食用菌生料接種機的設計及實現

作者 張晶 王帥 周宏遠 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：自動控制類產品的開發。

摘要：本文針對現階段人工接種的不足，從輸送電機的選型、投料機構的設計、菌種的自動切片及分層、定量接種的準確控制幾個方面，提供了一種詳細的生料接種機的設計方案。

引言

　　食用菌生料接種機是采用生料栽培技術為食用菌進行接種操作的現代化農業機械設備，主要適用于平菇、鳳尾菇、草菇和大球蓋菇的接種。

　　在食用菌生產過程中，接種是最關鍵的一道工序，接種方法直接關系到菌種生產的成敗。傳統的接種為手工操作，不僅費時、費力、工效低，而且容易受操作不當的影響，導致雜菌污染，造成培養袋報廢，增加生產成本。

　　本文設計了一種食用菌生料接種機，模擬人工分層接種方法，實現培養基原料自動輸送、菌種自動切塊、分層接種和同步裝袋聯合作業，完成食用菌接種的連續操作，降低菌種污染的同時，提高食用菌種植的生產效率。

1 整體設計

　　該食用菌生料接種機主要由輸送機構、投料機構、接種機構和控制電路部分組成。輸送機構實現輸送電機的啟/停控制、速度控制和定位控制，用于輸送培養基到料斗內;投料機構實現菌種切塊控制、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;接種機構實現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作為控制單元，可以人工輸入布種層數，每裝一袋，均需要人工觸發光電開關，避免原料浪費。

2 各組成部分設計

2.1 輸送機構

　　輸送機構用于代替人工送料，完成培養基料的輸送，主要由牽引鏈、底板、機架、輸送電機等主要部件組成，如圖1所示。

　　輸送機構的設計主要包括輸送帶長度的設計和輸送電機的選型。

　　根據接種機高度，輸送帶長度設計為2.0m，傳送速度0.4m/s，皮帶與滿載培養基的總重量5.0㎏，滑動面摩擦系數0.2，計算傳送電機功率。

　　首先根據公式計算恒定負載功率。

　　經過計算，選擇7.5kW直流無刷電動機，配合調速電路一起使用，完成培養基料輸送至料斗內。

2.2 投料機構

　　為保證接種均勻，固體菌種在接種前應先進行有效破碎。首先將圓柱狀的固體菌種切片，經過切片的菌種直接落入種斗內，在種斗內攪拌分粒，裝袋接種。為保證菌種連續均勻切片，在切片刀具上下往復運動的同時，應使菌種水平方向按照一定頻率做間歇推進運動，因此投料機構需要水平和垂直兩個方向的電機。

　　投料機構的設計主要包括菌種推送部分和自動切片部分。

　　菌種是一個直徑大約15～20㎝、長度約35～40㎝的菌種棒，按照菌種與袋培養基1：50的比例接種，每袋菌種需要進行反復推進、停止動作，因此菌種推送部分選用步進電機帶動絲杠向前推進;自動切片部分設計曲柄搖臂滑塊機構，利用電機帶動刀具做上下往復運動，光電開關控制行程，如圖2和圖3所示。

2.3 接種機構

　　接種機構完成培養基和菌種的分層布種和人工裝袋流程，主要由電磁離合器、攪拌結構和螺旋推進器組成。電磁離合器在電路的控制下，自動完成主軸之間的結合與分離;放進培養基料斗(菌種種斗)內的原料，當動力軸轉動時，料斗(種斗)內加入的培養基料(菌種)被攪拌機構進行攪拌分粒;螺旋推進器用來輸送物料并與相應的防護罩配合使用完成裝袋工作，如圖4所示。

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

2.4 控制電路