黑木耳短棒擺場機研制與試驗

摘要：針對黑木耳短棒擺場作業勞動強度大、擺場間距參差不齊、機械化自動化程度低等問題，結合地栽菌棒擺場的農藝要求，設計一種自動擺場機。通過對菌棒箱、推料機構、升降平臺和扶正機構等關鍵部件的設計與優化，實現菌棒擺場過程的自動化、機械化。為驗證擺場機的作業性能，以扶正機構的軟管孔徑、軟管下壓離地高度及軟管上升速度為試驗因素，以菌棒的立正率為試驗指標，設計并開展三因素三水平正交試驗。結果表明，該擺場機能達到較高的菌棒立正率，且菌棒間距均勻，菌棒橫向間距保持在260 mm左右，縱向距離保持在200～400 mm。當軟管孔徑為150 mm、軟管下壓離地高度為100 mm、軟管上升速度為40 mm/s時，擺場機的菌棒立正率達97%以上，且在此條件下擺場效率達900棒/h。研制的菌棒自動擺場機實現菌棒擺場作業的自動化及機械化，減輕對人工的依賴，且擺放的菌棒間距比人工擺放更均勻、更標準。

關鍵詞：黑木耳；菌棒；擺場機；推料機構；扶正機構

中圖分類號：S223" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2025） 04?0186?09

Design and experiment on short stick field swing machine for black fungus

Zheng Xiongwen Yang Zhenhua Lin Jiqing Qian Chen Zhu Xianfa Du Xiaoqiang

（1. School of Mechanical Engineering， Zhejiang Sci?Tech University， Hangzhou， 310018， China;

2. Longquan Guyuan Automation Equipment Co.， Ltd.， Longquan， 323700， China; 3. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Agricultural Intelligent Sensing and Robotics， Hangzhou， 310018， China）

Abstract： Aiming at the problems of high labor intensity， uneven spacing and low degree of mechanization and automation in the field swing operation of short black fungus sticks， an automatic field swing machine was designed and tested by combining with the agronomic requirements of field swing of ground?planted sticks. Through the design and optimization of key components such as short stick container， pushing mechanism， lifting mechanism and stabilizing mechanism， the automation and mechanization of field swing process of short black fungus sticks was realized. In order to verify the operational performance of the field swing machine， a three?factor， three?level orthogonal test was designed and carried out with the aperture diameter of the hose of the centralizer， the minimum distance of the telescoping hose from the ground and the telescoping speed of the hose as the test factors， and the upright rate of the short black fungus sticks as the test indexes. The results of the field test show that the field swing machine can achieve high upright rate and uniform spacing of short black fungus sticks， the spacing between the stick rows is maintained at about 260 mm， and the spacing in the stick rows is maintained at 200-400 mm. When the diameter of the hose is 150 mm， the minimum distance from the ground is 100 mm， and the hose telescoping speed is 40 mm/s， the upright rate of sticks realized by the field swing machine is more than 97%， and the efficiency is 900 sticks/hour. The proposed automatic stick swing machine can realize the automation and mechanization of the field swing operation， reduce the dependence on manual labor， and the spacing of the mushroom sticks is more uniform and standard than the manual labor.

Keywords： black fungus; fungal stick; swing machine; pushing mechanism; aligning mechanism

0 引言

隨著中國農業現代化的不斷推進，機械化在提高農業生產效率和降低勞動強度方面發揮著越來越重要的作用[1]。黑木耳作為世界上最重要的四大人工栽培食用菌之一，富含多種人體所需氨基酸[2]，在中國擁有廣泛的種植面積和巨大的市場需求，并逐漸成為一些地區在產業調整轉型中的中堅力量[3]。在傳統黑木耳種植環節中，已有不少針對黑木耳全過程機械化的研究，大部分環節如制料攪拌、裝袋、滅菌、接種、打口、采收及烘干等工序可以實現機械化生產[4， 5]，但都忽略了一個勞動力高度密集的環節——把完成刺孔的菌棒擺放到露地耳床的過程，即菌棒的擺場或排場[6]。目前菌棒的擺場大多是人工搬到地里，再擺到地面，存在勞動強度大、人工成本高和菌棒擺放間距不均勻等問題[7]。

目前，針對菌棒擺場作業的相關研究較少。人工擺場的操作者平均每小時只能處理菌棒約200棒，而且由于重復性勞動，操作者常出現疲勞現象，不僅影響作業效率，也影響擺場菌棒間距的整齊性。此外，這種傳統方法的勞動強度和低效率很難吸引年輕勞動力，從而對黑木耳產業的可持續發展構成挑戰。因此，為提高黑木耳菌棒擺場的自動化程度及作業效率，降低勞動強度，需要進行短棒菌棒自動擺場裝置的研究。

綜上，本文設計開發一種黑木耳短棒自動擺場機，適用于黑木耳短棒（以下簡稱菌棒）的地栽擺場，旨在通過機械化技術提高擺場效率，并減少人工依賴。

1 菌棒擺場農藝要求

目前的菌棒均為全自動木耳菌包裝袋機自動生產，菌棒重量及長度穩定性高[8]，故對菌棒的物理特性進行測定，以開展擺場機的設計。以“黑山15號”短菌棒為研究對象，菌棒呈圓柱形，種植時需將菌棒直立在覆蓋薄膜的土地上，每個菌棒間需要有足夠的間距，以獲得充足的光照和水分。菌棒擺場相關參數如表1所示。

菌棒的人工擺場效果如圖1所示，針對其菌棒擺放雜亂、間距參差不齊的問題，開展菌棒擺場機的結構設計。

2 整機結構與工作原理

2.1 整機結構

黑木耳短棒擺場機主要由菌棒箱、升降平臺、推料機構、輸送機構、扶正機構（可替換為扎孔機構）和動力底盤組成，如圖2所示。

2.2 工作原理

擺場機工作前，需將菌棒底部朝前裝入菌棒箱中，菌棒箱下降到最低位置，此時懸掛在菌棒箱外面的推桿機構與菌棒箱最上層對齊，外導軌與菌棒箱內導軌相互對齊，推桿機構沿著導軌行進，進入菌棒箱內推動整層的菌棒前進，菌棒箱前面的一排菌棒被推出菌棒箱，在重力的作用下沿著過渡斜坡I滑入輸送機構；輸送機構為帶有格子的傳送帶，能把菌棒分開一排排地往下運輸；菌棒到達傳送帶底端，在重力作用下，沿過渡斜坡Ⅱ滑進換向器，完成由傾斜姿態到豎直姿態的轉換，進入扶正機構；扶正機構在菌棒到達之前完成下降動作，在菌棒滑落作自由落體運動的過程中護住菌棒，使得菌棒始終保持豎直狀態；在菌棒接觸地面落穩之后，扶正機構執行抬起動作回歸初始位置，動力底盤驅動擺場機整體往前移動一個工位的距離。至此，一排菌棒的擺場流程完成；在推料機構推完一層菌棒（5排）后，推桿電機執行回歸命令，往回運動退出菌棒箱，返回外掛在機架上的懸停平臺，等待升降平臺托著菌棒箱往上抬升一層，重復上述一層的擺場過程。直至完成整個菌棒箱中菌棒（8層）的推送作業，升降平臺下降，回歸到最低位置，即初始位置，完成整個擺場過程。

3 關鍵部件設計

3.1 菌棒箱

考慮到黑木耳菌棒無法承受堆疊壓力的特性，以及為確保擺場作業中菌棒的間距，菌棒箱的設計尤為關鍵。此外，菌棒箱的設計需考慮到換層和推料過程中的力學和動態平衡，確保擺場過程的連續性和效率。

菌棒箱的設計參數需要根據菌棒的尺寸和預定擺場間距進行優化。選取浙江省龍泉市特定種植的“黑山15號”黑木耳短棒為研究對象，以確保設計的適應性。根據短棒擺場作業需要將菌棒窩口朝下直立在地面，且菌棒間距要滿足200～400 mm，選擇100棒菌棒進行測量，經統計，菌棒的直徑為100～115 mm，高度為220～230 mm。因此，菌棒箱結構應滿足式（1）。

根據菌棒擺場的農藝要求及整機的尺寸限制，壟面寬度為1.6 m，菌棒箱的總寬度應小于1.6 m，且在1.6 m寬壟面均勻擺放6棒菌棒，即菌棒間距為0.266 7 m，取整為267 mm；菌棒的直徑為100～115 mm，可先取菌棒通道寬度為120 mm，最終得出設計參數：菌棒通道寬度C為120 mm，菌棒通道擋板高度H為40 mm，相鄰菌棒通道間隔距離L為267 mm。以上參數確保了菌棒箱在避免菌棒堆疊的前提下，實現較高的菌棒容納量。菌棒箱結構如圖3所示。

菌棒箱設計為8層，每一層設有6個菌棒通道，每個通道可裝載5個菌棒，即整箱滿載菌棒數Q為240棒。圖3中兩根方管導軌為菌棒箱內導軌，與懸掛在機架上的外導軌對接，使得懸停在外導軌上的推送機構可沿著兩段對接的導軌進出菌棒箱，從而完成菌棒推送作業及推桿回歸作業。

3.2 升降平臺

由于菌棒箱為8層箱體，擺場機作業時需將每層菌棒推出菌棒箱，故設計一個升降平臺來承載菌棒箱作升降運動。考慮到菌棒箱換層的復雜性及推桿機構進出的精度要求，設計一種豎直方向上的絲桿升降機制[9， 10]。該平臺不僅保證換層過程的平穩和準確，而且提高整體機械結構的可靠性和耐用性。如圖4所示，采用絲桿升降機作為驅動方式，通過電機輸出的雙向扭矩同步控制升降機的運動，且升降平臺上設置一個槽型光電傳感器，在平臺上升的時候會遇上預先設置好的一排定距鋁制遮光片，觸發光電傳感器信號，控制系統讓電機停止轉動，從而實現升降平臺的精準上升[11]。

電機驅動滾珠絲桿時，其負載轉矩的計算[12]如式（2）所示。

以上是以滾珠絲桿為對象的選型計算，梯形絲桿的選型過程與之類似，區別在于滾珠絲桿比梯形絲桿的傳動效率高得多，而梯形絲桿有滾珠絲桿不具備的自鎖性。考慮到實際使用時對精度要求較高，負載較大，需要更好的結構自鎖性，同時為降低成本，從實用性角度出發，選擇梯形絲桿作為替代，伺服電機作為動力裝置。梯形絲桿的傳動效率大概為滾珠絲桿的25%～50%，取25%，考慮到整個系統的效率損失較大，電機啟停時需要較大轉矩，且機構安裝存在誤差，會增加實際負載，所以選用電機的額定轉矩要大于計算得到的負載轉矩，取安全系數為9，則負載轉矩為15.12 [N ? m]。根據現有電機規格，選用110AEA15030伺服電機，加裝減速比為3.25的減速機，滿足使用要求。

3.3 推料機構

為滿足菌棒箱逐層升降的需求，推料機構被設計為獨立且靈活的單獨模塊。這種設計允許推料機構在不與菌棒箱固定連接的情況下自由進出，從而實現高效率的菌棒推送。如圖5所示，推桿為左右對稱結構，由40伺服電機驅動齒輪在齒條上行走，電機兩邊配備減速比為1∶20的減速機，底座帶槽的滾輪與底部方管導軌相契合，如圖5（b）所示，推桿初始懸停在固定于升降平臺外框架上的外掛方管導軌上，如圖5（c）所示，此時外掛方管導軌與菌棒箱內方管導軌對齊，外掛齒條與菌棒箱內齒條對齊，推桿機構可沿著對接的兩端導軌進入菌棒箱，達到推送菌棒的目的，并在推送結束后原路返回外掛導軌，菌棒箱可執行上升換層步驟。

推料過程中，推桿需克服的主要阻力包括一層菌棒與菌棒箱底板的動摩擦力[Ff1]、推桿底座滾輪與導軌的滾動摩擦力[Ff2]，通過推拉力機來測量[Ff1]，在菌棒箱里裝滿菌棒，在不同的通道用推拉力計測力頭頂住每個通道的第一個菌棒，把推拉力計讀數歸0，然后沿菌棒通道方向推動菌棒，使整排菌棒發生滑動，此時記錄推拉力計峰值讀數。多次測量數據表明，單排菌棒所需推力約為20～30 N，取上限30 N，推力測量結果如表2所示。所選驅動齒輪為2模19齒直齒輪，即分度圓直徑為38 mm，則

由于[Ff2]無法直接測量，根據實際調試的數據可知，[Ff2=Ff1/3=30×6/3=60] N。代入式（3），計算得出理論所需扭矩約為4.56 N ? m，基于這些數據和機械設計原理，安全系數取3，得出電機所需輸出的扭矩為13.68 N ? m，以確保推料機構的穩定性和效率。根據現有電機規格，選用SD40AEA10030伺服電機，加裝減速比為20的減速機，滿足使用要求。

3.4 扶正機構

扶正機構直接影響菌棒的立正率及最終的擺放效果。菌棒在擺場過程中處于自由落體狀態，其能否安全落地并保持直立，不僅取決于地面的平整度和松軟程度，還與菌棒底部的平整度及其與地面的撞擊角度息息相關。由于逐一分析這些變量較為復雜，設計一種機械式扶正方案。該方案在菌棒下落過程中通過管道提供保護，確保菌棒在下落過程中始終保持豎直姿態，從而使菌棒在與地面碰撞時能夠穩定直立。在菌棒平穩落地后，扶正機構執行上升動作回歸初始位置，完成扶正過程。扶正機構如圖6所示。

伺服電機通過聯軸器與絲桿直接連接，通過同步帶同步輪結構帶動另一根絲桿，從而驅動下壓支撐平臺升降。在輸送帶往換向器輸送菌棒之前，下壓支撐平臺下降，使得風琴管拉伸形成下落通道，然后傳送帶轉動一個步長，菌棒從傳送帶落向換向器，在換向器的作用下菌棒轉換為豎直姿態落入伸縮軟管形成的下落通道，可避免因落地沖擊導致的翻倒，待菌棒落穩后下壓支撐平臺上升，擺場機整體前進，進入下一行菌棒的擺場流程。

3.5 底盤

擺場機所用的電動底盤為定制電動底盤，根據菌棒擺場的農藝要求，底盤需要橫跨壟面，即輪距需大于壟面寬度1.6 m。設計底盤長度為3.8 m，寬度為2.4 m，輪距為2.2 m，底盤離地高度為0.5 m，由一塊72 V的鋰電池供電，經過變壓器、逆變器等元件對整機的各運動部件供電，并且配備汽油增程器，可應對田間作業無供電環境下長時間作業的工況。

底盤作為移動平臺，需承載整個作業機構的重量，通過三維建模軟件SolidWorks進行結構建模，并對模型進行質量估算，得到底盤需承載的上部機構的總重量約為1 200 kg。近似把此負載看作施加在底盤兩根縱向支撐梁上的均布載荷，支撐梁的最大撓度計算如式（4）所示。

所選搭建底盤的鋼材尺寸為80 mm×40 mm，壁厚為3 mm的鋼管，經計算I為5.6×10-7 m4，梁中心的最大撓度約為0.036 m。這是將底盤承重結構簡化為兩根縱向簡支梁的結果，實際底盤結構會增加大量支撐橫梁來提高底盤的強度，故實際撓度會遠小于0.036 m，符合使用要求。

4 田間試驗

4.1 試驗材料與設備

試驗采用浙江省麗水市龍泉市地區廣泛種植的黑木耳短棒“黑山15號”，自制擺場機如圖7所示。試驗場地經過整平，壟面到水溝高度為0.1 m，壟面寬1.6 m。

4.2 試驗指標

以菌棒的立正率作為擺場機的性能指標。菌棒立正率是指菌棒直立成功數與總擺場菌棒數的百分比。菌棒直立成功定義：每次擺場菌棒數符合設定，菌棒正常直立，不倒伏，擺好的菌棒左右對齊，橫向間距與設定值（267 mm）的差值不超過30 mm。菌棒立正率Y的計算如式（5）所示。

4.3 試驗因素

1） 軟管孔徑大小。扶正機構中的伸縮軟管孔徑大小是影響擺場機性能的關鍵因素之一。孔徑尺寸直接關系到菌棒下落的順暢度以及擺放精確性。孔徑過小可能導致菌棒在下落過程中遭遇阻礙，增加菌棒堵塞的風險，從而影響后續菌棒的正常下落。此外，過小的孔徑限制擺場速度，降低作業效率。相反，孔徑過大雖然能夠減少下落阻力，提高下落速度，但過大的空間使得軟管無法有效支撐和引導菌棒直立落地，增加了菌棒傾倒的風險，尤其是在地面不平整的情況下。考慮到這些因素，試驗設定3個孔徑水平：孔徑比菌棒直徑大20 mm、40 mm、60 mm，研究孔徑大小對菌棒立正率及擺放間距的影響。

2） 軟管下壓離地高度。軟管下壓離地高度是確定軟管在引導菌棒直立落地過程中有效性的重要參數。該參數影響菌棒落地的穩定性和直立性。適當的下壓高度可以確保菌棒在落地時得到軟管的有效支撐，減少因地面不平引起的菌棒傾倒概率。過高的下壓離地高度可能導致菌棒在落地瞬間無法獲得足夠的支撐，增加傾倒風險；而過低的下壓離地高度則可能過度限制菌棒的落地動作，影響擺放效率。基于這些考慮，試驗選擇50 mm、100 mm和150 mm作為軟管下壓離地高度的3個試驗水平。

3） 軟管上升速度。軟管的上升速度直接影響到菌棒擺放后的穩定性及作業效率。上升速度過快可能會在菌棒尚未穩定落地時就撤去支撐，從而增加菌棒傾倒的風險。相反，上升速度過慢則會降低作業效率，延長擺場作業的總時間。合理的上升速度應保證菌棒穩定落地并能迅速進行下一步操作，以提高整體作業效率。因此，試驗設定慢速（20 mm/s）、中速（40 mm/s）、快速（60 mm/s）3個不同的上升速度水平，評估其對擺場效率和菌棒立正率的影響。

通過正交試驗設計，系統評估上述3個因素及其不同水平對擺場機性能的影響，特別是對菌棒立正率的影響，以便為擺場機的優化設計提供科學依據。通過這一試驗，確定最佳的操作參數組合，實現高效、穩定的菌棒擺放作業。綜上，設定3種主要試驗因素及水平，如表3所示。

4.4 試驗安排與結果

為驗證所設計擺場機的性能，特別是在提升菌棒立正率方面的效能，采用三因素三水平正交試驗法[13， 14]。試驗主要目的是評估扶正機構對菌棒立正率的影響，并通過統計分析來定量化效果。樣機試驗地點為龍泉市某農場，于2023年11月進行試驗。場地已按照表1的技術要求進行平整，在保證壟面寬度、高度的前提下，對壟面進行平整[15]，盡量減少場地因素對試驗結果的影響。

4.4.1 試驗方法

試驗設計：選取標準尺寸的黑木耳短棒，并在實際的田間條件下進行擺場試驗。試驗中使用的短棒均由同一批次生產，以保證尺寸和質量的一致性。

試驗過程：將菌棒裝填在擺場機的菌棒箱中，通過整機各部件的聯動進行擺放。每次試驗擺放100棒菌棒，重復3次，取平均值，以確保數據的可靠性。

數據記錄：每次試驗后，記錄每次擺放后菌棒的立正情況，包括成功立正和未能立正的數量。

4.4.2 試驗結果

根據表3設定的三因素三水平，以菌棒的立正率為評價指標，進行正交試驗，試驗結果如表4所示。試驗結果顯示，擺場機整機運作穩定，扶正機構的3個因素均對菌棒立正率產生影響。在進行的一系列試驗中，大部分菌棒均能成功立正。

根據表4的試驗數據，通過試驗設計軟件Design—Expert 10.0得到菌棒立正率的二次多項式回歸模型，如式（6）所示。

回歸模型方差分析結果如表5所示。可以看出，該回歸模型的P值在0.000 1以下，表明此回歸模型顯著度高；且模型失擬項的P值大于0.05，說明模型失擬項不顯著，回歸模型擬合度高。由軟管孔徑、軟管下壓離地高度、軟管上升速度的P值可判斷，軟管孔徑對菌棒立正率有極其顯著的影響，軟管下壓離地高度和軟管上升速度對菌棒立正率有顯著的影響，軟管孔徑對菌棒立正率的影響最大，軟管下壓離地高度和軟管上升速度對菌棒立正率的影響程度接近；隨著軟管孔徑和軟管下壓離地高度的增大，菌棒立正率降低，這是由于軟管孔徑的增大使得菌棒在下落的過程中失去豎直下落的姿態或在菌棒接觸地面的瞬間彈起，菌棒得不到有效的支撐，導致菌棒倒伏；而軟管上升速度對菌棒立正率影響較小，菌棒在落地站穩后，除受到軟管的直接碰撞而倒伏外，菌棒將一直保持直立狀態。

回歸模型中的Plt;0.05，表明3個回歸項在回歸模型中交互影響顯著；模型的決定系數R2和校正決定系數均接近于1，變異系數與精密度分別為1.62%、16.406，表明該菌棒立正率擬合回歸模型具有較高的可靠性。綜上，菌棒立正率的最優組合為A2B2C2。

4.5 擺場機擺場效率

作業效率是衡量農業機械性能的重要指標。針對所研制的擺場機，在軟管孔徑為150 mm、軟管下壓離地高度為100 mm、軟管上升速度為40 mm/s的條件下，通過對整機作業過程中各個環節的時長進行分析，從而確定最佳作業流程，并確定此條件下的最優作業效率[16]。另外，擺場機的運作方式為步進式前進，即擺場機停留在原地擺放好一排菌棒后，前進一個工位再停住，然后擺放下一排菌棒。底盤的步進式前進與擺場動作的配合是通過單片機來控制，整機所有的配合都按照一定的時序被編寫在單片機的程序，通過單片機統一控制整機的各部件聯動。

4.5.1 影響作業效率的因素

作業效率影響因素主要有6個。（1）傳送帶動作頻率：即傳送帶把菌棒往下運送到扶正機構的頻率。（2）推桿機構推送頻率：推桿機構進入菌棒箱中，把整層菌棒往傳送帶上推送的頻率，這與傳送帶動作頻率相匹配。（3）扶正機構軟管伸縮速度：為使得系統更加穩定，設定軟管下降速度與上升速度保持一致，因底盤須等軟管上升后才能前進，故軟管伸縮速度影響底盤前進的時間間隔。（4）底盤前進時間間隔：從前一排菌棒落穩，伸縮軟管上升后，底盤前進一個工位距離（400 mm）所需的時間。（5） 推桿機構回歸復位時間：一層菌棒推送完后，推桿機構回歸外掛懸停平臺所需的時間。（6）菌棒箱上升一層時間：推桿機構復位后，菌棒箱上升一層所需時間。

4.5.2 擺場效率計算與驗證試驗

為得到各動作所需要的時間，用秒表對各個動作進行單獨計時，每個動作計時重復6次，取各結果的平均值為該步驟所需的理論時間，結果如表6所示，其中有些動作是可以同時進行，如傳送帶可與底盤同時運動，推桿回歸可與除菌棒箱上升外的其他動作同時進行。考慮到機器的啟停間隔等因素，估算擺場一層菌棒所需時間t1為1 min。

由于所研制的擺場機需要人工把菌棒裝填到菌棒箱，裝滿一箱菌棒所需時間約為8 min，可知擺場一箱菌棒所需時間T1為16 min。則擺場機擺場效率Y2的計算如式（7）所示。

由式（7）可得，擺場機的擺場效率Y2=900棒/h，高于人工擺場速度（200棒/h），證明所研制的擺場機在提高黑木耳栽培效率方面的顯著作用。

為驗證計算結果，進行驗證試驗：對菌棒裝箱時間、擺場一層時間、擺場一箱時間進行實際計算，在田間試驗的過程中，使用秒表記錄每一項所需要的實際時間，每一項重復試驗6次，取6次數據平均值作為最終結果。試驗結果表明，菌棒裝箱時間為8 min±10 s、擺場一層時間為1 min±5 s、擺場一箱時間16 min±2 min，符合使用要求。

4.6 擺場菌棒的縱向誤差試驗與分析

擺場機所采用的擺場方式為間歇性擺場，即整機移動到一個工位停住，擺放一排菌棒后再前進一個工位。由于電動底盤的驅動電機為六相永磁電機，其電機本身無編碼器，無法像步進電機、伺服電機那樣控制其轉動固定的圈數，故采用固定驅動時間的方式，即給底盤電機發送一個運作固定時間的命令。經過多次調試，在底盤電機驅動時間取0.5 s時，底盤所走的距離比較均勻。由于實際擺場的場地為露天大田，地面存在不同的坡度、坑洼或突起，這些因素會影響底盤每一步所走的距離。

在擺場機正常擺場結束后，用卷尺測量相鄰兩排菌棒間的縱向間距，結果如表7所示。

由于地面的不平整等因素，擺場機每一步前進的距離誤差較大。在底盤電機驅動時間為0.5 s的情況下，擺場機步距為0.2～0.45 m。為避免菌棒因擺場失敗而傾倒碰到相鄰排的菌棒，菌棒的縱向間距應大于單個菌棒的高度，即大于220 mm，表7中所測數據均滿足此條件，故取平均值0.337 m為擺場機的步距。

為評估擺場機擺放菌棒時縱向行距的一致性，計算菌棒縱向行距的變異系數CV，如式（8）所示。

將表7數據代入式（8）可得CV為19.67%，表明數據有一定的變異性，但并不是特別大；表明菌棒的縱向間距在不同測量點之間存在一定的變異，但總體上還是比較一致。

5 結論

1） 研制一種黑木耳短棒自動擺放機，通過各部件如菌棒箱、升降平臺、推料機構、輸送帶及扶正機構等有效聯動，實現短菌棒的自動擺場作業。

2） 通過對樣機設計的正交試驗，建立菌棒立正率擬合回歸模型，確定擺場機的最優工作參數，即當軟管孔徑為150 mm、軟管下壓離地高度為100 mm、軟管上升速度為40 mm/s時，擺場機的菌棒立正率在97%以上，且在此條件下擺場效率為900棒/h。

3） 試驗結果表明，該擺場機能保證菌棒較高的立正率，可有效減輕擺場作業的人工依賴，試驗結果滿足菌棒擺場應用要求。

參 考 文 獻

[ 1 ] 王磊. 新型農業機械的結構設計原則及發展趨勢[J]. 農機使用與維修， 2023（6）： 84-86.

Wang Lei. Research on structural design and processing manufacturing technology of new agricultural machinery [J]. Agricultural Machinery Using amp; Maintenance， 2023（6）： 84-86.

[ 2 ] 黃莎， 李偉榮， 林芳， 等. 黑木耳營養和生物活性成分及其提取工藝研究進展[J]. 中國食用菌， 2021， 40（10）： 7-12.

Huang Sha， Li Weirong， Lin Fang， et al. Research advance on nutrients， bioactivity and extraction technology of auricularia auricular [J]. Edible Fungi of China， 2021， 40（10）： 7-12.

[ 3 ] 葉曉菊. 龍泉市黑木耳產業現狀及發展建議[J]. 食藥用菌， 2021， 29（4）： 277-279.

Ye Xiaoju. Status and countermeasures of Auricularia auricula industry development in Longquan City [J]. Edible and Medicinal Mushrooms， 2021， 29（4）： 277-279.

[ 4 ] 王明友， 王帥洋， 宋衛東， 等. 我國黑木耳機械化采收現狀及展望[J]. 中國農機化學報， 2022， 43（9）： 219-223.

Wang Mingyou， Wang Shuaiyang， Song Weidong， et al. Current status and the prospect of research on mechanized harvesting of Auricularia auricula in China [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2022， 43（9）： 219-223.

[ 5 ] 袁琳博. 基于PLC的木耳采摘機控制系統的研究[D].長春： 吉林農業大學， 2023.

Yuan Linbo. Research on control system of auricularia auricula picker [D]. Changchun： Jilin Agricultural University， 2023.

[ 6 ] 王明友， 宋衛東， 周德歡， 等. 露地黑木耳機械化生產技術規程[J]. 北方園藝， 2023（5）： 152-156.

[ 7 ] 謝劍. 黑木耳生產機械化發展現狀、問題及解決措施. 農機使用與維修， 2021（12）.

[ 8 ] 張佰陽. 淺談黑木耳全程機械化情況[J]. 農機科技推廣， 2023（7）： 16-17.

[ 9 ] 俞國紅， 鄭航， 葉云翔， 等. 輕便自走式采茶機的設計與試驗[J]. 浙江農業學報， 2023， 35（9）： 2233-2239.

Yu Guohong， Zheng Hang， Ye Yunxiang， et al. Design and experiment on portable self?propelled tea picker [J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis， 2023， 35（9）： 2233-2239.

[10] 秦大同， 謝里陽. 現代機械設計手冊[M]. 北京： 化學工業出版社， 2011.

[11] 吳中. 單軸抬升車輛搬運器運動控制規律研究及控制系統開發[D]. 重慶： 重慶交通大學， 2015.

Wu Zhong. Motion control low research and control system development of single axis lift trolley [D]. Chongqing： Chongqing Jiaotong University， 2015.

[12] 孫澤強. 組合式水稻缽苗育秧秧盤分離套盤機設計與試驗[D]. 杭州： 浙江理工大學， 2022.

Sun Zeqiang. Design and experiment of an automatic separating and embedding machine for combined type rice potted?seedling tray [D]. Hangzhou： Zhejiang Sci?tech University， 2022.

[13] 高允顏. 正交及回歸試驗設計方法[M]. 北京： 冶金工業出版社， 1988.

[14] 陳魁. 試驗設計與分析[M]. 北京： 清華大學出版社， 2006.

[15] 黎艷梅. 黑木耳露地高產栽培技術探究[J]. 種子科技， 2023， 41（21）： 90-92.

[16] 葉小龍. 微耕機農田作業效率評價與改進策略研究[J]. 南方農機， 2024， 55（4）： 76-78.