電動菌包一體機的設計

黃振德

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

黑龍江省是黑木耳生產大省，食用菌種植戶采取的主要栽培方式為使用食用菌菌包種植木耳[1]。食用菌菌包為食用菌生長的載體，生產過程有開袋、套袋、裝袋、窩口、插棒、平口等多道工序。為解決生產食用菌包中存在的生產率低、費工費時、農民勞動強度大、產品成本高、產量和品質低下等問題，為實現制包過程的自動化生產，機械加工企業開發出了灌袋窩口插棒一體機，但現有設備在結構和輸送布局上存在不足，造成設備占地大、生產效率低等問題。窩口插棒通常采用氣缸與電動機配合實現，但成本較高，且采用氣缸存在不適合在低溫環境下生產的問題，另外，在裝袋后將菌包放置到翻轉機構時簡單粗暴，將壓實的菌袋摔散，不利于加工過程完全實現流水化生產作業[2]。因此，為實現食用菌培養，研制一種造價低、效率高、維修維護方便，適用于種植戶使用的電動菌包一體機，用于食用菌菌包的生產，已成為食用菌種植戶和生產廠家的共同需求。

1 總體結構和工作原理

1.1 總體結構

電動菌包一體機主要由裝袋機構(包括螺旋輸料器、料斗、滑動抱筒等)、菌包緩臺機構、推送翻轉機構、窩口機構、插棒平口機構等部分組成[3]，其結構如圖1所示。

1.機架；2.電機；3.螺旋輸料器；4.料斗；5.滑動抱筒；6.上滑道；7.菌包緩臺；8.凸輪；9.升降電機；10.主鏈輪；11.窩口機構；12.轉動電機；13.插棒平口機構；14.推送翻轉機構；15.載臺；16.菌袋圖1 電動菌包一體機結構簡圖

1.2 工作原理

袋料栽培食用菌為農民種植食用菌的主要栽培方式，食用菌菌包的生產過程，先將調配的培養基料灌裝到菌袋內，再將菌袋窩口，并插上菌棒。目前生產中多采用電動菌包灌袋機、食用菌窩口機兩種機器分部完成灌袋和窩口插棒。電動菌包一體機能一次連續完成灌袋窩口插棒工作。

電動菌包一體機工作時，啟動電機，將料斗里的基料通過電機帶動的螺旋輸料器灌裝到菌袋中壓實定型，滑動抱筒向后滑動將灌裝的菌包放置到菌包緩臺機構上。菌包由菌包緩臺滾入到翻轉抱筒中。翻轉抱筒向前傾斜倒出菌包浮料，向后傾斜放入推送機構，推送機構將菌包推向窩口機構，窩口機構由五爪機械手進行窩口，機械手插桿進行插孔。窩口后菌袋繼續向后移動，經插棒平口機構進行插棒、壓平后，菌包生產完成。

2 整機技術參數

外形尺寸(長×寬×高)：2 060 mm×550 mm×1 310 mm；

整機重量：325 kg；

功率：5.1 kW；

生產效率：1000～1200 袋·h-1；

包裝塑料規格(寬×高)：(158～162) mm×(350～390) mm。

3 關鍵機構設計

3.1 裝袋機構

裝袋機構是菌包一體機重要機構，其作用是將定量菌料裝入人工套好的菌袋內。主要部件由機架、電機、螺旋輸料器、料斗、滑動抱筒、上滑道等組成。料斗內有攪拌機構。人工套袋后由螺旋輸料器把菌料送入菌袋，當緊實度和菌包長度達到要求后，滑動抱筒在上滑道滑動帶動菌袋向后移動。螺旋輸料器采用螺旋攪龍壓實填充菌袋。

3.2 菌包緩臺機構

在滑動抱筒裝置和翻轉抱筒之間安裝有菌包緩臺機構(圖2)，緩臺機構主要由上滑道、滑動抱筒、菌包緩臺等組成，主要作用是菌包經過菌包緩臺機構緩沖平穩柔和地滾入翻轉抱筒，減少摔打碰撞，使菌包保持緊實度。

1.上滑道；2.滑動抱筒；3.菌袋；4.菌包緩臺；5.翻轉抱筒；6.連接桿；7.水平滑道圖2 緩臺機構

3.3 推送翻轉機構

推送翻轉機構包括抱筒、旋轉軸、推板、連接桿、水平滑塊、水平滑道、曲柄、連桿和從鏈輪組成(圖3)。推送翻轉機構將經過裝袋機裝好的菌包放入抱筒向前傾斜倒出浮料，向后傾斜放入推送機構，通過連接桿推動滑軌驅動翻轉抱筒動作。通過曲柄連桿實現翻轉抱筒機構的翻轉，把壓實菌袋表面的浮料傾倒干凈。推板固定在連接桿上，連接桿固定在水平滑塊上，水平滑塊固定在水平滑道上并可沿水平滑道往復運動，水平滑塊通過曲柄和連桿與從鏈輪連接，通過從鏈輪帶動曲柄、連桿推動水平滑塊在水平滑道上往復運動，從而帶動推板往復運動來推動菌包依次經過窩口機構。

1.從鏈輪；2.菌袋；3.載臺；4.推送機構；5.曲柄；6.連桿；7.水平滑道；8.水平滑塊；9.推板；10.連接桿；11.旋轉軸；12.抱筒圖3 推送翻轉機構

3.4 推送機構

推送機構將菌包從載臺上依次推向窩口機構，推送機構主要由推板、連接桿、水平滑塊、水平滑道、曲柄、連桿和從鏈輪組成(圖3)。推板固定在連接桿上，連接桿固定在水平滑塊上，水平滑塊固定在水平滑道上并且可沿水平滑道往復運動，水平滑塊通過曲柄和連桿與從鏈輪連接，通過從鏈輪帶動曲柄、連桿推動水平滑塊在水平滑道上往復運動，從而帶動推板往復運動來推動菌包依次經過窩口機構。

3.5 窩口機構

窩口機構是電動菌包一體機的關鍵部件，主要包括轉動電機、凸輪、連桿機構、窩口機械手機構等(圖4)。其作用是對倒掉浮料的菌袋窩口鉆孔。各部件的功能如下。

1.機械手；2.窩口機械手機構；3.上滑動爪；4.轉動電機；5.機械手插桿；6.下壓桿；7.豎直滑道；8.滑塊；9.連桿機構Ⅰ；10.滾輪Ⅰ；11.凸輪；12.滾輪Ⅱ；13.彈簧；14.連桿機構Ⅱ；15.撥叉圖4 窩口機構

1)連桿機構為兩組。一組連桿機構通過滾輪與凸輪周面配合，控制機械手插桿的升降。另一組連桿機構通過滾輪與凸輪端面的軌跡槽配合，控制撥叉升降，實現機械手的合攏，完成窩口動作。

2)窩口機械手機構。通過轉動電機驅動實現機械手插桿和窩口機械手旋轉，并通過凸輪帶動連桿實現機械手插桿的插孔和機械手手爪的收口動作，機械手插桿實現為菌包插孔，插孔是為了將菌袋口窩入孔中，使后面插棒更加容易，保護菌包不被漲裂。撥叉向下移動使機械手合攏完成菌袋窩口。機械手使用五爪的形式進行窩口，可以實現菌袋在窩口處出現均勻規則的窩口褶皺。

3.6 插棒平口機構

插棒平口機構主要由壓桿、平口桿、插棒桿組成(圖5)。平口桿上有豎桿、平口板、平口球，平口球能夠穩定地把插棒壓到指定位置。其主要作用是將從載臺推送的收好口的菌袋，進行插棒、壓平。插棒桿與平口桿、機械手插桿連動同步起落。平口機構通過平口板下方的平口球把插入菌袋內的菌棒壓入到合適位置。

1.壓桿；2.插棒桿；3.平口桿圖5 插棒平口機構

4 應用前景

電動菌包一體機把菌料裝袋機和窩口插棒機結合為裝袋插棒窩口一體機，既保留了傳統機型的優點，又進行了創新。圖6為電動菌包一體機作業現場情況，該機器具有以下優點：

圖6 電動菌包一體機作業現場

1)該機器實現了生產食用菌菌包的多個工裝步驟，一機就能實現兩機或多機才能完成的裝袋、窩口、插棒、平口多個工序。一次性自動完成操作方便快捷，提高了木耳菌袋生產效率，保證菌袋質量，減少操作人數，降低勞動強度及菌包生產成本。

2)增加緩沖平臺，當裝袋機把壓實裝好的菌袋放到翻轉機構之前，進行一個緩沖，使菌包能平穩柔和地放置到翻轉機構上，避免菌包遭到破壞。使菌包保持緊實度，為倒浮料及窩口插棒平口做好工作，提高了作業質量和工作效率。

3)采用三個電機提供動力，動力結構更加合理，動力傳動穩定高效。窩口插棒平口部分用機械結構代替氣缸與電動機配合的結構，克服了不適合在低溫環境生產的問題，用機械結構完成窩口平口插棒工序，作業平穩安全，可靠性高，適應性強。

4)窩口機械手采用五爪機械手，使用五爪機械手窩口，菌棒褶皺比用四爪及六爪機械手更簡潔，鉆孔插棒更順暢。

5)該電動菌包一體機與同類型裝袋機及窩口機相比，整機造價更低，維修調節方便安全，作業效率高，故障率低。

該機經過生產實驗各項指標均能達到生產要求，在市場受到食用菌種植戶的歡迎，能滿足種植戶的需要也能滿足菌包生產企業自動化的需求。還能為食用菌生產設備提供參考，為食用菌種植戶和食用菌產業規模的擴大提供幫助，取得可觀的經濟效益和社會效益。