食用菌菌棒自動(dòng)套袋器的設(shè)計(jì)研究

徐立青 崔永杰

摘要：目前，我國(guó)食用菌裝袋機(jī)大多為半自動(dòng)化設(shè)備，其中進(jìn)料、攪拌、出料等工序均可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是套袋工序至少需要2名工人完成，在人工套袋過(guò)程中存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作性質(zhì)危險(xiǎn)、生產(chǎn)效率低、菌棒污染嚴(yán)重等問(wèn)題，為了解決以上問(wèn)題，對(duì)食用菌菌棒自動(dòng)套袋器進(jìn)行了研究，利用自動(dòng)套袋器可實(shí)現(xiàn)套袋工序全自動(dòng)化，減少人工，節(jié)約成本，提高菌棒生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：食用菌菌棒;自動(dòng)套袋器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

近幾年來(lái)，我國(guó)食用菌生產(chǎn)發(fā)展較快，其總產(chǎn)值在種植業(yè)中排在糧、棉、油、菜和果之后，位居第6位，且出口量不斷增多[1]。食用菌生產(chǎn)工藝過(guò)程是：備料→攪拌→裝袋→打眼→滅菌→接種→培養(yǎng)→采收→干燥→包裝貯藏和深加工。在此工藝過(guò)程中，培養(yǎng)料裝袋是一項(xiàng)用工量最大、最易使料感染細(xì)菌的一道工序，直接關(guān)系到食用菌生產(chǎn)的產(chǎn)量和品質(zhì)。手工小作坊生產(chǎn)菌棒，易造成菌種污染，且產(chǎn)量低、效益差，已滿足不了市場(chǎng)發(fā)展需求，而食用菌機(jī)械化生產(chǎn)專業(yè)化程度高，生產(chǎn)穩(wěn)定，凈化條件優(yōu)越，管理制度嚴(yán)格，同時(shí)可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，及時(shí)生產(chǎn)出所需的菌種和培養(yǎng)料，在減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)保證了生產(chǎn)質(zhì)量，而且還可進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，有利于形成機(jī)械化規(guī)模經(jīng)營(yíng)[2]。

1 研究現(xiàn)狀

目前食用菌培養(yǎng)料出料機(jī)構(gòu)有臥式螺旋出料和立式?jīng)_壓出料兩種機(jī)型，由于食用菌生產(chǎn)原材料主要是木屑顆粒，而立式?jīng)_壓出料容易劃破菌袋，形成微孔，造成污染，因此，臥式螺旋出料機(jī)構(gòu)更適合食用菌菌棒生產(chǎn)[3]。劉恩宏、李肖存[4]利用螺旋推進(jìn)器的擠壓原理，設(shè)計(jì)了一款食用菌裝袋機(jī)，物料可由輸送帶送入喂料口經(jīng)由攪拌軸與主軸進(jìn)入護(hù)套內(nèi)，用腳控制電機(jī)開(kāi)關(guān)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，物料不斷進(jìn)入到菌袋內(nèi)，最后完成裝袋過(guò)程，該機(jī)的裝袋效率可達(dá)到600袋/h，但是該裝袋機(jī)需要人工事先將菌袋套在出料口的套筒上，不能實(shí)現(xiàn)食用菌棒的全自動(dòng)化生產(chǎn)。市場(chǎng)上還有電動(dòng)式食用菌抱筒裝袋機(jī)[5]，為抱筒攪龍結(jié)構(gòu)，組合式設(shè)計(jì)，是傳統(tǒng)裝袋機(jī)和沖壓式自動(dòng)裝袋機(jī)的結(jié)合物，生產(chǎn)效率達(dá)到600～900袋/h，可滿足不同長(zhǎng)度的菌棒裝袋作業(yè)，但是該抱筒裝袋機(jī)也屬于半自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。吳小春[6]設(shè)計(jì)了一種新型食用菌菌棒自動(dòng)套袋裝袋機(jī)，該套袋裝袋機(jī)是由套袋機(jī)、裝袋機(jī)、扎口機(jī)和接種機(jī)組成的生產(chǎn)流水線，可實(shí)現(xiàn)套袋、裝袋、扎口等工序的全自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)使用的食用菌裝袋機(jī)大多為半自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，工作過(guò)程為進(jìn)料、攪拌、套袋、出料，其中進(jìn)料、攪拌、出料等工序均可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是自動(dòng)套袋技術(shù)較難實(shí)現(xiàn)，一般由人工完成，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，還需要2名套袋工人進(jìn)行手動(dòng)套袋，工作效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作危險(xiǎn)性較大;并且在套袋過(guò)程中，菌棒與外界空氣、工作人員直接接觸，導(dǎo)致細(xì)菌感染菌棒，尤其是滅菌后的菌種細(xì)菌感染率非常高，降低了食用菌的經(jīng)濟(jì)效益。

2 食用菌菌棒自動(dòng)套袋器的設(shè)計(jì)

2.1? ? 功能要求

為了解決菌棒實(shí)際生產(chǎn)中存在的工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作性質(zhì)危險(xiǎn)、生產(chǎn)效率低、菌棒污染嚴(yán)重等問(wèn)題，本文的研究?jī)?nèi)容如下：實(shí)現(xiàn)在無(wú)人操作下，利用食用菌菌棒自動(dòng)套袋器完成套袋工序，減少人工，節(jié)約成本。

基于此，對(duì)食用菌菌棒自動(dòng)套袋器的功能提出了以下3點(diǎn)要求：（1）長(zhǎng)時(shí)間套袋作業(yè)下末端執(zhí)行器能夠與出料筒保持同軸度;（2）在保證塑料膜不破損的前提下完成套袋操作;（3）保證自動(dòng)套袋效率達(dá)到并高于人工套袋效率。

2.2? ? 關(guān)鍵技術(shù)

本文設(shè)計(jì)的新型食用菌菌棒自動(dòng)套袋器，在全自動(dòng)化套袋作業(yè)中，利用氣吸式末端執(zhí)行器將菌袋自動(dòng)吸附并撐開(kāi)后套在出料套筒上，因此，食用菌菌棒自動(dòng)套袋器的關(guān)鍵技術(shù)是氣吸式末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)。

2.3? ? 工作原理

氣吸式食用菌菌棒自動(dòng)套袋器主要包括套筒、氣吸式末端執(zhí)行器、取袋裝置、氣壓傳動(dòng)裝置、機(jī)架等結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

傳動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)滑道、兩個(gè)氣缸以及末端執(zhí)行器組成，可分為水平橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置、水平縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置以及吸盤氣壓控制裝置三部分。水平橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置可在機(jī)架上進(jìn)行水平橫向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其作用是控制末端執(zhí)行器到達(dá)套筒同軸度位置，為后續(xù)套袋作業(yè)做準(zhǔn)備;水平縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置可在機(jī)架上進(jìn)行縱向水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其工作原理與水平橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置相同，其作用是完成已張開(kāi)塑料膜的套袋動(dòng)作;吸盤氣壓控制裝置由氣泵、真空發(fā)生器、吸盤組成，氣泵與真空發(fā)生器為吸盤提供吸氣氣壓，吸盤位于末端執(zhí)行器上，其作用是吸附塑料膜，用來(lái)完成對(duì)成疊塑料膜的分離以及單個(gè)塑料膜的張開(kāi)。

末端執(zhí)行器外形為環(huán)形，尺寸比套筒稍大，在末端執(zhí)行器下端有一個(gè)吸盤，用于吸附套袋的下層薄膜;在環(huán)狀裝置上分布有6個(gè)吸盤，用于套袋袋口的張開(kāi)并擴(kuò)至圓形，有利于保障后續(xù)套袋的質(zhì)量及效率。

氣吸式食用菌菌棒套袋器的工作原理為：取袋裝置通過(guò)吸盤將袋盒內(nèi)的保水膜或筒袋吸起，通過(guò)氣壓傳動(dòng)至末端執(zhí)行器處，末端執(zhí)行器下方的吸盤產(chǎn)生吸力吸附住下層的薄膜，取袋裝置中的吸盤吸附著上層薄膜移動(dòng)至末端執(zhí)行器上端，實(shí)現(xiàn)開(kāi)口作業(yè);末端執(zhí)行器環(huán)狀裝置上的吸盤開(kāi)始工作使薄膜袋口呈圓形展開(kāi);取袋裝置吸盤停止作業(yè)并復(fù)位至初始位置，等待下一次取袋作業(yè);吸附著圓形袋口的末端執(zhí)行器通過(guò)氣壓傳動(dòng)裝置水平橫向平移至與套筒同軸度的位置，隨后水平縱向平移完成套袋作業(yè);當(dāng)末端執(zhí)行器到達(dá)終點(diǎn)位置后，末端執(zhí)行器上的吸盤全部停止工作，薄膜袋即可留在套筒上，末端執(zhí)行器原路返回至初始位置，等待下一個(gè)薄膜袋的開(kāi)口吸附工作;當(dāng)末端執(zhí)行器復(fù)位后，原有機(jī)器上的紅色套筒開(kāi)始作業(yè)，完成裝料、卸料工作。

3 結(jié)語(yǔ)

采用新型食用菌菌棒自動(dòng)套袋器，極大地降低了人工成本，生產(chǎn)效率大幅度提高。全自動(dòng)化控制避免了人工操作失誤情況的發(fā)生，提高了機(jī)器的安全使用性能，保證了工作人員的人身安全，并且提高了加工質(zhì)量，達(dá)到菌棒裝袋的均勻一致性;同時(shí)減少了菌棒與人工、外界空氣的接觸，使菌棒的細(xì)菌達(dá)到無(wú)污染的標(biāo)準(zhǔn)，提高了食用菌的生產(chǎn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 智研咨詢集團(tuán).2016—2022年中國(guó)食用菌市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)與投資戰(zhàn)略研究報(bào)告[R/OL].[2016-06-28].http：//www.chyxx.com/research/201606/426643.html.

[2] 林靜，白雪衛(wèi)，李寶筏.食用菌培養(yǎng)料仿生裝袋機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008（2）：72-75.

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[6] 吳小春.新型食用菌菌棒自動(dòng)套袋裝袋機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（11）：39-40.

收稿日期：2020-07-23

作者簡(jiǎn)介：徐立青（1989—），女，山東聊城人，碩士研究生，講師，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。