袋栽食用菌枝條菌種自動接種機(jī)的設(shè)計

黃小毛　張云靜　宗望遠(yuǎn)　陳紅　潘海兵

摘要：為提高食用菌生產(chǎn)過程中接種環(huán)節(jié)的機(jī)械化自動化程度，針對袋式栽培技術(shù)錐形枝條菌種設(shè)計了一種自動化接種機(jī)械。該機(jī)械采用槽輪及復(fù)合雙滑塊等機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⑹孪葴?zhǔn)備好的錐形枝條菌種沿菌袋直徑方向打入菌袋中，具有自動完成上料、打穴接種和下料等功能，其結(jié)構(gòu)緊湊，接種效率高，無雜菌污染且可不間斷自動連續(xù)作業(yè)，亦可與上游錐形種木機(jī)、粉碎機(jī)、混料機(jī)、裝袋機(jī)及下游菌袋打孔機(jī)、注水機(jī)等機(jī)械一起組成食用菌生產(chǎn)線，適用于食用菌袋式栽培技術(shù)的規(guī)?；a(chǎn)。

關(guān)鍵詞：食用菌；枝條菌種；錐形種木；自動化；接種機(jī)

中圖分類號：S223.94文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0439-8114（2012）20-4627-04

食用菌是一種含有豐富營養(yǎng)價值而口味鮮美的食品，廣受人們喜歡。但是目前中國國內(nèi)食用菌行業(yè)的機(jī)械化程度普遍偏低，導(dǎo)致市場價格長期居高不下。提高食用菌行業(yè)的機(jī)械化程度，對于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和價格，提高人均消耗量，繼而提高國民體質(zhì)有著重要意義。

袋式栽培技術(shù)是食用菌栽培技術(shù)中的一種，主要包括原料準(zhǔn)備、培養(yǎng)料配制、裝料、滅菌、接種、養(yǎng)菌、菇廠設(shè)置、脫袋轉(zhuǎn)色、出菇管理9個環(huán)節(jié)。接種是該過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對食用菌產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大。根據(jù)菌種形態(tài)的不同，常用栽培種可分為固體粉末菌種、固體枝條菌種和液體菌種三類[1]。從機(jī)械化方面考慮，固體粉末菌種不易實現(xiàn)機(jī)械化接種，而固體枝條菌種和液體菌種容易實現(xiàn)機(jī)械化接種[2]。研究針對枝條菌種設(shè)計了一種自動化接種機(jī)械。

1設(shè)計要求與總體方案設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)菌袋規(guī)格為500 mm×150 mm（長度×直徑），錐形枝條菌種規(guī)格為60 mm×10 mm（長度×直徑），其一端錐角為60°。要求在每個菌袋中同時插入等距的3根接種棒，生產(chǎn)率不低于6袋/min。

為使機(jī)器實現(xiàn)自動送料、轉(zhuǎn)位、接種、出料等功能，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，總體方案上擬讓菌袋處于臥位，自料斗中逐一間歇式的由自重掉入轉(zhuǎn)動式多工位槽型圓柱送料機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)）中，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)亦作間歇式旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)菌袋從上料工位到接種工位的轉(zhuǎn)換，使菌袋準(zhǔn)確到達(dá)接種工位，完成接種操作后轉(zhuǎn)換至下料工位；接種機(jī)構(gòu)使每個菌袋等距插入3根接種棒，接種過程平穩(wěn)，沖擊??；出料機(jī)構(gòu)收集已完成接種操作的菌袋。基本機(jī)構(gòu)包括菌袋料斗、送料機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、接種棒料斗、接種機(jī)構(gòu)、配合機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、減速器和離合器等，這些基本機(jī)構(gòu)通過機(jī)架相連，傳動系統(tǒng)包括蝸桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪機(jī)構(gòu)和離合器（圖1），整機(jī)效果如圖2所示[3]。

2機(jī)器工作原理

工作時，電動機(jī)輸出的動力經(jīng)過離合器、傳動軸和減速器傳動到槽輪機(jī)構(gòu)，撥盤運動一方面經(jīng)過傳動軸帶動曲柄進(jìn)而帶動復(fù)合滑塊作上下往復(fù)運動，一方面驅(qū)動槽輪進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)作90°/次的間歇式旋轉(zhuǎn)運動。復(fù)合滑塊的上下往復(fù)運動帶動鉸接的送料連桿和接種連桿分別驅(qū)動送料滑塊和接種滑塊作往復(fù)水平運動，前者將由菌袋料斗掉下的菌袋送入轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的左位溝槽中，菌袋進(jìn)入溝槽中隨轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)2次經(jīng)過上位到達(dá)右位，后者驅(qū)動固聯(lián)的接種栓將種木料斗中的錐形種木打入溝槽中的菌袋中。接種完成后轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)再次旋轉(zhuǎn)90°，此過程中菌袋在重力作用下順利落下進(jìn)入機(jī)架下方的籮筐中或是運輸帶上。

3機(jī)器關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計與計算

運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是該機(jī)器的核心，主要由槽輪機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、接種機(jī)構(gòu)和配合機(jī)構(gòu)等幾個關(guān)鍵機(jī)構(gòu)組成（圖3）。

3.2送料機(jī)構(gòu)的尺寸計算

送料功能是運用雙滑塊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，雙滑塊機(jī)構(gòu)是具有兩個移動副的四桿機(jī)構(gòu)，可以認(rèn)為是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的連架桿長度趨于無窮大演化而成的，如圖5所示。已知滑塊3與豎直機(jī)架的距離b=555 mm，滑塊3的行程s=170 mm，設(shè)滑塊1與水平機(jī)架的距離為c，滑塊1的行程為d，連桿2桿長為a，由幾何關(guān)系可得：

b2+c2=a2，（b-s）2+（c+d）2=a2

化簡得：d2+2cd=159 800 mm2

3.5配合機(jī)構(gòu)的設(shè)計

配合機(jī)構(gòu)主要用于協(xié)調(diào)槽輪機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)和接種機(jī)構(gòu)的運動，具體作用如下：①使滑塊8的行程d=80 mm；②協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)位圓柱、送料滑塊和接種滑塊的運動，即當(dāng)轉(zhuǎn)位圓柱靜止時，送料滑塊和接種滑塊完成送料和接種操作；當(dāng)轉(zhuǎn)位圓柱轉(zhuǎn)動時，送料滑塊和接種滑塊遠(yuǎn)離菌袋料斗和接種棒料斗。

配合機(jī)構(gòu)主要由對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，滑塊中心移動軌跡通過曲柄中心時沒有急回特性，滑塊行程是曲柄長度的兩倍。由此可得，曲柄長為40 mm，設(shè)其連桿長為100 mm。圖8為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)示意圖。

撥盤、曲柄與配合機(jī)構(gòu)中的運動軸均為鍵連接，當(dāng)通過圓柱銷中心的撥盤對稱面與曲柄對稱面呈45°夾角時，轉(zhuǎn)位圓柱、送料滑塊和接種滑塊的運動配合符合要求。

4結(jié)論

該機(jī)械采用槽輪及雙滑塊等機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⑹孪葴?zhǔn)備好的錐形枝條菌種沿菌袋直徑方向打入菌袋中，具有自動完成上料、打穴接種和下料等功能，其結(jié)構(gòu)緊湊，接種效率高，無雜菌污染且可不間斷自動連續(xù)作業(yè)，亦可與上游錐形種木機(jī)[4]、粉碎機(jī)、混料機(jī)、裝袋機(jī)[5]及下游菌袋打孔機(jī)、注水機(jī)等機(jī)械一起組成食用菌生產(chǎn)線，適用于食用菌袋式栽培技術(shù)的規(guī)模化生產(chǎn)。該機(jī)械已通過Pro/E軟件完成三維設(shè)計及機(jī)構(gòu)運動仿真，能夠順利實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。該機(jī)械目前已經(jīng)申請中國實用新型專利，設(shè)計思路及核心結(jié)構(gòu)受法律保護(hù)，同時關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)實際生產(chǎn)不同類型食用菌菌袋的尺寸、錐形種木的尺寸和每袋接種個數(shù)等要求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉映淼，王蘭青，高玉千，等.香菇液體菌種固化技術(shù)研究[J].中國食用菌，2009，28（1）：16-17，22.

[2] 徐壽海.袋裝液體菌種接種機(jī)[P].中國專利：2010101997669，2010-10-20.

[3] 黃小毛，張云靜，陳紅.袋栽食用菌枝條菌種自動化接種機(jī)械[P].中國專利：2011201569007，2011-12-28.

[4] 黃小毛，萬鵬，潘海兵，等.基于氣動PLC控制的食用菌錐形種木機(jī)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011，33（10）：175-178.

[5] 李國一，李革，蘇和生，等.食用菌培養(yǎng)料自動定量裝袋機(jī)的設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010，32（1）：110-112.