食用菌生料接種機(jī)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

作者 張晶 王帥 周宏遠(yuǎn) 趙旭 河北省自動化研究所(河北 石家莊 050081)

張晶(1987-)，女，工程師，研究方向：自動控制類產(chǎn)品的開發(fā)。

摘要：本文針對現(xiàn)階段人工接種的不足，從輸送電機(jī)的選型、投料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、菌種的自動切片及分層、定量接種的準(zhǔn)確控制幾個(gè)方面，提供了一種詳細(xì)的生料接種機(jī)的設(shè)計(jì)方案。

引言

　　食用菌生料接種機(jī)是采用生料栽培技術(shù)為食用菌進(jìn)行接種操作的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，主要適用于平菇、鳳尾菇、草菇和大球蓋菇的接種。

　　在食用菌生產(chǎn)過程中，接種是最關(guān)鍵的一道工序，接種方法直接關(guān)系到菌種生產(chǎn)的成敗。傳統(tǒng)的接種為手工操作，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、工效低，而且容易受操作不當(dāng)?shù)挠绊?，?dǎo)致雜菌污染，造成培養(yǎng)袋報(bào)廢，增加生產(chǎn)成本。

　　本文設(shè)計(jì)了一種食用菌生料接種機(jī)，模擬人工分層接種方法，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基原料自動輸送、菌種自動切塊、分層接種和同步裝袋聯(lián)合作業(yè)，完成食用菌接種的連續(xù)操作，降低菌種污染的同時(shí)，提高食用菌種植的生產(chǎn)效率。

1 整體設(shè)計(jì)

　　該食用菌生料接種機(jī)主要由輸送機(jī)構(gòu)、投料機(jī)構(gòu)、接種機(jī)構(gòu)和控制電路部分組成。輸送機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸送電機(jī)的啟/?？刂?、速度控制和定位控制，用于輸送培養(yǎng)基到料斗內(nèi);投料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)菌種切塊控制、菌種的投料量和落料控制，直接把切好塊的菌種落到種斗內(nèi);接種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)布種定位和定量控制，完成分層接種動作，方便裝袋;控制電路采用單片機(jī)作為控制單元，可以人工輸入布種層數(shù)，每裝一袋，均需要人工觸發(fā)光電開關(guān)，避免原料浪費(fèi)。

2 各組成部分設(shè)計(jì)

2.1 輸送機(jī)構(gòu)

　　輸送機(jī)構(gòu)用于代替人工送料，完成培養(yǎng)基料的輸送，主要由牽引鏈、底板、機(jī)架、輸送電機(jī)等主要部件組成，如圖1所示。

　　輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括輸送帶長度的設(shè)計(jì)和輸送電機(jī)的選型。

　　根據(jù)接種機(jī)高度，輸送帶長度設(shè)計(jì)為2.0m，傳送速度0.4m/s，皮帶與滿載培養(yǎng)基的總重量5.0㎏，滑動面摩擦系數(shù)0.2，計(jì)算傳送電機(jī)功率。

　　首先根據(jù)公式計(jì)算恒定負(fù)載功率。

　　經(jīng)過計(jì)算，選擇7.5kW直流無刷電動機(jī)，配合調(diào)速電路一起使用，完成培養(yǎng)基料輸送至料斗內(nèi)。

2.2 投料機(jī)構(gòu)

　　為保證接種均勻，固體菌種在接種前應(yīng)先進(jìn)行有效破碎。首先將圓柱狀的固體菌種切片，經(jīng)過切片的菌種直接落入種斗內(nèi)，在種斗內(nèi)攪拌分粒，裝袋接種。為保證菌種連續(xù)均勻切片，在切片刀具上下往復(fù)運(yùn)動的同時(shí)，應(yīng)使菌種水平方向按照一定頻率做間歇推進(jìn)運(yùn)動，因此投料機(jī)構(gòu)需要水平和垂直兩個(gè)方向的電機(jī)。

　　投料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括菌種推送部分和自動切片部分。

　　菌種是一個(gè)直徑大約15～20㎝、長度約35～40㎝的菌種棒，按照菌種與袋培養(yǎng)基1：50的比例接種，每袋菌種需要進(jìn)行反復(fù)推進(jìn)、停止動作，因此菌種推送部分選用步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠向前推進(jìn);自動切片部分設(shè)計(jì)曲柄搖臂滑塊機(jī)構(gòu)，利用電機(jī)帶動刀具做上下往復(fù)運(yùn)動，光電開關(guān)控制行程，如圖2和圖3所示。

2.3 接種機(jī)構(gòu)

　　接種機(jī)構(gòu)完成培養(yǎng)基和菌種的分層布種和人工裝袋流程，主要由電磁離合器、攪拌結(jié)構(gòu)和螺旋推進(jìn)器組成。電磁離合器在電路的控制下，自動完成主軸之間的結(jié)合與分離;放進(jìn)培養(yǎng)基料斗(菌種種斗)內(nèi)的原料，當(dāng)動力軸轉(zhuǎn)動時(shí)，料斗(種斗)內(nèi)加入的培養(yǎng)基料(菌種)被攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行攪拌分粒;螺旋推進(jìn)器用來輸送物料并與相應(yīng)的防護(hù)罩配合使用完成裝袋工作，如圖4所示。

　　菌種和培養(yǎng)基的分層定位是通過控制兩個(gè)料斗的電磁離合器的通斷實(shí)現(xiàn)，任何時(shí)刻只保持一個(gè)料斗出料;而定量控制是通過霍爾接近開關(guān)和定位銷一起控制送入出料口的物料重量來實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。

2.4 控制電路