袋栽食用菌枝条菌种自动接种机的设计

黄小毛　张云静　宗望远　陈红　潘海兵

摘要：为提高食用菌生产过程中接种环节的机械化自动化程度，针对袋式栽培技术锥形枝条菌种设计了一种自动化接种机械。该机械采用槽轮及复合双滑块等机构，能够将事先准备好的锥形枝条菌种沿菌袋直径方向打入菌袋中，具有自动完成上料、打穴接种和下料等功能，其结构紧凑，接种效率高，无杂菌污染且可不间断自动连续作业，亦可与上游锥形种木机、粉碎机、混料机、装袋机及下游菌袋打孔机、注水机等机械一起组成食用菌生产线，适用于食用菌袋式栽培技术的规模化生产。

关键词：食用菌；枝条菌种；锥形种木；自动化；接种机

中图分类号：S223.94文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）20-4627-04

食用菌是一种含有丰富营养价值而口味鲜美的食品，广受人们喜欢。但是目前中国国内食用菌行业的机械化程度普遍偏低，导致市场价格长期居高不下。提高食用菌行业的机械化程度，对于提高生产效率，降低生产成本和价格，提高人均消耗量，继而提高国民体质有着重要意义。

袋式栽培技术是食用菌栽培技术中的一种，主要包括原料准备、培养料配制、装料、灭菌、接种、养菌、菇厂设置、脱袋转色、出菇管理9个环节。接种是该过程中的一个关键环节，对食用菌产量和质量影响很大。根据菌种形态的不同，常用栽培种可分为固体粉末菌种、固体枝条菌种和液体菌种三类[1]。从机械化方面考虑，固体粉末菌种不易实现机械化接种，而固体枝条菌种和液体菌种容易实现机械化接种[2]。研究针对枝条菌种设计了一种自动化接种机械。

1设计要求与总体方案设计

标准菌袋规格为500 mm×150 mm（长度×直径），锥形枝条菌种规格为60 mm×10 mm（长度×直径），其一端锥角为60°。要求在每个菌袋中同时插入等距的3根接种棒，生产率不低于6袋/min。

为使机器实现自动送料、转位、接种、出料等功能，机器结构简单紧凑，总体方案上拟让菌袋处于卧位，自料斗中逐一间歇式的由自重掉入转动式多工位槽型圆柱送料机构（转位机构）中，转位机构亦作间歇式旋转实现菌袋从上料工位到接种工位的转换，使菌袋准确到达接种工位，完成接种操作后转换至下料工位；接种机构使每个菌袋等距插入3根接种棒，接种过程平稳，冲击小；出料机构收集已完成接种操作的菌袋。基本机构包括菌袋料斗、送料机构、转位机构、接种棒料斗、接种机构、配合机构、槽轮机构、减速器和离合器等，这些基本机构通过机架相连，传动系统包括蜗杆机构、圆柱齿轮机构和离合器（图1），整机效果如图2所示[3]。

2机器工作原理

工作时，电动机输出的动力经过离合器、传动轴和减速器传动到槽轮机构，拨盘运动一方面经过传动轴带动曲柄进而带动复合滑块作上下往复运动，一方面驱动槽轮进而带动转位机构作90°/次的间歇式旋转运动。复合滑块的上下往复运动带动铰接的送料连杆和接种连杆分别驱动送料滑块和接种滑块作往复水平运动，前者将由菌袋料斗掉下的菌袋送入转位机构的左位沟槽中，菌袋进入沟槽中随转位机构旋转2次经过上位到达右位，后者驱动固联的接种栓将种木料斗中的锥形种木打入沟槽中的菌袋中。接种完成后转位机构再次旋转90°，此过程中菌袋在重力作用下顺利落下进入机架下方的箩筐中或是运输带上。

3机器关键机构的详细设计与计算

运动执行机构是该机器的核心，主要由槽轮机构、送料机构、接种机构和配合机构等几个关键机构组成（图3）。

3.2送料机构的尺寸计算

送料功能是运用双滑块机构来实现的，双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构，可以认为是由铰链四杆机构中的连架杆长度趋于无穷大演化而成的，如图5所示。已知滑块3与竖直机架的距离b=555 mm，滑块3的行程s=170 mm，设滑块1与水平机架的距离为c，滑块1的行程为d，连杆2杆长为a，由几何关系可得：

b2+c2=a2，（b-s）2+（c+d）2=a2

化简得：d2+2cd=159 800 mm2

3.5配合机构的设计

配合机构主要用于协调槽轮机构、送料机构和接种机构的运动，具体作用如下：①使滑块8的行程d=80 mm；②协调转位圆柱、送料滑块和接种滑块的运动，即当转位圆柱静止时，送料滑块和接种滑块完成送料和接种操作；当转位圆柱转动时，送料滑块和接种滑块远离菌袋料斗和接种棒料斗。

配合机构主要由对心曲柄滑块机构组成，滑块中心移动轨迹通过曲柄中心时没有急回特性，滑块行程是曲柄长度的两倍。由此可得，曲柄长为40 mm，设其连杆长为100 mm。图8为对心曲柄滑块机构示意图。

拨盘、曲柄与配合机构中的运动轴均为键连接，当通过圆柱销中心的拨盘对称面与曲柄对称面呈45°夹角时，转位圆柱、送料滑块和接种滑块的运动配合符合要求。

4结论

该机械采用槽轮及双滑块等机构，能够将事先准备好的锥形枝条菌种沿菌袋直径方向打入菌袋中，具有自动完成上料、打穴接种和下料等功能，其结构紧凑，接种效率高，无杂菌污染且可不间断自动连续作业，亦可与上游锥形种木机[4]、粉碎机、混料机、装袋机[5]及下游菌袋打孔机、注水机等机械一起组成食用菌生产线，适用于食用菌袋式栽培技术的规模化生产。该机械已通过Pro/E软件完成三维设计及机构运动仿真，能够顺利实现设计目标。该机械目前已经申请中国实用新型专利，设计思路及核心结构受法律保护，同时关键结构尺寸可根据实际生产不同类型食用菌菌袋的尺寸、锥形种木的尺寸和每袋接种个数等要求进行灵活调节。

参考文献：

[1] 刘映淼，王兰青，高玉千，等.香菇液体菌种固化技术研究[J].中国食用菌，2009，28（1）：16-17，22.

[2] 徐寿海.袋装液体菌种接种机[P].中国专利：2010101997669，2010-10-20.

[3] 黄小毛，张云静，陈红.袋栽食用菌枝条菌种自动化接种机械[P].中国专利：2011201569007，2011-12-28.

[4] 黄小毛，万鹏，潘海兵，等.基于气动PLC控制的食用菌锥形种木机[J].农机化研究，2011，33（10）：175-178.

[5] 李国一，李革，苏和生，等.食用菌培养料自动定量装袋机的设计[J].农机化研究，2010，32（1）：110-112.