1.13 m；ε為輸送培養(yǎng)料緊實度，kg/m3，二次發(fā)酵雙孢蘑菇培養(yǎng)料平均緊實度為300 kg/m3[21]；v 為刮板升運速度，m/s，取0.25 m/s；ψ為充滿系數(shù)，取0.97[22]；k為傾斜系數(shù)，取0.40[22]。

由式（2）計算可得Q1=26.31 kg/s。

式中Q為托盤裝料量，kg；取206 kg；T為提升機裝料時間，s。

由式（3）計算可得，T =7.83 s；考慮在輸料裝置作業(yè)過程中，其刮板式升運器為間歇式開機、停機，且四工段內(nèi)，各提升機對托盤縱向輸送時間均按照10 s計算。因此，設(shè)定托盤在自動裝料裝置處的裝料時間相對延長，共需要18 s。

為能夠?qū)⒍伟l(fā)酵培養(yǎng)料中的結(jié)塊進(jìn)行有效破碎，且滿足裝入托盤中的培養(yǎng)料疏松、均勻，同時確保在后續(xù)壓實過程中托盤培養(yǎng)料各部分保持緊實度一致，依據(jù)開展的培養(yǎng)料撥動輸送效果試驗，通過參考已有相關(guān)裝置技術(shù)參數(shù)選取的基礎(chǔ)上[23]，在上料裝置頂部設(shè)計了桿齒式疏料裝置，如圖 6所示。其中，設(shè)計撥料軸長度為800 mm，由左、右機架固定且能夠逆時針轉(zhuǎn)動，撥料軸上設(shè)置有13組撥料指，為直徑16 mm、長度600 mm的桿齒元件，相互垂直交錯排列安裝，兩撥料指的安裝間隔距離為210 mm。前期單因素試驗表明，疏料裝置的轉(zhuǎn)速w需控制在280～320 r/min時能夠?qū)⑴囵B(yǎng)料及其結(jié)塊破碎、疏松，且基本保證無培養(yǎng)料慣性飛濺。

圖6　疏料裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.6　Structure of opening material device

2.1.3可控壓實裝置

如圖7所示，可控壓實裝置主要由鏈輪、壓實裝置、內(nèi)撐架、壓實架、外撐架、上框架和驅(qū)動鏈條等組成。其中，壓實裝置工作面為矩形，長度L1為1 400 mm，寬度B1為1 060 mm。

圖7　可控壓實裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.7　Structure of controllable compaction device

托盤內(nèi)培養(yǎng)料的緊實度是影響發(fā)菌速度、出菇時間及其產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，在裝置可控壓實段需保證壓實裝置作業(yè)后托盤內(nèi)培養(yǎng)料各處厚薄均勻、松緊一致且床面平整。受疏料裝置作用，初始裝入托盤內(nèi)培養(yǎng)料的緊實度約為200 kg/m3，依據(jù)培養(yǎng)料壓塊工藝與其緊實度要求，壓實后托盤內(nèi)培養(yǎng)料的緊實度控制為500 kg/m3[21]；則依據(jù)式（4）可計算并設(shè)定出可控壓實裝置工作壓強為：

式中 p為可控壓實裝置工作壓強，Pa；Fy為可控壓實裝置工作壓力，N；Sy為壓實裝置工作面積，m2；ε1為壓實后培養(yǎng)料目標(biāo)緊實度，kg/m3；為500 kg/m3[21]；ε2壓實前培養(yǎng)料緊實度，kg/m3；為 200 kg/m3[21]；V為培養(yǎng)料體積，m3；為確保培養(yǎng)料壓塊工藝與其緊實度要求，忽略壓縮前后培養(yǎng)料的體積變化，均按照托盤體積計算，為0.44 m3；g為重力加速度，N/kg，取10 N/kg；

由式（4）計算可得Sy=1.484 m2，p=889.5 Pa，因此設(shè)定可控壓實裝置的最大工作壓強為900 Pa。

2.2　培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置

如圖8a、b所示，培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置安裝于育菇房中間導(dǎo)軌上，能夠?qū)崿F(xiàn)與前進(jìn)方向垂直方位育菇床架上的布盤、收盤作業(yè)，導(dǎo)軌寬度為650 mm[17,24-25]。布盤時，托盤在育菇房門口由叉車輔助配合放置于培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置，通過托盤收布裝置上滑架將培養(yǎng)料托盤舉起，經(jīng)過其提升、行走機構(gòu)運送至育菇床架的要求位置和高度（其中行走速度為23.7 m/min，提升速度為9.1 m/min）[12]，再由倍速驅(qū)動架向兩側(cè)輸送至育菇床架托盤擺放位置（轉(zhuǎn)運速度為8.9 m/min[12]）；隨后提升裝置下降至行走架底部，并后退完成布盤作業(yè)；收盤工序則與此作業(yè)工序相反。

圖8　培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.8　Structure of compost pallet putting and recycling device

托盤收布裝置上滑架與倍速驅(qū)動裝置均采用了倍速驅(qū)動原理，能夠?qū)崿F(xiàn)倍速驅(qū)動架在水平垂直導(dǎo)軌方向伸出一半時（水平位移750 mm），上滑架相對機架完全伸出（水平位移1 500 mm），其承載能力高，可用于托盤遠(yuǎn)距離橫向輸送，培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置具體控制原理見文獻(xiàn)[12]。該裝置能夠替代培養(yǎng)料裝盤、收盤過程中所采用的叉車，可實現(xiàn)托盤收布裝置直線行走、無需轉(zhuǎn)向，有效避免育菇房有限空間內(nèi)不利于大型運輸設(shè)備轉(zhuǎn)向調(diào)整、叉車尾氣排放污染育菇房內(nèi)環(huán)境等問題，有助于實現(xiàn)真正意義上的工廠化。

2.3　機械式育菇床架

為達(dá)到雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)產(chǎn)量效果，解決傳統(tǒng)單層托盤放置所帶來占地面積大、放置托盤數(shù)量少以及對菇房光照、溫度等造成的浪費，并為配合移動式采菇滑車作業(yè)，設(shè)計了機械式育菇床架，其具體結(jié)構(gòu)及在育菇房內(nèi)的布置如圖9a、b、c所示[18,26-27]。

圖9　機械式育菇床架結(jié)構(gòu)與布置圖Fig.9　Structure and arrangement of mechanical nurture bed frame of Agaricus bisporus

設(shè)計的機械式育菇床架共有 5層組成，采用角鋼焊接而成，并應(yīng)用地腳螺栓與菇房地面固定連接，床架高度為2 380 mm（依據(jù)育菇房高度進(jìn)行調(diào)整），寬度設(shè)為1 500 mm，床架長度以育菇房具體室內(nèi)面積為依據(jù)而定，育菇床架支撐板之間距離為550 mm，底層離地面間距為180 mm。機械式育菇床架頂層、底層分別設(shè)有滾輪導(dǎo)軌且保證能夠與采菇滑車上、下滾輪相配合，通過人工拽拉、推搡實現(xiàn)水平移動作業(yè)。同時，育菇房固定式噴水系統(tǒng)可在菇床各擋板、支撐板上進(jìn)行安裝。

為保障培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置、移動式采菇滑車能夠自如進(jìn)入機械式育菇床架之間，兩育菇床架之間的導(dǎo)軌布置區(qū)域距離設(shè)定為2 100 mm，育菇床架側(cè)部離育菇房墻體距離為1 100 mm，其端部距離為1 000 mm[28]。

2.4　移動式采菇滑車

為解決傳統(tǒng)高架菇床較多配套應(yīng)用的可移動梯車和手搖式升降機在采摘過程中不穩(wěn)定、采摘高度與載物臺位置不可調(diào)、無專一菇箱及籃筐過大等所帶來的費時耗力、菇傘擠壓損傷、勞動強度大等問題，設(shè)計了與機械式育菇床架配套使用的移動式采菇滑車，車體具體結(jié)構(gòu)如圖10a所示[19]。移動式采菇滑車高為2 200 mm（需與育菇床架支撐板總高相匹配），寬為900 mm。采菇滑車車架下部設(shè)置有提升板，提升板端部安裝了與育菇床架下滾輪導(dǎo)軌對應(yīng)的下滾輪，車架頂板端部同設(shè)有上滾輪。移動式采菇滑車縱向作業(yè)動力由其頂板固定安裝的提升電機為動力源。提升電機的動力通過驅(qū)動鏈傳動在滑輪組、吊環(huán)組的共同配合作用下完成提升板不同作業(yè)高度的控制，適宜于不同身高采菇工作業(yè)，可提高雙孢蘑菇采摘效率。

圖10　移動式采菇滑車示意圖Fig.10　Structure of picking Agaricus bisporus movable trolley

依據(jù)式（5）可計算出移動式采菇滑車頂板固定安裝的提升電機功率：

式中P為提升電機功率，W；F為采菇滑車鋼繩拉力，N；v1為采菇滑車提升板上升速度，m/s，取0.10 m/s；η為傳動機械效率，取0.80；m1為采菇滑車提升板質(zhì)量，kg，取10 kg；m2為采菇工及其采摘工具等總質(zhì)量，kg，取150 kg；g為重力加速度，N/kg，取10 N/kg。

由式（5）計算可得提升電機功率P=200 W。

如圖 10b所示，當(dāng)移動式采菇滑車作業(yè)時，采菇滑車由上滾輪和下滾輪固定在育菇床架的上、下滑輪導(dǎo)軌上，在人工自行手拉作用下可沿著育菇床架滑動到水平欲采摘位置。雙孢蘑菇采摘后放入菇箱的下落高度是影響其貯藏品質(zhì)的顯著因素，為此在移動式采菇滑車機架兩側(cè)設(shè)有一對長方體采菇箱（尺寸為360 mm× 360 mm ×600 mm），可沿采菇箱滑槽上下靈活移動，且由鎖緊桿固定在設(shè)置于機架上的采菇箱固定槽處，箱底板可通過手柄自動打開，方便采摘雙孢蘑菇簡單分級與卸料。作業(yè)機提升板通過鋼繩由提升電機控制其升降，便于采菇工在不同育菇層（3～5層）進(jìn)行采摘作業(yè)。

此外，移動式采菇滑車還可以在雙孢蘑菇生產(chǎn)覆土、播種、催菇等環(huán)節(jié)為采菇工進(jìn)行覆土、覆土后調(diào)水、耙土及播種等作業(yè)提供輔助支持。

3　性能試驗與分析

3.1　試驗材料與方法

設(shè)計的基于雙孢蘑菇二區(qū)制栽培工廠化生產(chǎn)配套裝置作業(yè)性能試驗在蘭州科泰現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司車間內(nèi)完成。試驗前預(yù)先準(zhǔn)備二次發(fā)酵好的培養(yǎng)料（培養(yǎng)料成分為干麥秸質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%、干牛糞質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%、過磷酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1%）。試驗播種前對育菇房進(jìn)行消毒，待培養(yǎng)料溫度降至28 ℃后進(jìn)行上料播種；采用一次覆土，覆土厚度為30 mm；發(fā)菌期育菇房內(nèi)溫度維持在20～27 ℃，相對濕度控制在70%～75%，保證育菇房內(nèi)充足通風(fēng)量；出菇期間，育菇房內(nèi)溫度維持在 15～22 ℃，相對濕度控制在85%～90%，后期按常規(guī)方法進(jìn)行覆土管理及出菇管理等工作[2,29]。

試驗性能測試主要從設(shè)計裝置作業(yè)后雙孢蘑菇托盤栽培培養(yǎng)料的壓實效果、裝置涉及工段生產(chǎn)效率及其產(chǎn)量效應(yīng)進(jìn)行分析測定。其中，托盤培養(yǎng)料的壓實效果主要從托盤內(nèi)培養(yǎng)料壓實厚度、壓實緊實度、壓實均勻性3個指標(biāo)進(jìn)行評價測定[21,30]。

式中J為托盤內(nèi)培養(yǎng)料壓實均勻性，%；ε1為壓實后培養(yǎng)料目標(biāo)緊實度，kg/m3，為500 kg/m3；εc為托盤內(nèi)培養(yǎng)料測定的緊實度均值，kg/m3。

裝置涉及工段生產(chǎn)效率主要以相關(guān)工段生產(chǎn)時間體現(xiàn)，試驗過程中對培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置、培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置各工段作業(yè)時間的測定均以單個托盤為單位進(jìn)行測定；移動式采菇滑車以其在機械式育菇床架上的往復(fù)升降時間進(jìn)行測定。裝置產(chǎn)量效應(yīng)主要以雙孢蘑菇產(chǎn)量、雙孢蘑菇子實體農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較。同時，觀察設(shè)計裝置在各作業(yè)過程中的配合連續(xù)、穩(wěn)定程度。

3.2　結(jié)果與分析

3.2.1托盤培養(yǎng)料的壓實效果

隨機抽取經(jīng)培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置作業(yè)后的不同托盤（選取6個），在矩形托盤內(nèi)隨機進(jìn)行不同位置培養(yǎng)料壓實厚度、培養(yǎng)料緊實度測定（每盤測定重復(fù)3次），評價托盤內(nèi)培養(yǎng)料壓實均勻性。托盤培養(yǎng)料的壓實效果試驗結(jié)果如表2所示。

由設(shè)計裝置壓實效果試驗結(jié)果可以看出，培養(yǎng)料壓實厚度保持在269.8～281.5 mm，培養(yǎng)料緊實度均值達(dá)到491.4 kg/m3，培養(yǎng)料壓實均勻性穩(wěn)定在97.38%～99.62%之間，各試驗指標(biāo)皆能夠確保雙孢蘑菇后續(xù)工廠化生產(chǎn)需求[21,31]。

表2　壓實效果試驗結(jié)果Table 2　Test results of compaction effect

3.2.2裝置涉及工段生產(chǎn)時間

由裝置涉及工段生產(chǎn)時間試驗結(jié)果可以看出，設(shè)計的培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置作業(yè)連貫、有序，在叉車的輔助下，空托盤僅在2 min內(nèi)便可完成由空盤提升至下降碼盤的各項作業(yè)工序。

表3　涉及工段生產(chǎn)時間試驗結(jié)果Table 3　Test results of involves section time of production

同時，在叉車配合作用下能夠快速將裝料托盤運送至育菇房門口并在培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置的作用下準(zhǔn)確放置于機械式育菇床架各層的相應(yīng)位置，每次轉(zhuǎn)運周期控制在2 min內(nèi)完成。移動式采菇滑車與機械式育菇床架相配合作業(yè)性能良好，在其提升電機的作用下能夠使采菇工在不同高度育菇層架上進(jìn)行快捷的選擇性采摘作業(yè)，使其在1 min中內(nèi)實現(xiàn)采菇工在育菇床架頂?shù)字g的往復(fù)升降，避免了傳統(tǒng)可移動梯車、手搖式升降機采摘高度不可調(diào)、升降勞動強度大的弊端。

3.2.3裝置產(chǎn)量效應(yīng)

裝置產(chǎn)量效應(yīng)試驗以第 1潮菇的子實體達(dá)采收標(biāo)準(zhǔn)時進(jìn)行，以每托盤1 m2為一個試驗小區(qū)，每個小區(qū)隨機取30個子實體，用游標(biāo)卡尺分別測量子實體菌蓋直徑、菌蓋厚度、菌柄長度，并用百分之一電子天平稱量不同雙孢菇子實體單菇鮮質(zhì)量；待第 1潮菇出菇結(jié)束后，對其小區(qū)產(chǎn)量均值進(jìn)行統(tǒng)計。試驗設(shè)置傳統(tǒng)人工栽培對比試驗組（即培養(yǎng)料裝盤-碼盤，托盤在育菇床架收布及雙孢蘑菇采摘 3個關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)均不借助本設(shè)計裝置，由人工自行完成），測定試驗結(jié)果如表4所示。

表4　裝置產(chǎn)量效應(yīng)試驗結(jié)果Table 4　Test results of yield effect with device

由裝置產(chǎn)量效應(yīng)試驗結(jié)果可以看出，采用設(shè)計的配套裝置進(jìn)行雙孢蘑菇栽培后，第 1潮菇的子實體的菌蓋直徑、菌蓋厚度、菌柄長度及單菇質(zhì)量較傳統(tǒng)人工栽培組對比均有所增加。配套裝置產(chǎn)量效應(yīng)極為顯著（P＜0.01），主要表現(xiàn)在配套裝置栽培雙孢蘑菇的小區(qū)產(chǎn)量較傳統(tǒng)人工栽培提高了5.79 kg/m2，其原因可能是培養(yǎng)料經(jīng)過連續(xù)裝盤-碼盤裝置作業(yè)后，其緊實度增加、厚度均勻合理，使得營養(yǎng)物質(zhì)更為致密，能量傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)移所需距離縮短，從而提高了菌絲對培養(yǎng)料中營養(yǎng)成分的利用效率，致使雙孢蘑菇小區(qū)產(chǎn)量有較大提升。同時，在移動式采菇滑車的輔助作用下，保障采菇工高質(zhì)量完成播種、覆土、催菇及采摘作業(yè)也是提高雙孢蘑菇小區(qū)產(chǎn)量的重要因素。

4　結(jié)　論

1）基于雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)過程中有關(guān)二次發(fā)酵培養(yǎng)料裝盤-碼盤，托盤在育菇床架收布及雙孢蘑菇采摘三個關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，分別配套設(shè)計了培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置、培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置及與機械式育菇床架配合使用的移動式采菇滑車作業(yè)裝置。

2）結(jié)合現(xiàn)有發(fā)酵室、育菇房空間結(jié)構(gòu)尺寸，分別設(shè)計確定了培養(yǎng)料連續(xù)裝盤-碼盤裝置、培養(yǎng)料托盤機械化收布裝置及與機械式育菇床架配合使用的移動式采菇滑車的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。依據(jù)雙孢蘑菇栽培過程需求，計算確定了配套裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)；其中，裝料提升機刮板式升運器升運量為26.31 kg/s，可控壓實裝置的最大工作壓強保證在 900 Pa，移動式采菇滑車提升電機功率達(dá)到200 W時，能夠確保雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)相關(guān)作業(yè)環(huán)節(jié)的可行性。

3）應(yīng)用設(shè)計的基于雙孢蘑菇二區(qū)制栽培工廠化生產(chǎn)有關(guān)配套裝置進(jìn)行初步作業(yè)性能試驗，分別以托盤培養(yǎng)料的壓實效果、裝置涉及工段生產(chǎn)時間、裝置產(chǎn)量效應(yīng)為測試目標(biāo)，通過各目標(biāo)對應(yīng)試驗指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行評價。試驗結(jié)果表明，設(shè)計的相關(guān)作業(yè)環(huán)節(jié)配套裝置運行可靠、穩(wěn)定，培養(yǎng)料壓實厚度保持在269.8～281.5 mm，緊實度均值達(dá)到 491.4 kg/m3，壓實均勻性保持在 97.38%～99.62%之間，壓實效果滿足雙孢蘑菇后續(xù)工廠化生產(chǎn)需求；涉及3個工段的裝置基本運行生產(chǎn)時間不超過5 min，提高了雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)效率；設(shè)計裝置產(chǎn)量效應(yīng)顯著，配套裝置栽培雙孢蘑菇的小區(qū)產(chǎn)量均值可達(dá)17.61 kg/m2，較傳統(tǒng)人工栽培提高了5.79 kg/m2。

雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本設(shè)計裝置僅針對培養(yǎng)料裝盤-碼盤、托盤在育菇床架收布、雙孢蘑菇采摘 3個作業(yè)環(huán)節(jié)，同時需要人工、叉車輔助作業(yè)。因此，本裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計及其余工廠化生產(chǎn)環(huán)節(jié)配套作業(yè)裝置的研發(fā)仍需繼續(xù)完善。

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