袋栽食用菌枝條菌種自動(dòng)接種機(jī)的設(shè)計(jì)

黃小毛　張?jiān)旗o　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(dòng)化程度，針對(duì)袋式栽培技術(shù)錐形枝條菌種設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化；接種機(jī)

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

食用菌是一種含有豐富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而口味鮮美的食品，廣受人們喜歡。但是目前中國(guó)國(guó)內(nèi)食用菌行業(yè)的機(jī)械化程度普遍偏低，導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格長(zhǎng)期居高不下。提高食用菌行業(yè)的機(jī)械化程度，對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和價(jià)格，提高人均消耗量，繼而提高國(guó)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(gè)環(huán)節(jié)。接種是該過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化接種，而固體枝條菌種和液體菌種容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化接種[2]。研究針對(duì)枝條菌種設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化接種機(jī)械。

1設(shè)計(jì)要求與總體方案設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)菌袋規(guī)格為500 mm×150 mm（長(zhǎng)度×直徑），錐形枝條菌種規(guī)格為60 mm×10 mm（長(zhǎng)度×直徑），其一端錐角為60°。要求在每個(gè)菌袋中同時(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、轉(zhuǎn)位、接種、出料等功能，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)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(gè)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?；緳C(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(dòng)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(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過離合器、傳動(dòng)軸和減速器傳動(dòng)到槽輪機(jī)構(gòu)，撥盤運(yùn)動(dòng)一方面經(jīng)過傳動(dòng)軸帶動(dòng)曲柄進(jìn)而帶動(dòng)復(fù)合滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一方面驅(qū)動(dòng)槽輪進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)作90°/次的間歇式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。復(fù)合滑塊的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鉸接的送料連桿和接種連桿分別驅(qū)動(dòng)送料滑塊和接種滑塊作往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(yùn)輸帶上。

3機(jī)器關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與計(jì)算

運(yùn)動(dòng)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(gè)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)組成（圖3）。

3.2送料機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算

送料功能是運(yùn)用雙滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，雙滑塊機(jī)構(gòu)是具有兩個(gè)移動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)為a，由幾何關(guān)系可得：

b2+c2=a2，（b-s）2+（c+d）2=a2

化簡(jiǎn)得：d2+2cd=159 800 mm2

3.5配合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，即當(dāng)轉(zhuǎn)位圓柱靜止時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，滑塊中心移動(dòng)軌跡通過曲柄中心時(shí)沒有急回特性，滑塊行程是曲柄長(zhǎng)度的兩倍。由此可得，曲柄長(zhǎng)為40 mm，設(shè)其連桿長(zhǎng)為100 mm。圖8為對(duì)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(yùn)動(dòng)軸均為鍵連接，當(dāng)通過圓柱銷中心的撥盤對(duì)稱面與曲柄對(duì)稱面呈45°夾角時(shí)，轉(zhuǎn)位圓柱、送料滑塊和接種滑塊的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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)?；a(chǎn)。該機(jī)械已通過Pro/E軟件完成三維設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，能夠順利實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。該機(jī)械目前已經(jīng)申請(qǐng)中國(guó)實(shí)用新型專利，設(shè)計(jì)思路及核心結(jié)構(gòu)受法律保護(hù)，同時(shí)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)實(shí)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(gè)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(guó)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(guó)專利：2010101997669，2010-10-20.

[3] 黃小毛，張?jiān)旗o，陳紅.袋栽食用菌枝條菌種自動(dòng)化接種機(jī)械[P].中國(guó)專利：2011201569007，2011-12-28.

[4] 黃小毛，萬鵬，潘海兵，等.基于氣動(dòng)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(guó)一，李革，蘇和生，等.食用菌培養(yǎng)料自動(dòng)定量裝袋機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010，32（1）：110-112.