食用菌接种机总体设计及总控系统设计Word格式.docx
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第2章设计任务与设计方法3
2.1设计任务3
2.2设计作用及意义3
2.3设计方法3
2.3.1总体设计思路4
2.3.2整理总结用户需求4
2.3.3用户需求约束下的初始机构的构思4
第3章设计方案选择与计算5
3.1工作原理5
3.2传送机构的总体设计5
3.2.1传送装置的布置形式5
3.2.2电动机的选择6
3.2.3带速的选择7
3.2.4总体布置设计7
3.3消毒机构的总体设计9
3.3.1方案的分析与拟定9
3.3.2消毒机构设计简图10
3.4打孔机构的总体设计10
3.5取种、接种机构的总体设计11
3.5.1方案构思11
3.5.2方案应满足的基本要求11
3.5.3食用菌取种机构上下运动设计方案11
3.6食用菌接种机的经济技术分析12
3.7机械主要技术数据12
3.7.1机械的使用条件及使用环境12
3.7.2外形特性及主要技术参数13
第4章部分主要部件的设计分析和强度校核14
4.1传送装置电机的选取及电机性能分析14
4.2蜗轮蜗杆的参数计算15
4.3传送带带轮尺寸外形的选取16
结论18
参考文献19
致谢21
第1章国内外食用菌发展现状
1.1国内食用菌发展现状
我国食用菌是伴随着改革开放而迅速发展起来的，只有30年的发展历史。
但是，在这30年中，却经历了房前屋后的庭院经济、特种蔬菜生产、成片的集约化和工厂化生产的4大阶段。
目前集约化的规模栽培已经占到总产量的80%以上[1-3]。
产区由70年代的浙江、福建、广州、广西等南方产区逐渐北扩，进入21世纪以来，食用菌生产已经遍及全国大江南北，成为我国重要的经济作物。
成为世界食用菌生产第一大国，全球总产的70%以上。
我国的食用菌产业发展基本上还属于一家一户的家庭式分散小生产，随着我国经济的发展和国际市场质量要求的不断提高，这种一家一户家庭式分散小生产的产品质量所具有的不稳定性，特别是食品安全不能得到有效控制，不能满足市场对食品安全要求的需要。
特别是我国加入WTO后，国际市场农产品门槛不断提高，这种分散生产方式难以建立生产的可追溯体系，国际市场的开拓受到严重制约。
这种国内外市场要求成为让我国食用菌生产方式走向组织化、规模化、规范化、标准化的强大推动力[4]。
1.2外国食用菌发展现状
从总体上来说，世界各国食用菌生产的发展模式大体都会经历由分散、粗放的个体生产到机械化、规模化、标准化大生产转变的发展历程。
而对于发达国家的食用菌生产来说，他们的机械化生产起步早、投入大、发展快。
国际上最早实现工厂化周期生产的食用菌是双孢蘑菇，距今已有60年的发展历史。
1947年，荷兰在控制温度、湿度和通风的条件下进行工厂化生产，并由此开辟了草腐菌工业化生产的先河。
而此后美国、德国、意大利等国相继实现了对于双孢蘑菇的机械化与工厂化生产。
近年来，东欧的波兰等国也在迅猛发展食用菌生产种植。
就亚洲而言，日本在20世纪50年代开始，创立了金针菇等木腐菌瓶栽和袋栽的工厂化周年生产模式。
20世纪80年代韩国也引进日本生产模式，并根据自身条件加以改进，生产规模不断扩大，栽培技术日臻成熟。
现在已实现从拌料、堆肥、装袋到发酵、接种、覆土、喷水、采菇及清床等各个生产环节的机械化[5]。
同时，他们还采用空调设备，各种测量仪器以及自动化调节控制湿度、水分、温度、通风、光照等设备与设施，创造出最适宜食用菌生长发育的环境，实现了对于鲜菇的周年化均衡生产和市场供给。
发达国家在食用菌机械化、工业化生产方面，其技术积累与沉淀虽已相当深厚。
但随着信息、自动控制等高新技术在传统产业中的快速渗透，为巩固和扩大竞争优势，其技术创新力度还将不断加大，并向着自动化、智能化、精细化、优质化、国际化方向发展。
规模以及效益还将进一步加大和提高。
1.3国内的技术装备现状
自改革开放以来，我国在消化吸收台湾、日本知名食用菌生产企业先进技术的基础上，相继自主研发出了应用于食用菌生产和加工关键环节的一些相关设备。
这些设备的出现对于推动食用菌的生产向机械化、工厂化和规模化发展起到了积极的作用[6]。
但就总体而言，我国目前的食用菌设备的生产设计还是处于比较低的水平，原有的一些食用菌生产设备制造企业由于自身技术力量的薄弱，还只是能够生产一些简单设备，如小型装袋机、简易搅拌机等单独机械，故食用菌生产的自动化程度低，成套性差，耗时长，生产效率低，劳动强度大，无法满足我国农业对于食用菌工业化、产业化大规模生产的要求。
因此，总的说来，对于我国食用菌生产的机械化，无论是对于技术的研究开发还是技术在生产中的应用均处于起步和发展的初期阶段，与国际先进水平相距较大。
第2章设计任务与设计方法
2.1设计任务
整理用户需求，在综合考虑到客户与当前相关技术发展实情的前提条件下，经过认真的分析讨论，明确用何种机构去实现相关的功能装置。
并用Solidworks三维绘图软件将分析出的构思表现为实体图，以便于其他同学的设计。
最后再对本机器的经济技术数据进行简要的分析，以明确我们的设计在市场上的竞争力。
2.2设计作用及意义
经过一段时间的考察分析及对邻近乡村中种植食用菌的村民的访问。
我们了解到河南省不仅是中国的粮食大省，它的食用菌产量也在全国占有极大的一部分，在我国外贸出口的食用菌中，占有比重最大的就是河南省产的食用菌[7]。
但由于对技术发展的不重视，河南省甚至我国的大部分食用菌栽培的过程还处于纯手工状态，这对于扩大食用菌的种植规模与实现种植过程的机械自动化是相当不利的。
我们此次对食用菌的种植过程用自动机械来实现，这一想法与举动可以说是首次，此前还没有企业与团体参与实现食用菌的种植过程的自动化。
在实际的设计过程中，我们在结合了我国目前食用菌生产的现状，并充分考虑客户需求的前提条件下，按照现行的生产流程，设计出一套集消毒、打孔、取种、接种四大工步为一体的集成化的食用菌接种设备。
用以实现食用菌在生产的主要过程中的机械化，自动化，从而大大减轻员工的劳动量，降低生产成本，给我国食用菌种植者带来巨大的盈利空间，并进而增强我国食用菌产品在国内国际市场上的竞争力。
2.3设计方法
1.与客户进行一定的交流探讨，并对用户的具体要求进行整理分析
2.再通过采取走访相关的食用菌种植人员，实地考察，市场调查，与种植人员进行座谈等一系列方式，进一步分析如何去满足用户需求。
3.在结合了我国目前食用菌生产的现状，并参考客户需求的前提条件下，按照现行的生产流程，设计出一套集消毒、打孔、取种、接种四大步骤为一体的集成化的食用菌接种设备。
2.3.1总体设计思路
充分考虑用户需求，在实际条件允许的前提条件下，尽可能的用安全，简单的机构去实现所需的功能，用以最大限度的降低我们所设计的产品的成本，提高自身产品的市场竞争力，并且我们所设计的机械要可以考虑到用户自身操作舒适度，让产品操作舒适，而且要简便易上手。
2.3.2整理总结用户需求
1.原始参数：
1）输送物品：
菌棒（袋装）
2）打孔要求：
孔径：
Φ2cm；
于菌棒上均布四个接种孔，间距10~15cm
3）菌棒质量：
2.5kg
4）菌棒尺寸：
长500-600mm;
直径：
100-150mm
5）打孔最大净压力：
170N
6）产量：
600袋/小时
7）接种机外形尺寸：
大致为1900×
700×
1000
2.其他要求：
1）价格：
单价5000~6000左右
2）使用寿命：
耐用即可
3）机器要简单易操作，操作要舒适。
2.3.3用户需求约束下的初始机构的构思
用皮带轮机构传导电机的转动，将菌棒放置于传送带上，用V型块固定住，并随输送带的前行而顺序的接受消毒、打孔、取种、接种四大工序；
在消毒处，用简易机构传导电机的动力，可以考虑采用液压压缩汲取消毒液的方法，并采用小喷头来喷洒消毒液；
对于打孔装置，要考虑到用户要在菌棒上等间距的打出四个深约3厘米，直径在2.5厘米左右的空，以便于将取好块的菌种压入其中，故我们可以要等间距的安装四个直径在2厘米的打孔棒，其打孔的深度应该可以根据需要人为的设定与调节，这一切的步骤完成可以考虑用自带电机去单独提供动力；
对于实现取种、接种这两个步骤，我们可以采用同一个机械装置，利用电机的带动，先移动至菌棒放置处，并设计出齿轮齿条机构，引导取种设备下降取种，接着回复至原来位置并在菌棒到达时，将取好的菌块用压力压至菌棒表面已打好的孔中。
第3章设计方案选择与计算
3.1工作原理
插上电源，按下启动按钮，先启动工作程序，输送辊道运行，工作人员将已经填装并密封好好的食用菌菌棒袋放置于V型固定块上，让其随传送带的一同前行，当菌棒袋按预定时间运动到消毒区域时，消毒装置开始喷洒消毒液，对菌棒袋的待打孔接种位置进行消毒杀菌。
随后，随传送带继续向打孔装置运动，在有V块固定菌袋的情况下，利用打孔装置打出相邻间距为10~15cm的孔径为φ2cm的待接种孔；
接着在皮带轮的带动下，继续传送到下一个取种接种机构的位置，并在圆筒齿条取种、接种装置的作用下，将已成块状的食用菌接种块以合适的力度与位置按压至菌袋中，最后已完成所有的接种步骤的菌袋随传送带运动至尾端，并由工作人员将其取下保管好。
如此便完成对一个菌棒接种的工作。
如此循环，可以极大地发挥接种机自动化的优点，减少人员的工作量，提高效率，这样可以在同样时间内完成对于大批量菌棒的消毒、打孔、取种、接种，这样便可以提高产量，创造更多的收入。
3.2传送机构的总体设计
3.2.1传送装置的布置形式
输送机的布置形式可分为：
水平型、倾斜型、水平倾斜型、综合型等。
在选择和确定板式输送机的布置形式时，我们应从以下几个方面来考虑：
1.必须满足工艺要求。
即应能符合工艺提出的运输路线、输送量和需要在其上面完成的工艺作业等要求。
在本次设计中就是要可以将菌棒袋按适当的速度依次经过各个装置的加工处理过程。
2.在满足工艺要求的前提下，应力求最简洁的布置形式。
布置形式越简单，输送机线路的转折越少，其运行阻力就越小，对各个部分的要求也就越小，因此可降低制造成本，提高输送机的经济性[8]。
3.在对输送机布置时，应充分考虑输送机与各有关工步的关系。
要综合研究各个方面的情况与要求，追求整体布置的合理性和经济性。
综合各方面因素的考虑，在本次设计中选择水平型板式输送机。
3.2.2电动机的选择
电动机是输送机的重要组成部分，应遵循以下原则进行选择
1.功率的选择原则：
选取电动机时必须要明确功率大小、额定转速以及电动机结构形式等方面要满足此次机械设计的要求。
电动机的功率不能选取过小，否则将难于启动或者造成勉强启动，使运转电流超过电动机的额定电流，导致电动机过热以致于最终烧损。
电动机的功率也不能选择太大，否则不但提高成本，而且电动机在低负荷下运行，其功率因数都不高，造成功率浪费[9]。
2.根据电动机的工作环境选择电动机类型原则：
例如在煤矿企业中选取电机，应采用防护式、封闭式、防爆式电动机：
这种电动机的转子，定子绕组等都装在一个封闭的机壳内，能有效的防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部，但它的密封性不很严密，所以还不能在水中工作，“JO”系列电动机属于这种防护形式[10]。
3.电动机电压等级的选择，要根据电动机的类型，功率以及使用地点的电压来决定。
电动机的额定转速根据生产机械的要求而决定，一般采用尽量高转速的电动机。
4.在满足其他条件的前提下优先选用结构简单，运行可靠，维护方便且价格合理的电机。
在综合了本次机械设计课题的具体要求，以及电动机工作环境等诸多影响因素后，我们决定选用异步电动机来对工作中的动力需求进行满足。
异步电动机具有结构简单、维修方便、工作效率高、重量较轻、成本较低、负载特性较硬等特点，可以满足大多数工业生产机械的电力传动需要。
因此，在国民经济的各部门特别是工业电器部门得到广泛应用，并作为机床、各种胶带运输机械、起重运输机械、轻工业等设备及其他通用设备的动力源。
它是目前各类电动机中应用最为广泛、需要最多的一类电动机。
在本次的设计中选取Y系列异步电动机
3.2.3带速的选择
带速是输送机的重要参数，应遵循以下原则进行选择[11]：
1.长距离，大运量，宽度大输送机可选择较高带速；
2.倾角越大，运距越短则带速亦应越小；
3.粒度大，磨琢性大，易粉碎和易起尘的物料宜选用较低带速；
4.采用卸料车卸料时带速不宜超过2.5m/s，采用犁式卸料器卸料时，带速不宜超过2m/s
5.输送成件物品时，带速不得超过1.25m/s
6.手选用带式输送机带速一般为0.3m/s；
在本次的设计中为了便于对菌棒进行处理，我们将输送带的传送速度定为0.3m/s。
3.2.4总体布置设计
概述：
影响带式输送机总体布置的因素有：
输送机外形尺寸，驱动装置位置的设计布局，托辊间距，输送带，封闭外壳等。
这些因素的变化都会带来输送机上面装置布局的变化。
1.输送机外形尺寸的设计：
出于对操作人员的舒适性的考虑，我将此次的设计与人机工程相联系起来，充分考虑了对于大多数人员的舒适度。
图4—1.坐姿人体尺寸示意图
百分位数
测量项目
1
5
10
50
90
95
99
1.1坐高
836
858
870
908
947
958
979
1.2坐姿颈椎点高
599
615
624
657
691
701
719
1.3坐姿眼高
729
749
761
798
847
868
1.4坐姿肩高
539
557
566
598
631
641
659
1.5坐姿肘高
214
228
235
263
291
298
321
1.6坐姿大腿厚
103
112
116
130
146
151
160
1.7坐姿膝高
441
456
464
493
523
532
549
1.8小腿加足高
372
383
389
413
439
448
463
1.9坐深
407
421
429
457
486
494
510
1.10臀膝距
499
515
524
554
585
595
613
1.11坐姿下肢高
892
921
937
992
1046
1063
1096
表3—1.男（18~60岁）坐姿人体尺寸表（单位：
mm）
根据上面的图表所提供的数据，我们可以分析得出：
只要可以将接种机的外形尺寸设计的可以满足95%的用户需求即可[12]。
此处我们将接种机的操作面高度的设定由坐姿肘高，小腿加足高两者来大体确定，即操作面高=坐姿肘高+小腿加足高+宽放值。
假定宽放值设为200mm，则出于以上的人机工程数据分析，我将接种机的外形尺寸大体定为1800（L）×
650（W）×
950（H），此外形对于大部分的操作人员来说是比较舒适的。
2.驱动装置位置的设计布局：
在此次的设计中出于安全的考虑，将驱动皮带轮转动的电机布置于接种机的底部支架板上。
并且将电动机的转轴指向设定为与操作人员的操作方向相同。
以此来尽可能让操作人员远离危险[13]。
3.托辊间距：
托辊间距应满足辊子承载能力和输送带下垂度两个条件。
凸弧段托辊间距一般为承载分支托辊间距的1/2。
受料段托辊间距一般为承载分支托辊间距的1/2-1/3。
因受力过大需加密托辊时，可根据实际需要，由设计人员确定具体的托辊间距。
输送质量大于20kg的成件物品时，托辊间距不应大于物品长度（沿输送方向）的1/2；
对于20kg以下的成件物品，托辊间距可取1200mm。
填装好的菌棒袋的净重约为2.5kg，故可以将相邻托辊的间距适当的放大。
可以取值为150mm~200mm。
4.输送带：
输送带是带式输送机中的拽引构件和承载构件，是带式输送机最主要的部件，其价格一般占整机价格的30％-40％或以上。
因而，选择适用的输送带，降低输送带所承载的张力，保护输送带在使用中不被损伤，方便输送带的安装以及更换和维修，延长输送带的使用寿命等成为输送机设计的核心内容。
普通输送带的芯层和覆盖胶可用多种材料制成，为了适应不同的工作条件，要考虑对于输送带的规格的选取[14]。
输送带的选用：
1）类型选择：
普通输送带一般多采用橡胶覆盖层，其适用的环境温度与输送机一样为-20至40℃。
环境温度低于-5℃时，不宜采用维纶帆布芯胶带。
环境温度低于-15℃时，不宜采用普通棉帆布芯胶带。
在环境温度低于-20℃条件下采用钢丝芯胶带时，应采用耐寒型胶带并与制造厂签订保证协议。
普通橡胶输送带适用的输送物料温度一般为常温。
2）带宽：
取
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