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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:康志忠
研究生(外文):Chihchung Kang
論文名稱:植物組織培養瓶噴射式自動洗瓶機之研發
論文名稱(外文):Development of Automatic Spraying Rinser for Plant Tissue Culture Vessel
指導教授:陳 加忠
指導教授(外文):Chiachung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:農業機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:164
中文關鍵詞:組織培養組織培養瓶自動洗瓶機洗淨率
外文關鍵詞:tissue culturetissue culture vesselsautomatic spraying rinserclean rate
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摘 要
隨著培養技術與培養基配方的改進,組織培養在植物種苗商業生產上的地位越來越重要。但是由於其機械化與自動化設備的發展尚未齊備,以致於組織培養的人工作業成本,仍佔全部生產成本的40%~60%。依據調查;組培容器的清洗佔所有組培作業的成本比例高達5.4%。因此本研究針對業界使用之長盒型塑膠組織培養瓶,開發一套高效率、處理作業量大、且清洗快速的組培瓶自動清洗機,藉以改善組培瓶清洗的工作環境,並降低量產之人工成本。
本研究設計之機構,以整籃22個組培瓶為一個作業單位,自動於輸送帶上行進定位,並且進行翻轉動作使瓶口朝下,再利用可上下升降之高壓噴頭伸入瓶內,將清洗液噴入瓶內擊碎汙物,再由重力和水流作用將汙物帶出瓶外。且依控制器設定值決定重複翻轉清洗的步驟,以達到充分洗淨之目的。隨後再翻轉回輸送帶上送出,完成組培瓶的自動清洗作業。
測試結果顯示此自動洗瓶機設定之最佳洗淨條件為:單一噴頭水壓為88.26kPa,單一循環沖洗時間為7秒,清洗次數為2次。對所測試之星辰花、彩色海芋、木瓜苗、文心蘭等定植後之待洗瓶的洗淨率為100%。蝴蝶蘭待洗瓶的洗淨率測定結果:台糖健康種苗中心為27.9%,新高生物科技公司為58.8%,新發生物科技公司為88.7%。影響蝴蝶蘭瓶清洗效果的因素,初步判定為換瓶移植過晚、根系發展過於旺盛與根冠分泌的黏液素所導致,若蝴蝶蘭瓶於清洗前浸泡清水6小時以上,將可提高洗淨效果。
實際測試之自動洗瓶機洗瓶作業能力每瓶約為2.5秒,清洗能量約為人工洗瓶的3倍,每一瓶之清洗成本約為0.203元。本研究之自動洗瓶機只適用於長盒型塑膠組培瓶,但僅需對翻轉架及輸送裝置稍加修改,即可適用於其他種類組培容器之清洗作業。
關鍵詞:組織培養,組織培養瓶,自動洗瓶機,洗淨率。
Abstract
Owing to the improvement of the tissue culture technology and composition of the medium. The tissue culture technology becomes more important for the commercial production of plant nursery. Nowadays mechanization and automation of the tissue culture equipment are incomplete, so that labor cost still accounts for 40%~60% of all costs. According to the investigation, the washing cost of the vessels is nearly to reach 5.4%. Most of tissue culture company now adopted the box-type vessel in Taiwan. It is necessary to develop an automatic spraying rinser for this vessel. This equipment must proceed following advantages: high efficiency, high operation capacity, and easy to clean fast. It can improve the environment of vessel washing area and reduce the labor cost for the mass production in tissue culture industry.
This study aims to design equipment that 22 vessels are placed in a plastic basket as an operation unit. It was transferred on the conveyer, moved into a fixed structure, and then was turned over to keep the vessel’s entranced downward. The high-pressure nozzles could be used as a piston to enter or exit vessels, and then spraying water to destroy the dirt adhered in the vessels. The dirt can be discharged by the gravity and water flow force. In order to ensure the fully cleanness, the washing processes can be replay several times depended on the setting of the controller. After finishing washing, the basket was turned back on the conveyer and was moved out of the washing area. The automatic washing procedure then be finished.
The result of the experiment indicated the best setting washing conditions of the automatic spraying rinser were: the water pressure of a single nozzle was 88.26 kPa, the rinse time of a single recycle was 7 seconds and the two rinse times. The clean rate was 100% for the vessels of the Oncidium, Limonium, Calla and Papaya. The clean rate of the Phalanopsis vessels was different for several sources. Taiwan Sugar Co. was 27.9%. Grand Biotechnology Co. was 58.8% and Discovery Biotechnology Co. was 88.7%. There are several factors affecting the clean rate of the Phalanopsis vessels: the transplant was too late, the root growing abundantly and the mucigel by root cap. If the Phalanopsis vessels have soak above 6 hours before washing, the clean rate can be improved.
According to long-term experiment, the performance of this automatic spraying rinser was 2.5 seconds per vessel. Its capacity was 3 times than the traditional manual operation. The washing cost was NT 0.203 dollars per vessel. The automatic spraying rinser developed in this research is only suited to the box-type vessel. It is also suited to other’s vessels as slightly modified of overturn shelf and conveying device.
Key words: tissue culture, tissue culture vessels, automatic spraying rinser, clean rate.
目錄
謝誌 ------------------------------------------------------I
中文摘要 -------------------------------------------------II
英文摘要 ------------------------------------------------III
目錄 ------------------------------------------------------V
圖目錄 -------------------------------------------------VIII
表目錄 ---------------------------------------------------XI
第一章 緒論 -----------------------------------------------1
1-1 前言 -------------------------------------------------1
1-2 研究目的 ---------------------------------------------7
第二章 文獻探討 -------------------------------------------8
2-1 植物的組織培養 --------------------------------------8
2-1.1 植物的組織培養 ----------------------------------8
2-1.2 培養基 -----------------------------------------10
2-1.3 培養瓶 -----------------------------------------12
2-2 清洗理論 -------------------------------------------16
2-2.1 污物 -------------------------------------------16
2-2.2 清洗力 -----------------------------------------17
2-2.3 清洗力之影響因素 -------------------------------17
2-2.4 清洗方式 ---------------------------------------19
2-2.5 清洗乾淨度認定標準 ------------------------------21
2-3 洗瓶機 ---------------------------------------------22
2-3.1 簡易式洗瓶機 -----------------------------------22
2-3.2 自動化洗瓶機 -----------------------------------24
第三章自動洗瓶機之設計與製造 --------------------------31
3-1 設計目的之確立 -------------------------------------32
3-2 系統特性之規範 -------------------------------------32
3-2.1 清洗對象 ---------------------------------------32
3-2.2 場地空間 ---------------------------------------35
3-2.3 清洗方式 ---------------------------------------36
3-2.4 清洗液之選擇 -----------------------------------36
3-2.5 機構使用之材質 ---------------------------------36
3-3 初始規劃與設計 -------------------------------------37
3-3.1 清洗流程之規劃 ---------------------------------37
3-4 細部設計 -------------------------------------------40
3-4.1 噴頭 -------------------------------------------40
3-4.2 高壓泵浦 ---------------------------------------40
3-4.3 翻轉架與翻轉馬達 -------------------------------42
3-4.4 噴頭升降機構 ------------------------------------43
3-4.5 殘渣固液分離與回收機構 --------------------------44
3-4.6 廢水回收與濾清機構 -----------------------------46
3-4.7 輸送機構 ---------------------------------------47
3-4.8 控制機構 ---------------------------------------48
3-5 自動洗瓶機之製造 -----------------------------------50
第四章自動洗瓶機清洗性能測定 --------------------------51
4-1 長盒型塑膠瓶底部材質最大抗拉強度測定 ---------------51
4-1.1 實驗目的 ---------------------------------------51
4-1.2 實驗設備 ---------------------------------------51
4-1.3 實驗步驟 ---------------------------------------51
4-2 洗淨率試驗 -----------------------------------------53
4-2.1 植物組織培養瓶洗淨率標準之建立 -----------------54
4-2.2 沖洗水壓值測定 ---------------------------------56
4-2.3 沖洗時間值測定 ---------------------------------59
4-2.4 沖洗次數值測定 ---------------------------------60
4-2.5 泡水時間值測定 ---------------------------------61
4-2.6 噴頭管線間水壓值差異測試 -----------------------63
4-2.7 連續清洗測試 -----------------------------------64
第五章結果與討論 --------------------------------------65
5-1 材料強度與水壓 ------------------------------------65
5-1.1 塑膠瓶底部材質最大抗拉強度測定結果 ------------65
5-1.2 水壓強度值測定結果 ----------------------------67
5-2 自動洗瓶機控制變數之最佳值 ------------------------69
5-2.1 沖洗時間值之測定結果 --------------------------69
5-2.2 沖洗次數值之測定結果 --------------------------71
5-2.3 噴頭管線間水壓值差異之測試結果 ----------------73
5-2.4 泡水時間值之測定結果 --------------------------75
5-3 影響蝴蝶蘭瓶洗淨率的可能因素 ----------------------77
5-4 連續清洗測試結果 ----------------------------------81
5-4.1 量化測試標準與感官測試標準 --------------------81
5-4.2 連續清洗測試結果 ------------------------------82
5-5 成本分析 ------------------------------------------90
5-5.1 清洗能量之比較 --------------------------------90
5-5.2 自動洗瓶機清洗作業之成本計算 ------------------92
第六章結論與建議---------------------------------------95
6-1 結論 ----------------------------------------------95
6-2 建議 ----------------------------------------------97
第七章參考文獻 ----------------------------------------99
附錄一 植物組織培養瓶噴射式自動清洗機使用說明
與維護手冊 --------------------------------------102
附錄二 自動洗瓶機性能測試數據 --------------------------129
附錄三 台糖公司健康種苗中心人工洗瓶秒數調查 ------------162
附錄四 培養瓶底材質抗拉強度測試數據 --------------------163
圖目錄
圖1-1 1980-1988年間荷蘭微體繁殖之種苗年產量 ------------3
圖2-1 一般植物組織培養的操作過程 ------------------------9
圖2-2 台灣四大種苗公司組織培養各階段所使用之容器 -------13
圖2-3 不規則長盒型塑膠組培瓶外形尺寸圖 -----------------15
圖2-4 污物附著型態圖 -----------------------------------16
圖2-5 各式噴頭之噴射形態圖 -----------------------------20
圖2-6 簡易式洗瓶機示意圖 -------------------------------22
圖2-7 簡易式洗瓶機作業情形 -----------------------------23
圖2-8 噴水式簡易洗瓶機作業情形 -------------------------23
圖2-9 黃氏自動洗瓶機機構示意圖 -------------------------24
圖2-10 峪豐食品機械公司之一貫化作業洗瓶機作業情形 ------25
圖2-11 一貫化洗瓶機自動洗瓶部份之機構示意圖 ------------26
圖2-12 元成機械公司之半自動洗瓶機 ----------------------28
圖2-13 元成機械公司之自動洗瓶機 ------------------------28
圖2-14 機生企業公司之迴轉式空瓶噴洗機 ------------------29
圖2-15 傑弘鐵工廠之全自動回收瓶洗瓶機 ------------------30
圖2-16 全自動回收瓶洗瓶機內部構造圖 --------------------30
圖3-1 系統之設計程序圖 ---------------------------------31
圖3-2 組培瓶擺設位置關係圖 -----------------------------34
圖3-3 洗瓶機設置地點之功能區域規劃圖 -------------------35
圖3-4 自動洗瓶機設計構想圖 -----------------------------37
圖3-5 洗瓶機殘渣固液體分離與回收機構圖 -----------------39
圖3-6 廢水濾清回收裝置圖 -------------------------------39
圖3-7 Delavan BNF-25型高壓錐形噴頭 ---------------------41
圖3-8 噴頭管路系統 -------------------------------------41
圖3-9 噴頭升降清洗之方式 --------------------------------43
圖3-10 洗瓶機翻轉馬達與翻轉架 ---------------------------45
圖3-11 殘渣固液體分離與回收機構 -------------------------45
圖3-12a 循環回收水過濾系統 -----------------------------46
圖3-12b 循環回收水過濾材質 -----------------------------47
圖3-13a 控制箱控制按鈕配置圖 ---------------------------48
圖3-13b 控制系統元件配置圖 -----------------------------49
圖3-14 不規則長盒型塑膠組培瓶自動洗瓶機 ----------------50
圖4-1 油壓式萬能材料試驗機 -----------------------------52
圖4-2 自動洗瓶機高壓管線與壓力表設置圖 -----------------58
圖5-1 平板材料應力分析 ---------------------------------66
圖5-2a 洗瓶機水壓強度之量化測試 ------------------------68
圖5-2b 洗瓶機水壓強度之感官測試 ------------------------68
圖5-3a 洗瓶機清洗時間之量化測試 ------------------------70
圖5-3b 洗瓶機清洗時間之感官測試 ------------------------70
圖5-4a 洗瓶機清洗次數之量化測試 ------------------------72
圖5-4b 洗瓶機清洗次數之感官測試 ------------------------72
圖5-5a 洗瓶機噴頭清洗位置關係之量化測試 ----------------74
圖5-5b 洗瓶機噴頭清洗位置關係之感官測試 ----------------74
圖5-6a 蝴蝶蘭與文心蘭瓶泡水時間之量化測試 --------------76
圖5-6b 蝴蝶蘭與文心蘭瓶泡水時間之感官測試 --------------76
圖5-7 清洗後蝴蝶蘭瓶內部殘留根系附著之情況 -------------79
圖5-8a 台糖公司蝴蝶蘭待洗瓶 ----------------------------79
圖5-8b 新高生物科技公司蝴蝶蘭待洗瓶 --------------------80
圖5-8c 新發生物科技公司蝴蝶蘭待洗瓶 --------------------80
圖5-9a 台糖公司6月9日之組培瓶清洗率 ------------------84
圖5-9b 新高公司6月15日之組培瓶清洗率 -----------------84
圖5-10a 台糖公司文心蘭瓶清洗前後之比較 -----------------85
圖5-10b 台糖公司彩色海芋瓶清洗前後之比較 ---------------85
圖5-10c 台糖公司蝴蝶蘭瓶清洗前後之比較 -----------------86
圖5-10d 新高公司星辰花瓶清洗前後之比較 -----------------86
圖5-10e 新高公司木瓜苗瓶清洗前後之比較 -----------------87
圖5-10f 新高公司蝴蝶蘭瓶清洗前後之比較 -----------------87
圖5-11 組培瓶清洗效果之比較 ----------------------------88
圖5-12 各組培公司蝴蝶蘭瓶之洗瓶機洗淨率 ----------------89
圖6-1 一貫化自動洗瓶機乾燥設備之構想圖 -----------------98
圖6-2 一貫化自動洗瓶機乾燥機區域規劃構想圖 -------------98
表目錄
表1-1 1988年亞洲各國商業性生產微體繁殖種苗
之實驗室數量與種苗產量 ----------------------------4
表1-2 北美地區組培公司在組培作業中各項目之成本
比例調查 ------------------------------------------5
表1-3 北美地區組培公司在組培作業中直接人工成本
各項目之比例調查 ----------------------------------6
表5-1 塑膠組培瓶拉伸試驗結果 ----------------------------65
表5-2 自動洗瓶機理論清洗時間統計 ------------------------91
表5-3 自動洗瓶機與人工洗瓶之清洗成本比較 -----------------93
表5-4 台糖公司組織培養瓶待洗瓶數統計 --------------------94
第七章 參考文獻
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6 馬溯軒、許圳塗。1992。植物組織培養發展概況。出自「園藝作物組織培養實用技術」。李赫主編,p11-14。台北:財團法人豐年社。
7 陳加忠。1997a。組織培養苗生產作業。出自「花卉設施實用手冊」。陳加忠主編,p105-112。台北:中華盆花發展協會。
8 陳加忠。1997b。成本分析。出自「花卉生產自動化技術推廣手冊」。陳加忠主編,p214-219。台中:花卉生產自動化技術服務團。
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17 顏志勳。1999。培養基自動分裝機構之研發。碩士論文,p1-2。台中:國立中興大學農業機械工程學研究所。
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21 Bockelman, I. V. et al. 1979. CIP. α-Laval troining Course, Singapore.
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23 Gavinlertvatana, P. and P. Prutpongse. 1991. Commercial micropropagation in Asia. In "Micropropagation technology and application", eds. P. C. Debergh and R. H. Zimmerman, p181-189. Netherlands: Kluwer Academic Publishers.
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25 Pierik, R.L.M. 1987. In vitro culture of higher plant. p3-6. Netherlands: Kluwer Academic Publishers.
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10. 杜素豪,1997,〈農家婦女勞動力的新詮釋--理論的回顧與概念的澄清〉,《婦女與兩性學刊》,8期,頁265-286。
11. 卓春英,1995,〈試由立法的基本原則論台灣婦女的法律地位〉,《研考報導》,31期,頁34-41。
12. 周月清,1994,〈台灣受虐婦女社會支持探討之研究〉,《婦女與兩性學刊》,5期,頁69-108。
13. 季瑋珠等,1992,〈家庭疾病照顧與婦女角色之研究〉,《中華民國公共衛生學會雜誌》,11卷1期,頁1-12。
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