菌包窝口棒振动上料盘的设计

孙 毅

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157011)

0 引言

随着我国机械自动化水平的不断提高，为解决零散物料自动化上料难的问题，振动盘上料设备的应用与普及日益提高，市场需求量逐步增加。目前，我国振动盘上料设备生产厂家已近千家。现有菌包窝口棒采用的上料设备普遍由其他物料振动上料设备改进而来，物料针对性及适应性均不强，做工较为粗糙，因此急需设计一款菌包窝口棒专用振动上料设备。本文通过对现有振动上料设备工作原理的研究和分析，开展菌包窝口棒专用振动上料设备的理论研究与创新设计，从而满足菌包窝口插棒作业需要，提升机具性能和技术含量，同时促进食用菌栽培机械化健康发展。

1 目的与意义

食用菌菌包窝口、插棒栽培技术是目前主流的食用菌机械化栽培技术，可由食用菌装袋窝口插棒一体机完成其主要的装袋、窝口、插棒作业环节，其作业效率约为1 200 袋·h-1左右，以每袋需插一个窝口棒计，每小时需窝口棒1 200个左右，人工上料工作强度较大，不符合节本增效需求。菌包窝口棒振动上料盘可实现窝口棒的自动上料作业。本文设计的菌包窝口棒上料设备采用以振动为驱动力，使物料作沿螺旋线上升运动并定向排序的给料方式，可解决现有上料机工作时易出现物料堆积、拥堵、不流畅、运动方向方式错误等问题。

食用菌袋装栽培技术经过多年发展，期间针对食用菌菌袋的装包工艺进行了多次工艺调整，直到窝口、插棒模式的出现，降低了劳动强度、改变接菌方式、菌丝生长更规律，使得食用菌袋装栽培技术得到进一步完善，本研究可为食用菌装袋窝口插棒作业模式提供技术支撑。

2 菌包窝口棒振动上料盘结构和原理

2.1 结构

窝口棒振动上料盘主要由圆盘料斗、定向移动机构、脉冲电磁铁、扭摆机构、缓冲板、固定底板、启停控制器、调速装置、罩壳和送料控制器等部件组成(图1)。

1.圆盘料斗；2.定向移动机构；3.脉冲电磁铁；4.扭摆机构；5.缓冲板；6.固定底板；7.启停控制器；8.调速装置；9.罩壳；10.送料控制器图1 菌包窝口棒振动上料盘结构示意图

2.2 工作原理

圆盘料斗下部安装脉冲电磁铁与扭摆机构，运用脉冲电磁铁产生高频振动，同时配合扭摆机构，使其上下振动的同时产生绕其垂直轴周向往复运动[1]，这种振动驱使料斗内的物料沿螺旋上升通道有序移动，经过直线移动机构的定向排序，最后到达进料口位置。

工作时，首先将窝口棒振动上料盘定向移动机构出料口与窝口插棒一体机窝口棒进料口对齐连接，并将所需窝口棒装入圆盘料斗，然后通过窝口棒振动上料盘启停控制器启动脉冲电磁铁，此时圆盘料斗内的窝口棒在扭摆振动的作用力下沿物料通道螺旋上升。若运动过程中窝口棒出现堆积和运动姿态错误，安装在物料通道上方的挡板会将堆积的窝口棒挡下，而运动姿态不正确的窝口棒会在进入运动物料通道渐窄段后被迫掉落，掉落的窝口棒会重新回到圆盘料斗底部，并再次沿物料通道移动。窝口棒进入定向移动机构后，在重力作用下直径小的一端会落入轨道之间，而直径大的一端会卡在轨道上方，起到定向排序的作用，最终窝口棒沿轨道进入窝口插棒一体机的窝口棒入料口。当窝口棒喂入量大于窝口插棒一体机需要时，送料控制器会停止送料，并适时再次启动送料；当窝口棒喂入量小于窝口插棒一体机需要时，可通过调速装置提高上料速度。

3 主要结构的设计与功能

3.1 圆盘料斗的设计与功能

圆盘料斗位于振动上料盘上部与扭摆机构相连接，主要由料斗、物料通道和挡板等部件组成。料斗内壁设置有螺旋上升的物料通道，并对物料通道进行渐窄和坡面设计，避免物料出现运动姿态错误和滑落的问题，同时通道上方有序安装有挡片，避免物料出现堆积。作业时物料沿螺旋通道有序移动，并逐步调整运动姿态(图2)。

1.料斗；2.物料通道；3.挡片图2 圆盘料斗结构示意图

3.2 扭摆机构的设计与功能

扭摆机构主要由上连接板、下连接板、簧片组等部件组成，脉冲电磁铁位于扭摆机构中心。上连接板与下连接板均为铸钢材料，且各有4个倾斜的连接耳，每个上连接板连接耳与一个下连接板连连接耳对应错位设置。每个簧片组均有多个同规格簧片有序组成，上部与上连接板连接耳固定连接，下部与下连接板连接耳固定连接，组成斜拉式簧片组。作业时，脉冲电磁铁使上、下连接板产生竖直方向振动，同时在多组斜拉簧式簧片组作用下，使竖直方向振动转变为扭摆振动(图3)。

1.上连接板；2.斜拉式簧片组；3.脉冲电磁铁；4.下连接板图3 扭摆机构结构示意图

3.3 底座的设计与功能

菌包窝口插棒振动上料盘作业时会产生规律振动，这种振动在为物料提供运动作用力的同时会引起设备振动，随着作业时间增加设备会产应移动，影响作业性能。设计的底座主要由缓冲底板、缓冲胶墩、固定底板等部件组成。缓冲底板上部与扭摆机构下连接板固定连接，下部与固定底板固定连接；缓冲底板与固定底板之间有序设置有若干缓冲胶墩。作业时，缓冲底板与缓冲胶墩用于吸收机械产生的振动，固定底板作为整个机械的基础，起固定作用(图4)。

1.缓冲底板；2.缓冲胶墩；3.扭摆机构；4.固定底板图4 底座结构示意图

3.4 定向移动机构的设计与功能

为保证向窝口插棒一体机提供有序、定向的物料，设计了定向移动机构。该机构由定向轨道和固定耳等部件组成。定向轨道由两条平行设置的导轨组成，并与圆盘料斗内的螺旋物料通道末端相连接，通过固定耳固定在圆盘料斗外壁上。作业时，窝口棒尖头端直径小于导轨间隙落入两条导轨之间，平头端直径大于导轨间隙，位于导轨上方，达到物料定向排序的目的(图5)。

1.固定挂耳；2.定向轨道图5 定向移动机构结构示意图

3.5 调速装置、控制装置的配备与功能

为窝口棒振动上料盘配置调速装置，可根据窝口插棒一体机作业需要调整窝口棒上料速度。控制装置主要包括启停控制器和送料控制器，启停控制装置具有稳定电压和缓启动功能，对脉冲电磁铁起到安全保护作用。当物料在定向移动机构形成积压时，送料控制器可调整送料速度或停止送料，并具有适时再启动送料的功能。

4 研究内容与方法

4.1 主要研究内容

主要研究以振动为驱动力，物料作沿螺旋线上升运动并定向排序的上料模式，实现窝口棒自动上料作业的菌包窝口棒振动上料盘。通过对振动频率、螺旋曲线升角、物料运动速度、纯小时工作效率及各部件外形尺寸的研究，解决现有窝口棒上料盘工作时出现物料断流、堆积、拥堵、不流畅、运动方向方式错误等问题。

4.2 研究方法

4.2.1 多种组合作业对比实验

选取几种市场主流的圆盘式电磁铁振动上料设备，同时选购不同型号的食用菌菌包窝口棒，进行交叉对比试验，收集对比实验数据，得出试验结果，选出最优组合并记录作业时易出现影响作业质量的因素。

4.2.2 作业质量影响因素的收集与分析

固定螺旋物料通道长度、宽度及上升角度，调整电磁铁振动频率，记录不同频率下窝口棒运动速度、角度、弹跳程度等相关实验数据，分析相关影响因素；固定电磁铁振动频率，依次调整螺旋物料通道长度、宽度及上升角度，记录试验数据，分析影响因素和规律。

4.2.3 作业速度的最佳匹配

测定食用菌窝口插棒一体机作业效率，计算单位时间内所需窝口棒数量，运用调速功能调整所需作业速度，使之与食用菌窝口插棒一体机速度达到最佳匹配。

5 结论与应用前景

本研究预期成果可转化为食用菌菌包窝口棒振动上料机，该机结构合理、工作流畅、性能稳定、工作效率高，有效解决现有食用菌菌包窝口棒上料设备存在的问题，对保证食用菌菌袋窝口插棒一体机的工作效率有关键作用。

该食用菌菌包窝口棒振动上料盘可实现窝口棒自动上料作业。圆盘料斗，主要解决了作业时物料易发生拥堵和堆积的问题；底座，可解决作业时因振动使设备产生位移和影响作业性能的问题；定向移动机构的设计，有效解决窝口棒定向排列的问题；调速装置、控制装置的配备，提升安全性与设备性能，增强设备功能性。该机结构简单合理、操作便捷、造价低廉、安全性高、可靠性好，可大大缩短生产时间，提高生产速度，降低人工成本，满足作业需要。该项技术及产品的推广应用符合国家技术产品发展政策，有效提高窝口棒上料设备技术与食用菌栽培技术认知度，提升该产品加工企业生产积极性与经济效益。同时，对保证食用菌菌袋窝口插棒一体机作业效率起到关键作用，节本增效为用户带来较好的经济效益，为推动我国食用菌产业发展起到促进作用。