平菇发酵料装料接种一体机关键装置的设计与试验.pdf

第38卷 第1期 农 业 工 程 学 报 Vol 38 No 1 12 2022年 1月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan 2022 平菇发酵料装料接种一体机关键装置的设计与试验 王明友1 3 宋卫东1 周德欢1 解文强2 孙玉利3 王教领1 丁天航1 1 农业农村部南京农业机械化研究所 南京 210014 2 唐山市农业科学研究院 唐山 063000 3 南京航空航天大学机电学院 南京 210016 摘 要 针对当前平菇菌棒生产中的装料 接种单机作业效率低 稳定性差 用工多等难题 该研究结合平菇栽培料诱导 灭菌发酵工艺与中心孔接种工艺 设计了一种适应玉米芯颗粒菌种的平菇发酵料装料接种一体机 整机主要由装料装置 窝口装置和接种装置等组成 首先根据菌棒制作中的装料量与接种量要求对整机的关键部件进行设计 确定装料绞龙 窝 口槽型凸轮和接种凸轮等零部件的结构参数 然后以绞龙转速 绞龙直径和绞龙螺距为影响因素 装料生产率和装料密度 为响应指标 通过响应曲面方法分析各因素交互作用影响 对回归模型进行多目标优化 得出平菇发酵料装料接种一体机 装料质量的最优组合为 绞龙转速191 94 r min 绞龙直径133 22 mm 绞龙螺距100 00 mm 此时 装料生产率723袋 h 装料密度537 27 kg m3 对优化参数进行生产验证 测得生产率为726袋 h 装料密度为536 25 kg m3 与优化值相对误 差分别为0 42 和0 19 同时 测得接种电机转速在120 r min时的接种量为132 33 g 接种变异系数为1 19 满足发 酵料中心孔菌种量不少于装料量5 的生产要求 接种装置的平均接种深度为242 5 mm 接种深度的变异系数为1 05 与单机菌棒制作设备相比 平菇发酵料装料接种一体机生产率提高3倍 时间缩短2 4 倍 人数减少4人 节省2道作 业工序 满足北方地区平菇发酵料机械化生产对装备的需求 关键词 设计 试验 平菇 装料 接种 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 01 002 中图分类号 S233 74 S646 9 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2022 01 0012 10 王明友 宋卫东 周德欢 等 平菇发酵料装料接种关键装置的设计与试验 J 农业工程学报 2022 38 1 12 21 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 01 002 http www tcsae org Wang Mingyou Song Weidong Zhou Dehuan et al Design and experiment of the key components of charging and inoculating integrated machine for Pleurotus ostreatus J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2022 38 1 12 21 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2022 01 002 http www tcsae org 0 引 言 平菇 Pleurotus ostreatus 是世界上栽培最广泛的食 用菌之一 1 全球产量一直处于持续快速增长中 2 中国 自 1930 年开始栽培 现已成为国内栽培范围最广 栽 培量最大的食用菌品种 据中国食用菌协会统计 2020 年平菇产量为686 47万吨 占食用菌总产量的17 45 为全国第三大栽培品种 3 目前 国内平菇生产主要有3 种栽培料模式 生料 熟料和发酵料 与生料和熟料相 比 发酵料因其低成本 工艺简单 效益高等优点广泛 应用 同时 发酵料栽培可采用开放式接种 无需对接 种环境进行消毒净化处理 极大简化了生产工艺 利于 机械化作业 该技术现已在河南 山东 河北等地被广 泛应用 平菇发酵料栽培中常用的菌种形式有枝条菌种 收稿日期 2021 11 03 修订日期 2021 12 23 基金项目 财政部和农业农村部 国家现代农业产业技术体系资助 CARS 20 国家重点研发计划 蔬菜优质轻简高效生产技术集成与示范 2020YFD1000300 中央级公益性科研院所基本科研业务费 S202108 02 作者简介 王明友 博士生 副研究员 研究方向为食用菌生产与加工技术 装备 Email wmyss 通信作者 宋卫东 研究员 研究方向为食用菌生产加工技术装备 Email songwd 液体菌种和颗粒菌种共三种 其中枝条菌种因制作繁琐 不易机械化 现主要在平菇家庭栽培中使用 液体菌种 因生产 保存条件高 操作复杂 适于在规模化的工厂 企业中应用 颗粒菌种制作工艺与平菇栽培工艺相符 制作过程便于机械化作业 且接种后可覆盖发酵料 具 有防止接种口处的发酵料感染杂菌的生产优势 同时 发酵料栽培平菇的生产工艺具有制棒时间短 干物质损 耗少和菌棒成功率高等特点 产量和生物学效率均优于 平菇短时高温灭菌 4 生产工艺 现已成为当前国内平菇生 产常用的菌种形式 5 虽然国内食用菌工厂化瓶栽模式已实现从栽培料 制备 装瓶 灭菌 接种 培养 出菇到采收等生产环 节的机械化 自动化作业 6 但具有中国传统特色的木 腐菌袋栽模式尚未实现全过程的机械化生产 尤其是在 木腐菌培养料制备后的装料与接种工序中仍以单机作 业为主 7 9 当前 国内发酵料栽培平菇中的菌棒制作设 备主要以单工序作业的装料机或接种机为主 10 12 对平 菇发酵料装料后直接接种颗粒菌种的一体化设备的研究 尚处于空白阶段 笔者此前设计的菌袋装料窝口插棒一 体机与装袋机 窝口机或插棒机等单机相比 菌棒 指 完成装料 窝口 插棒等所有工序 制作时间缩短近4 倍 作业人数减少4人 节省作业工序2道 极大提升 第1期 王明友等 平菇发酵料装料接种一体机关键装置的设计与试验 13 了菌棒的制作效率 本文针对平菇发酵料诱导灭菌后的装料工序与接种 工序的一体化作业要求 结合唐山市农业科学研究院彭 学文等 13 14 发明的平菇发酵料诱导灭菌栽培工艺与中心 孔接种工艺 设计了一种适应玉米芯颗粒菌种的平菇发 酵料装料接种一体机 以实现一次作业完成发酵料的装 料 窝口 接种等工序 为北方地区的平菇发酵料装料 中心孔接种的栽培工艺提供技术装备支撑 1 整机结构与工作原理 1 1 整机结构 平菇发酵料装料接种一体机主要由机架 装料装置 抱筒装置 推袋装置 窝口装置 接种装置与动力系统 和控制系统等组成 如图1所示 装料装置 抱筒装置 和推袋装置为固定在机架上完成装料 抱袋和推袋作业 窝口装置和接种装置由同一电机带动槽型凸轮和凸轮转 动实现同步升降 完成周期行程内的窝口和接种作业 且窝口杆与接种杆在轨道内的间距为料袋中心孔的整数 倍 以防料袋中心孔处的窝心与接种发生错位 造成菌 种偏离中心孔 1 装料电机 2 机架 3 推袋连杆 4 下抱筒 5 推袋弧形板 6 窝口轮 7 轨道 8 菌种箱 9 接种管 10 压种杆 11 搅拌轴 12 接种杆 13 窝口 连杆 14 接种连杆 15 凸轮 16 槽型凸轮 17 升降电机 18 接种变速箱 19 接种电机 20 种箱连杆 21 推杆连杆 22 窝口推杆 23 窝口电机 24 上抱筒 25 套筒 26 料箱 27 抱筒与推袋电机 28 装料拨叉 1 Charging motor 2 Frame 3 Push bag connecting rod 4 Lower holding cylinder 5 Push bag device 6 Socket wheel 7 Track 8 Bacteria box 9 Inoculating tube 10 Seed pressing rod 11 Mixing shaft 12 Inoculating rod 13 Socket connecting rod 14 Inoculating connecting rod 15 Cam 16 Groove cam 17 Lifting motor 18 Inoculating gearbox 19 Inoculating motor 20 Seed box connecting rod 21 Push rod connecting rod 22 Socket putter 23 Machine 24 Upper holding cylinder 25 Sleeve 26 Material box 27 Holding cylinder and bag pushing motor 28 Loading fork 图1 平菇发酵料装料接种一体机结构示意图 Fig 1 Structure diagram of charging and inoculation integrated machine for Pleurotus ostreatus 1 2 工作原理 工作时 料仓内装满平菇生产所需的发酵料 人工 套袋后触碰装料开关 上 下抱筒瞬间移位并在滑轮及 支撑架的作用下抱紧菌袋 此时 下抱筒推动装料拨叉 连接套筒内绞龙轴旋转 将料仓内的发酵料推送至菌袋 内 完成装料 并通过装料离合器拨叉的结合控制菌袋 装料长度 料袋随抱筒退至初始位置后 因自重致下抱 筒张开落袋 此时抱筒装置带动连杆机构驱动推袋装置 将料袋移位至轨道内的窝口装置下方 升降电机连接槽 型凸轮带动窝口装置下行 旋转的4组窝口轮下移至料 袋发酵料面处进行窝口 窝口后菌袋顶部褶皱均匀 窝 心无漏袋 此时 凸轮辊轴连接的推杆将料袋窝心处的 菌袋推入袋内中心孔内 防止松袋 同时 升降电机同 步连接凸轮带动接种装置整体下行 下行过程中 接种 电机通过连杆带动接种杆将接种管内的颗粒菌种推入料 袋中心孔内 完成接种 平菇发酵料装料接种一体机主 要技术参数如表1所示 表1 平菇发酵料装料接种一体机的主要参数 Table 1 Main parameters of charging and inoculation integrated machine for Pleurotus ostreatus 参数 Parameters 值Values 外形尺寸 Overall dimension mm 2 400 650 1 420 配套动力 Matched power kW 6 2 生产率 Productivity bag h 1 700 装料长度 Length of material charging mm 300 330 装料密度 Density of material charging kg m 3 500 每袋装料质量 Mass of the material charging per bag kg 2 3 2 5 每袋接种量 Inoculation amount per bag g 120 140 接种深度 Inoculation depth mm 220 250 2 关键部件设计 2 1 装料绞龙轴设计 不同地区的平菇栽培工艺不同 对菌袋的装料要求 也不同 15 装料作为平菇发酵料菌棒生产第一道作业工 序 其装料长度和紧实度均影响平菇生产成本和后期的 出菇产量与质量 因此 装料装置在实现发酵料高效 均匀 定量装袋的同时 还需满足装料长度和紧实度可 调以适应当地栽培工艺要求 装料装置主要由4 kW的装 料电机 0 55 kW的抱筒减速机 直径150 mm与长度 500 mm的套筒 大径 140 mm 小径 40mm的搅龙轴 上下抱筒 装料拨叉及固定在上抱筒前端的长度定位栓 和固定在下抱筒前端的装料栓等组成 通过上料装置将发酵料提升送至料箱内 并通过料 箱内的绞龙将发酵料定量装入菌袋内 绞龙轴旋转速度 显著影响装料质量 16 19 过快易形成菌袋涨袋产生微孔 或破袋 空气中杂菌进入菌袋内造成污染 过慢易造成 菌袋紧实度不够 影响发酵料后续持水性 造成平菇产 量与质量下降 因此 需对绞龙轴结构参数与转速进行 设计 本机为绞龙水平输送 物料为含水率65 的粉状 颗粒度发酵料 直径为4 mm 绞龙轴输送器的物料输送 量为单位时间内绞龙叶片输出的物料 如图2所示 输 送量表示为 dd fAQ K A 1 式中Q为发酵料输送量 t h Kd为发酵料在套筒内的充 满系数 查表按木屑取值为1 为物料在套筒内的密度 根据黄千惠 20 对平菇高产栽培技术要求研究 平菇装料 密度应在450 500 kg m3 以平菇常规栽培方式 菌袋 农业工程学报 http www tcsae org 2022年 14 220 mm 450 mm 装料后料高为300 mm 质量2 42 kg 为主 21 计算得520 kg m3 f为发酵料实际运动速度 m s 如图3所示 A为绞龙轴输送器内发酵料流的截面 积 m2 忽略叶片厚度时 dA rdrd 注 d为绞龙轴径 mm D为绞龙外径 mm r为绞龙叶片任意一点所在 的圆周半径 mm d 为叶片时间内的圆心角 dr为叶片时间内的半径 差 mm Note d is the diameter of the auger shaft mm D is the outer diameter of the auger mm r is the radius of the circle at any point of the auger blade mm d is the central angle within the blade time dr is the diameter change within the blade time mm 图2 绞龙截面微分图 Fig 2 Differential schematic diagram of auger cross section 由于叶片在旋转中推动物料的摩擦作用 其输送速 度受摩擦角的影响 因此发酵料实际运动速度如下 60nS 2 cos 60 cosa nS 3 cos cos 60 cosa nS 4 2cos 60 cos 1 tan f nS f 5 式中v为物料理想速度 m s va为物料绝对运动 m s 为考虑摩擦后叶片推动物料的速度 m s n为转速 r min S为螺距 mm f 为物料与螺旋叶片间的摩擦系 数 查表取f 1 为螺旋叶片升角 为螺旋叶片 与物料的摩擦角 注 S为绞龙螺距 mm a为发酵料的绝对速度 m s 1 为物料理想速度 m s 1 rw为发酵料的圆周速度 m s 1 f为物料实际速度 m s 1 为考虑 摩擦后叶片推动物料速度 m s 1 为螺旋叶片升角 为螺旋叶片与 物料的摩擦角 d为绞龙轴径 mm D为绞龙外径 mm 为绞龙外 径与套筒内径的距离 设计值为3 mm t为套筒壁厚 设计值为2 mm Note S is the screw pitch of the auger mm v a is the absolute velocity of the material m s 1 v is the ideal speed of the material m s r w is the circumferential speed of the fermented material m s 1 f is the actual speed of the material m s is the velocity that the blade pushes the material after considering the friction m s 1 is the lift angle of the helical blade is the friction angle between the helical blade and the material d is the diameter of the auger shaft mm D is the outer diameter of the auger mm is the distance between the outer diameter of the screw auger and the inner diameter of the sleeve with a design value of 3 mm t is the wall thickness of the sleeve with a design value of 2 mm 图3 绞龙轴输送速度分析 Fig 4 Analysis of the conveying speed of the auger shaft 将式 5 代入式 1 中得 2 2 22 2 2 3 2 2 2 1 1 2 3 ln 240 2 2 tan tan D SS D d S d SnQ D dfS D d fS S S 6 由式 6 可知 在填充系数Kd固定的前提下 绞龙 轴输送量Q与料袋密度 绞龙转速n呈正相关性 参照螺旋输送器设计理论 22 24 结合套筒内绞龙轴 输送发酵料的实际工作条件 计算绞龙轴大径 螺距 转速等关键参数为 2 5min a d QD K K 7 0 7S D 8 min247 d Qn D S K 9 式中Ka发酵料综合特性系数 查表取Ka 0 08 Qmin为 最小物料输送量 设备按照每小时最低生产率700袋 每袋质量为2 42 kg 计算为1 7 t h 为水平输送系数 取值1 由式 7 计算得绞龙轴外径D 130 mm 为防 止绞龙外径与套筒间隙过大 造成输送量下降 取标准 直径140 mm 则螺距S 0 7D 98 mm 取整数为100 mm 由式 9 计算得绞龙输送器转速n 177 r min 如转速 过大 易造成涨袋或破袋 因此本研究取绞龙轴转速n 设 计在180 210 r min 2 2 窝口槽型凸轮设计 为使装料后的发酵料不被外界杂菌污染 需将料袋 上部未装料部分的菌袋旋转窝紧 并将旋窝后的菌袋推 送至中心孔内 防止松袋 菌袋窝口如图4所示 升降 电机转动带动槽型凸轮旋转推动窝口连杆下行 此时旋 转的4组窝口轮下行收缩 完成顶部料袋的旋转窝紧 同时 槽型凸轮中与辊轴连接的推杆连杆下行 带动窝 口推杆将窝口处的窝旋菌袋推至窝心处 以防菌袋松散 1 升降电机 2 凸轮滚子 3 槽型凸轮 4 窝轮连杆 5 窝口杆 6 窝口拨叉 7 窝口轮 8 窝口电机 9 窝口推杆 10 窝口导轨 11 推杆连杆 1 Lifting motor 2 Cam roller 3 Groove cam 4 Socket connecting 5 Socket rod 6 Socket fork 7 Socket wheel 8 Socket motor 9 Socket push rod 10 Socket Slider 11 Push rod connecting rod 图4 窝口结构示意图 Fig 4 Structure diagram of socket forming 凸轮轮廓曲线决定了从动件的运动规律 25 27 窝口 过程中 窝轮连杆与推杆连杆的先后运动顺序取决于槽 型凸轮结构 为使槽型凸轮传动平缓 减少窝口轮与窝 第1期 王明友等 平菇发酵料装料接种一体机关键装置的设计与试验 15 口推杆运动中的冲击作业 选择余弦曲线作为凸轮运动 曲线 同时 为保证料袋窝口动作的连续性 要求窝轮 连杆与推杆连杆在极限位置停留时间短 且推杆连杆延 时窝轮连杆 以保证料袋先窝口后推袋 窝口杆与窝口 推杆位移变化规律如图5所示 设计的槽型凸轮结构曲 线应能满足窝口杆与窝口推杆平稳上下移动 根据菌袋 先窝后推的作业要求 要求窝轮连杆在极限位置停留时 间为运动时间的1 2 以保证窝口紧实 得到槽型凸轮外 廓远休止角 近休止角均 3 根据升降电机输出轴直径 设定槽型凸轮基圆半径为50 mm 根据窝口轮与料袋上 部的距离 得到槽型凸轮外廓行程为200 mm 同时 窝 口推杆与槽型凸轮内廓的辊轴连接 根据窝口杆回程时 对窝口推杆的位置要求 窝口推杆应到料袋窝心处进行 推袋 且窝口杆与窝口推杆应同步到达远休止角 因此 得到槽型凸轮的内廓近休止角 远休止角 9 根据窝 口推杆将菌袋推送至中心孔200 mm内 得到槽型凸轮内 廓行程为350 mm 槽型凸轮设计参数如表2所示 注 h1为窝轮连杆行程 mm h2为推杆连杆行程 mm Note h 1 is the travel of the socket connecting rod mm h2 is the travel of the push rod connecting rod mm 图5 窝口杆 窝口推杆位移变化图 Fig 5 The displacement change diagram of the socket rod and socket push rod 表2 槽型凸轮设计参数 Table 2 Design parameters of grooved cam 参数Parameters 外廓值 Outline value 内廓值 Inner value 基圆半径 Base circle radius mm 50 50 偏心距 Eccentricity mm 0 0 行程 Journey mm 200 350 推程运动角 Push angle rad 2 3 4 9 远休止角 Far angle of repose rad 3 9 回程运动角 Return movement angle rad 2 3 4 9 近休止角 Near angle of repose rad 3 2 3 接种凸轮设计 接种是将接种箱内的颗粒菌种接入窝口后的料袋中 心孔内 28 29 并通过接种杆的接种次数与凸轮结构控制 料袋内的菌种接种量与接种深度 搅拌杆底端安装搅拌 轮 旋转搅拌将接种箱内的菌种拨入侧开口的菌种管内 接种管内装有接种杆 通过接种杆的上下移动将接种管 内的菌种推至料袋中心孔内 工作时 升降电机带动凸 轮旋转 带动接种装置沿接种导轨整体下行 接种管到 达最低位置时 接种管底端距料袋底部50 mm 接种 电机开启 在接种装置上升过程中 接种电机带动接种 连杆将接种箱内经搅拌轮拨入接种管内的颗粒菌种推送 至料袋中心孔内 并在凸轮归位时间内完成接种 接种 装置位移变化规律如图6所示 接种工作过程中 为减小摩擦阻力 提高连杆的传 动性能 采用对心直动滚子推杆盘型凸轮结构 以确保 下降连杆与凸轮的接触为滚动接触 同时 为保证菌袋 内菌种接种量 要求接种装置整体升降的速度 加速度 曲线变化无突变 在极限位置停留时间短 且接种装置 推程时间为回程时间的3 7 得到凸轮远休止角 近休止 角均为 6 推程运动角为 2 回程运动角为7 6 根 据菌种需接入菌袋最深度处 得到凸轮行程为300 mm 凸轮设计参数如表3所示 表3 凸轮设计参数 Table 3 Cam design parameters 参数Parameters 值 Value 基圆半径 Base circle radius mm 100 偏心距 Eccentricity mm 0 行程 Journey mm 300 推程运动角 Push angle rad 2 远休止角 Far angle of repose rad 6 回程运动角 Return movement angle rad 7 6 近休止角 Near angle of repose rad 6 图6 接种装置位移变化图 Fig 6 Displacement change diagram of inoculation device 基于反转法原理 27 29 使用Matlab进行数值迭代 通过接种装置的位移变化确定凸轮机构的轮廓结构为如 图7所示 注 A0为滚子最高点位置 Ai为滚子最低点位置 H0位滚子在最高点时与 凸轮的接触点 Hi为滚子在最低点时与凸轮的接触点 0为滚子最低点时对 应的凸轮转角 i为滚子最高点时对应的凸轮转角 为升降电机 角速度 rad s 1 为基圆 为凸轮轮廓 Note A 0 is the position of the lowest point of the roller Ai is the position of the highest point of the roller H 0 is the contact point of the roller with the cam when the roller is at the lowest point H i is the contact point of the roller with the cam when the roller is at the highest point 0 is the roller The corresponding cam angle at the lowest point i is the corresponding cam angle at the highest point of the roller is the angular velocity of the lifting motor rad s 1 is the base circle is the cam profile 图7 凸轮轮廓线反转法求解示意图 Fig 7 Schematic diagram of solution of cam profile by reversal method 农业工程学报 http www tcsae org 2022年 16 3 性能试验 3 1 试验条件 为验证平菇发酵料装料接种一体机的装料与接种性 能 试验分别于2020年8月和2021年4月在唐山市农 业科学院食用菌生产基地内进行 试验用栽培料为河北 唐山地区平菇常用配方培养料经堆制后形成的发酵料 发酵料含水率为65 菌种为过筛处理后的玉米芯颗粒 菌种 直径在20 30 mm之间 菌袋为220 mm 45 mm 的聚乙烯袋 其他辅助工具有转速仪 型号 Fluke 931 精度 0 02 电子秤 中国上海立晨仪器技术有限公 司产 型号 YP300001D 量程0 30 kg 精度0 1 g 游标卡尺和秒表等设备 3 2 试验方法及评价指标 按照GB T 5667 2008农业机械生产试验方法对平 菇发酵料装料接种一体机进行试验测试 以装料生产率 装料密度 装料量变异系数 接种量 接种量变异系数 为性能评价指标 同时 观察装料后菌袋的窝口松紧性 以防窝口不牢造成外界杂菌的污染 每次试验重复3次 结果取平均值 3 2 1 试验因素及设计 为得到平菇发酵料装料接种一体机最佳的装料生产 率与平菇生长最优的装料密度 需对平菇发酵料装料接 种一体机中的绞龙转速n 绞龙螺距s 绞龙直径D进行 合理组合 进而得到稳定的装料质量 通过装料绞龙量 计算分析可知 绞龙转速越快 越利于发酵料输送 进 而菌袋装料量越大 但易造成菌袋涨袋形成微孔 甚至 涨破 绞龙转速过慢 易造成装料量不够 且菌袋装料 密度不实 同时 在套筒直径和绞龙转速确定的前提下 螺距越大 输送量越大 袋内紧实度越好 因此 依据 绞龙结构设计参数 选取绞龙转速范围180 200 r min 选取绞龙直径120 140 mm 选取绞龙螺距80 100 mm 设装料绞龙转速n 绞龙直径D 绞龙螺距S 考核指标 为装料生产率Pp 装料密度 对其试验 试验因素水平 编码表如表4所示 表4 试验因素与水平编码表 Table 4 Coding table of experiment factors and levels 水平 Level 绞龙转速 Auger speed A r min 1 绞龙直径 Auger diameter B mm 绞龙螺距 Auger screw C mm 1 180 120 80 0 190 130 90 1 200 140 100 为了探究平菇发酵料装料接种一体机最佳的装料生 产效率与装料稳定性 以装料生产率Pp 装料密度 为 指标 采用响应面法优化装料绞龙的最佳工作参数 3 2 2 评价指标 1 装料生产率 对平菇发酵料装料接种一体机进行 装料生产率试验 生产率Pp为熟练菇农正常工作1 h生 产的菌袋数量 包括套袋 装料 窝口 接种等菌棒制 作的所有工序 mp QP t 10 式中Qm为菌袋装料数量 袋 2 装料密度 对完成装料但未接种的菌袋随机抽取 50袋进行称量取平均值 按菌袋装料长度与装料直径计 算菌袋体积 装料后菌袋呈圆柱形 底部直径为140 mm 装料高度为300 mm 则体积V为0 0046 m3 则密度为 GV 11 式中 为发酵料在菌袋内的密度 kg m3 G为装料后的 菌袋质量 kg V为装料后的菌袋体积 m3 3 装料量稳定性 在测定装料生产率的同时 测定 菌袋装料质量的变异系数 对完成装料后的菌袋随机抽 取50袋进行称量 共测定6组 取平均值 1 1 m 1 1 1 CV 100 N iN i ii N i i x xN N x N 12 式中CVm为装料量变异系数 N为试验次数 xi为装 料量 kg 4 接种量 对平菇发酵料装料接种一体机进行接种 量试验 在接种箱内放置定量颗粒菌种 待菌种完全用 完后 统计接种的菌袋数量 共测定6组 取平均值 w b SI Q 13 式中I为菌袋内的菌种接种量 g 袋 Sw为接种箱内的菌 种质量 g Qb为接种菌袋数量 袋 5 接种量稳定性 对完成接种的菌袋随机抽取50 袋进行破袋 并将玉米芯颗粒菌种从中心孔取出称量 测试菌袋接种量的变异系数 1 1I 1 1 1CV 100 N N j jj j N jj x xN x N 14 式中CVI为接种量稳定变异系数 N为试验次数 xj 为菌种接种量 g 3 3 试验与结果分析 3 3 1 装料生产率与密度优化 采用Design Expert8 0 6 1中心组合设计 设计三因 素三水平共17个试验点的响应面进行试验 试验结果如 表5所示 根据试验结果数据进行多元回归拟合分析 建立该机的装袋生产率Pp 装料密度 对绞龙转速A 绞龙直径B 绞龙螺距C的数学回归模型 回归模型公 式如下 2 2 4 2 6010 48 56 83 13 14 8 61 0 025 0 037A 0 01 0 13 0 028 2 5 10 pP A B C AB C BC A B C 15 第1期 王明友等 平菇发酵料装料接种一体机关键装置的设计与试验 17 2 2 2529 40 13 88 6 25 3 63 6 03 25 11 83 6 58 1 68A B C ABAC A B C 16 对上述方程进一步分析 并进行回归系数的显著性 检验 结果如表6所示 表5 试验设计及结果 Table 5 Design and result of response surface method 序号 No 绞龙转速 Auger speed r min 1 绞龙直径 Auger diameter mm 绞龙螺距 Auger screw mm 生产率 Productivity bag h 1 密度 Density kg m 3 1 180 140 90 706 510 2 180 120 90 692 486 3 190 120 100 720 520 4 200 140 90 715 524 5 190 130 90 723 534 6 180 130 100 707 513 7 190 130 90 721 529 8 190 130 90 724 530 9 190 120 80 716 516 10 200 130 100 714 536 11 190 130 90 719 524 12 190 140 80 720 529 13 200 130 80 718 532 14 190 140 100 720 533 15 200 120 90 711 524 16 180 130 80 696 496 17 190 130 90 722 530 表6 回归方程方差分析结果 Table 6 Regression equation analysis of variance results 指标 Index 来源 Source 平方和 Sum of square 自由度 Degree of freedom 均方 Mean squares F P 模型 1 335 33 9 00 148 37 25 61 0 000 2 A 796 38 1 796 38 137 48 0 000 1 B 63 67 1 63 67 10 99 0 012 8 C 35 35 1 35 35 6 10 0 042 8 AB 25 00 1 25 00 4 32 0 076 4 AC 56 25 1 56 25 9 71 0 016 9 BC 4 00 1 4 00 0 69 0 433 4 A2 714 32 1 714 32 123 31 0 000 1 B2 32 42 1 32 42 5 60 0 049 9 C2 2 632 10 3 1 2 632 10 3 4 543 10 4 0 983 6 残差 40 55 7 00 5 79 失拟项 25 75 3 00 8 58 2 32 0 216 9 误差 14 80 4 00 3 70 总和 1 375 88 16 00 R2 0 9326 Pp 变异系数 0 34 模型 2 983 29 9 00 328 14 29 09 0 000 1 A 1 540 13 1 1 540 13 136 55 0 000 1 B 312 50 1 312 50 27 71 0 001 2 C 105 13 1 105 13 9 32 0 018 5 AB 144 00 1 144 00 12 77 0 009 1 AC 42 25 1 42 25 3 75 0 094 2 BC 0 1 0 0 1 00 A2 588 76 1 588 76 52 20 0 000 2 B2 182 02 1 182 02 16 14 0 005 1 C2 11 81 1 11 81 1 05 0 340 2 残差 78 95 7 00 11 28 失拟项 27 75 3 00 9 25 0 72 0 588 9 误差 51 20 4 00 12 80 总和 3 032 24 16 00 R2 0 940 5 变异系数 0 64 注 P 0 01 极显著 P 0 05 显著 Note P 0 01 Extremely significant P 0 05 Significant 由表6中的结果可知 装料生产率Pp 装料密度 的响应面模型P值均小于0 005 表明2个回归方程模型 极显著 即可用模型代替试验真实点对试验结果进行分 析 2个模型中的失拟项值分别为0 216 9和0 588 9 均 大于0 05 表明模型的拟合度较高 可以很好地分析试 验数据 2个模型的决定系数R2分别为0 932 6和0 940 5 表明2个模型拟合度较高 响应面分析结果可信度高 2 个模型的变异系数值分别为0 34 0 64 表明模型的 精度好 本模型可预测与分析平菇发酵料装料接种机装 料生产率与装料质量的变化情况 通过上述的显著性分析可知 装料生产率Pp响应面 模型中的A A2对模型的影响均极为显著 装料密度 响应面模型中的A B A2对该模型的影响极为显著 B2 对该模型的影响为显著 去除上述模型中