菌包窩口棒振動上料盤的設(shè)計

孫 毅

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

隨著我國機(jī)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(shè)備的應(yīng)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(shè)備生產(chǎn)廠家已近千家?，F(xiàn)有菌包窩口棒采用的上料設(shè)備普遍由其他物料振動上料設(shè)備改進(jìn)而來，物料針對性及適應(yīng)性均不強(qiáng)，做工較為粗糙，因此急需設(shè)計一款菌包窩口棒專用振動上料設(shè)備。本文通過對現(xiàn)有振動上料設(shè)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(shè)備的理論研究與創(chuàng)新設(shè)計，從而滿足菌包窩口插棒作業(yè)需要，提升機(jī)具性能和技術(shù)含量，同時促進(jìn)食用菌栽培機(jī)械化健康發(fā)展。

1 目的與意義

食用菌菌包窩口、插棒栽培技術(shù)是目前主流的食用菌機(jī)械化栽培技術(shù)，可由食用菌裝袋窩口插棒一體機(jī)完成其主要的裝袋、窩口、插棒作業(yè)環(huán)節(jié)，其作業(yè)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(qiáng)度較大，不符合節(jié)本增效需求。菌包窩口棒振動上料盤可實現(xiàn)窩口棒的自動上料作業(yè)。本文設(shè)計的菌包窩口棒上料設(shè)備采用以振動為驅(qū)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(xiàn)有上料機(jī)工作時易出現(xiàn)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(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，期間針對食用菌菌袋的裝包工藝進(jìn)行了多次工藝調(diào)整，直到窩口、插棒模式的出現(xiàn)，降低了勞動強(qiáng)度、改變接菌方式、菌絲生長更規(guī)律，使得食用菌袋裝栽培技術(shù)得到進(jìn)一步完善，本研究可為食用菌裝袋窩口插棒作業(yè)模式提供技術(shù)支撐。

2 菌包窩口棒振動上料盤結(jié)構(gòu)和原理

2.1 結(jié)構(gòu)

窩口棒振動上料盤主要由圓盤料斗、定向移動機(jī)構(gòu)、脈沖電磁鐵、扭擺機(jī)構(gòu)、緩沖板、固定底板、啟?？刂破鳌⒄{(diào)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(jī)構(gòu)；3.脈沖電磁鐵；4.扭擺機(jī)構(gòu)；5.緩沖板；6.固定底板；7.啟?？刂破?；8.調(diào)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(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)，運用脈沖電磁鐵產(chǎn)生高頻振動，同時配合扭擺機(jī)構(gòu)，使其上下振動的同時產(chǎn)生繞其垂直軸周向往復(fù)運動[1]，這種振動驅(qū)使料斗內(nèi)的物料沿螺旋上升通道有序移動，經(jīng)過直線移動機(jī)構(gòu)的定向排序，最后到達(dá)進(jìn)料口位置。

工作時，首先將窩口棒振動上料盤定向移動機(jī)構(gòu)出料口與窩口插棒一體機(jī)窩口棒進(jìn)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?？刂破鲉用}沖電磁鐵，此時圓盤料斗內(nèi)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(xiàn)堆積和運動姿態(tài)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(tài)不正確的窩口棒會在進(jìn)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(jìn)入定向移動機(jī)構(gòu)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(jìn)入窩口插棒一體機(jī)的窩口棒入料口。當(dāng)窩口棒喂入量大于窩口插棒一體機(jī)需要時，送料控制器會停止送料，并適時再次啟動送料；當(dāng)窩口棒喂入量小于窩口插棒一體機(jī)需要時，可通過調(diào)速裝置提高上料速度。

3 主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計與功能

3.1 圓盤料斗的設(shè)計與功能

圓盤料斗位于振動上料盤上部與扭擺機(jī)構(gòu)相連接，主要由料斗、物料通道和擋板等部件組成。料斗內(nèi)壁設(shè)置有螺旋上升的物料通道，并對物料通道進(jìn)行漸窄和坡面設(shè)計，避免物料出現(xiàn)運動姿態(tài)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(xiàn)堆積。作業(yè)時物料沿螺旋通道有序移動，并逐步調(diào)整運動姿態(tài)(圖2)。

1.料斗；2.物料通道；3.擋片圖2 圓盤料斗結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 扭擺機(jī)構(gòu)的設(shè)計與功能

扭擺機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(yīng)錯位設(shè)置。每個簧片組均有多個同規(guī)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(yè)時，脈沖電磁鐵使上、下連接板產(chǎn)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(zhuǎn)變?yōu)榕[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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 底座的設(shè)計與功能

菌包窩口插棒振動上料盤作業(yè)時會產(chǎn)生規(guī)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(shè)備振動，隨著作業(yè)時間增加設(shè)備會產(chǎn)應(yīng)移動，影響作業(yè)性能。設(shè)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(jī)構(gòu)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(shè)置有若干緩沖膠墩。作業(yè)時，緩沖底板與緩沖膠墩用于吸收機(jī)械產(chǎn)生的振動，固定底板作為整個機(jī)械的基礎(chǔ)，起固定作用(圖4)。

1.緩沖底板；2.緩沖膠墩；3.扭擺機(jī)構(gòu)；4.固定底板圖4 底座結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 定向移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與功能

為保證向窩口插棒一體機(jī)提供有序、定向的物料，設(shè)計了定向移動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由定向軌道和固定耳等部件組成。定向軌道由兩條平行設(shè)置的導(dǎo)軌組成，并與圓盤料斗內(nèi)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(yè)時，窩口棒尖頭端直徑小于導(dǎo)軌間隙落入兩條導(dǎo)軌之間，平頭端直徑大于導(dǎo)軌間隙，位于導(dǎo)軌上方，達(dá)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

3.5 調(diào)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(diào)速裝置，可根據(jù)窩口插棒一體機(jī)作業(yè)需要調(diào)整窩口棒上料速度?？刂蒲b置主要包括啟?？刂破骱退土峡刂破?，啟?？刂蒲b置具有穩(wěn)定電壓和緩啟動功能，對脈沖電磁鐵起到安全保護(hù)作用。當(dāng)物料在定向移動機(jī)構(gòu)形成積壓時，送料控制器可調(diào)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(nèi)容與方法

4.1 主要研究內(nèi)容

主要研究以振動為驅(qū)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(xiàn)窩口棒自動上料作業(yè)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(xiàn)有窩口棒上料盤工作時出現(xiàn)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(yè)對比實驗

選取幾種市場主流的圓盤式電磁鐵振動上料設(shè)備，同時選購不同型號的食用菌菌包窩口棒，進(jìn)行交叉對比試驗，收集對比實驗數(shù)據(jù)，得出試驗結(jié)果，選出最優(yōu)組合并記錄作業(yè)時易出現(xiàn)影響作業(yè)質(zhì)量的因素。

4.2.2 作業(yè)質(zhì)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(diào)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(guān)實驗數(shù)據(jù)，分析相關(guān)影響因素；固定電磁鐵振動頻率，依次調(diào)整螺旋物料通道長度、寬度及上升角度，記錄試驗數(shù)據(jù)，分析影響因素和規(guī)律。

4.2.3 作業(yè)速度的最佳匹配

測定食用菌窩口插棒一體機(jī)作業(yè)效率，計算單位時間內(nèi)所需窩口棒數(shù)量，運用調(diào)速功能調(diào)整所需作業(yè)速度，使之與食用菌窩口插棒一體機(jī)速度達(dá)到最佳匹配。

5 結(jié)論與應(yīng)用前景

本研究預(yù)期成果可轉(zhuǎn)化為食用菌菌包窩口棒振動上料機(jī)，該機(jī)結(jié)構(gòu)合理、工作流暢、性能穩(wěn)定、工作效率高，有效解決現(xiàn)有食用菌菌包窩口棒上料設(shè)備存在的問題，對保證食用菌菌袋窩口插棒一體機(jī)的工作效率有關(guān)鍵作用。

該食用菌菌包窩口棒振動上料盤可實現(xiàn)窩口棒自動上料作業(yè)。圓盤料斗，主要解決了作業(yè)時物料易發(fā)生擁堵和堆積的問題；底座，可解決作業(yè)時因振動使設(shè)備產(chǎn)生位移和影響作業(yè)性能的問題；定向移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，有效解決窩口棒定向排列的問題；調(diào)速裝置、控制裝置的配備，提升安全性與設(shè)備性能，增強(qiáng)設(shè)備功能性。該機(jī)結(jié)構(gòu)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(chǎn)時間，提高生產(chǎn)速度，降低人工成本，滿足作業(yè)需要。該項技術(shù)及產(chǎn)品的推廣應(yīng)用符合國家技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展政策，有效提高窩口棒上料設(shè)備技術(shù)與食用菌栽培技術(shù)認(rèn)知度，提升該產(chǎn)品加工企業(yè)生產(chǎn)積極性與經(jīng)濟(jì)效益。同時，對保證食用菌菌袋窩口插棒一體機(jī)作業(yè)效率起到關(guān)鍵作用，節(jié)本增效為用戶帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益，為推動我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到促進(jìn)作用。