食用菌菌棒自动套袋器的设计研究

徐立青 崔永杰

摘要：目前，我国食用菌装袋机大多为半自动化设备，其中进料、搅拌、出料等工序均可实现机械化，但是套袋工序至少需要2名工人完成，在人工套袋过程中存在工人劳动强度大、工作性质危险、生产效率低、菌棒污染严重等问题，为了解决以上问题，对食用菌菌棒自动套袋器进行了研究，利用自动套袋器可实现套袋工序全自动化，减少人工，节约成本，提高菌棒生产质量。

关键词：食用菌菌棒;自动套袋器;结构设计

0 引言

近几年来，我国食用菌生产发展较快，其总产值在种植业中排在粮、棉、油、菜和果之后，位居第6位，且出口量不断增多[1]。食用菌生产工艺过程是：备料→搅拌→装袋→打眼→灭菌→接种→培养→采收→干燥→包装贮藏和深加工。在此工艺过程中，培养料装袋是一项用工量最大、最易使料感染细菌的一道工序，直接关系到食用菌生产的产量和品质。手工小作坊生产菌棒，易造成菌种污染，且产量低、效益差，已满足不了市场发展需求，而食用菌机械化生产专业化程度高，生产稳定，净化条件优越，管理制度严格，同时可以提高劳动生产率，及时生产出所需的菌种和培养料，在减轻劳动强度的同时保证了生产质量，而且还可进一步扩大生产规模，有利于形成机械化规模经营[2]。

1 研究现状

目前食用菌培养料出料机构有卧式螺旋出料和立式冲压出料两种机型，由于食用菌生产原材料主要是木屑颗粒，而立式冲压出料容易划破菌袋，形成微孔，造成污染，因此，卧式螺旋出料机构更适合食用菌菌棒生产[3]。刘恩宏、李肖存[4]利用螺旋推进器的挤压原理，设计了一款食用菌装袋机，物料可由输送带送入喂料口经由搅拌轴与主轴进入护套内，用脚控制电机开关，随着电机转动，物料不断进入到菌袋内，最后完成装袋过程，该机的装袋效率可达到600袋/h，但是该装袋机需要人工事先将菌袋套在出料口的套筒上，不能实现食用菌棒的全自动化生产。市场上还有电动式食用菌抱筒装袋机[5]，为抱筒搅龙结构，组合式设计，是传统装袋机和冲压式自动装袋机的结合物，生产效率达到600～900袋/h，可满足不同长度的菌棒装袋作業，但是该抱筒装袋机也属于半自动化机械设备。吴小春[6]设计了一种新型食用菌菌棒自动套袋装袋机，该套袋装袋机是由套袋机、装袋机、扎口机和接种机组成的生产流水线，可实现套袋、装袋、扎口等工序的全自动化生产作业。

综上所述，目前国内使用的食用菌装袋机大多为半自动化机械设备，工作过程为进料、搅拌、套袋、出料，其中进料、搅拌、出料等工序均可实现机械化，但是自动套袋技术较难实现，一般由人工完成，因此在实际生产中，还需要2名套袋工人进行手动套袋，工作效率低下，劳动强度大，工作危险性较大;并且在套袋过程中，菌棒与外界空气、工作人员直接接触，导致细菌感染菌棒，尤其是灭菌后的菌种细菌感染率非常高，降低了食用菌的经济效益。

2 食用菌菌棒自动套袋器的设计

2.1    功能要求

为了解决菌棒实际生产中存在的工人劳动强度大、工作性质危险、生产效率低、菌棒污染严重等问题，本文的研究内容如下：实现在无人操作下，利用食用菌菌棒自动套袋器完成套袋工序，减少人工，节约成本。

基于此，对食用菌菌棒自动套袋器的功能提出了以下3点要求：（1）长时间套袋作业下末端执行器能够与出料筒保持同轴度;（2）在保证塑料膜不破损的前提下完成套袋操作;（3）保证自动套袋效率达到并高于人工套袋效率。

2.2    关键技术

本文设计的新型食用菌菌棒自动套袋器，在全自动化套袋作业中，利用气吸式末端执行器将菌袋自动吸附并撑开后套在出料套筒上，因此，食用菌菌棒自动套袋器的关键技术是气吸式末端执行器的设计。

2.3    工作原理

气吸式食用菌菌棒自动套袋器主要包括套筒、气吸式末端执行器、取袋装置、气压传动装置、机架等结构，如图1所示。

传动系统由两个滑道、两个气缸以及末端执行器组成，可分为水平横向往复运动装置、水平纵向往复运动装置以及吸盘气压控制装置三部分。水平横向往复运动装置可在机架上进行水平横向的往复运动，其作用是控制末端执行器到达套筒同轴度位置，为后续套袋作业做准备;水平纵向往复运动装置可在机架上进行纵向水平往复运动，其工作原理与水平横向往复运动装置相同，其作用是完成已张开塑料膜的套袋动作;吸盘气压控制装置由气泵、真空发生器、吸盘组成，气泵与真空发生器为吸盘提供吸气气压，吸盘位于末端执行器上，其作用是吸附塑料膜，用来完成对成叠塑料膜的分离以及单个塑料膜的张开。

末端执行器外形为环形，尺寸比套筒稍大，在末端执行器下端有一个吸盘，用于吸附套袋的下层薄膜;在环状装置上分布有6个吸盘，用于套袋袋口的张开并扩至圆形，有利于保障后续套袋的质量及效率。

气吸式食用菌菌棒套袋器的工作原理为：取袋装置通过吸盘将袋盒内的保水膜或筒袋吸起，通过气压传动至末端执行器处，末端执行器下方的吸盘产生吸力吸附住下层的薄膜，取袋装置中的吸盘吸附着上层薄膜移动至末端执行器上端，实现开口作业;末端执行器环状装置上的吸盘开始工作使薄膜袋口呈圆形展开;取袋装置吸盘停止作业并复位至初始位置，等待下一次取袋作业;吸附着圆形袋口的末端执行器通过气压传动装置水平横向平移至与套筒同轴度的位置，随后水平纵向平移完成套袋作业;当末端执行器到达终点位置后，末端执行器上的吸盘全部停止工作，薄膜袋即可留在套筒上，末端执行器原路返回至初始位置，等待下一个薄膜袋的开口吸附工作;当末端执行器复位后，原有机器上的红色套筒开始作业，完成装料、卸料工作。

3 结语

采用新型食用菌菌棒自动套袋器，极大地降低了人工成本，生产效率大幅度提高。全自动化控制避免了人工操作失误情况的发生，提高了机器的安全使用性能，保证了工作人员的人身安全，并且提高了加工质量，达到菌棒装袋的均匀一致性;同时减少了菌棒与人工、外界空气的接触，使菌棒的细菌达到无污染的标准，提高了食用菌的生产质量，实现了经济效益的最大化。

[参考文献]

[1] 智研咨询集团.2016—2022年中国食用菌市场运营态势与投资战略研究报告[R/OL].[2016-06-28].http：//www.chyxx.com/research/201606/426643.html.

[2] 林静，白雪卫，李宝筏.食用菌培养料仿生装袋机的设计[J].农机化研究，2008（2）：72-75.

[3] 李玉，张振宇，尚晓冬，等.香菇菌棒工厂化生产及其问题浅析[J].食用菌，2017，39（3）：3-4.

[4] 刘恩宏，李孝存.蘑菇菌装袋机的初步研究[J].农机使用与维修，2004（4）：9.

[5] 王军.介绍一款电动式食用菌抱筒装袋机[J].农村百事通，2016（16）：51.

[6] 吴小春.新型食用菌菌棒自动套袋装袋机的设计与应用[J].现代制造技术与装备，2016（11）：39-40.

收稿日期：2020-07-23

作者简介：徐立青（1989—），女，山东聊城人，硕士研究生，讲师，研究方向：机电一体化技术。