電動(dòng)菌包一體機(jī)的設(shè)計(jì)

黃振德

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

黑龍江省是黑木耳生產(chǎn)大省，食用菌種植戶(hù)采取的主要栽培方式為使用食用菌菌包種植木耳[1]。食用菌菌包為食用菌生長(zhǎng)的載體，生產(chǎn)過(guò)程有開(kāi)袋、套袋、裝袋、窩口、插棒、平口等多道工序。為解決生產(chǎn)食用菌包中存在的生產(chǎn)率低、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)品成本高、產(chǎn)量和品質(zhì)低下等問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)制包過(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)，機(jī)械加工企業(yè)開(kāi)發(fā)出了灌袋窩口插棒一體機(jī)，但現(xiàn)有設(shè)備在結(jié)構(gòu)和輸送布局上存在不足，造成設(shè)備占地大、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。窩口插棒通常采用氣缸與電動(dòng)機(jī)配合實(shí)現(xiàn)，但成本較高，且采用氣缸存在不適合在低溫環(huán)境下生產(chǎn)的問(wèn)題，另外，在裝袋后將菌包放置到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時(shí)簡(jiǎn)單粗暴，將壓實(shí)的菌袋摔散，不利于加工過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)流水化生產(chǎn)作業(yè)[2]。因此，為實(shí)現(xiàn)食用菌培養(yǎng)，研制一種造價(jià)低、效率高、維修維護(hù)方便，適用于種植戶(hù)使用的電動(dòng)菌包一體機(jī)，用于食用菌菌包的生產(chǎn)，已成為食用菌種植戶(hù)和生產(chǎn)廠家的共同需求。

1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

電動(dòng)菌包一體機(jī)主要由裝袋機(jī)構(gòu)(包括螺旋輸料器、料斗、滑動(dòng)抱筒等)、菌包緩臺(tái)機(jī)構(gòu)、推送翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、窩口機(jī)構(gòu)、插棒平口機(jī)構(gòu)等部分組成[3]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.機(jī)架；2.電機(jī)；3.螺旋輸料器；4.料斗；5.滑動(dòng)抱筒；6.上滑道；7.菌包緩臺(tái)；8.凸輪；9.升降電機(jī)；10.主鏈輪；11.窩口機(jī)構(gòu)；12.轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；13.插棒平口機(jī)構(gòu)；14.推送翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；15.載臺(tái)；16.菌袋圖1 電動(dòng)菌包一體機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 工作原理

袋料栽培食用菌為農(nóng)民種植食用菌的主要栽培方式，食用菌菌包的生產(chǎn)過(guò)程，先將調(diào)配的培養(yǎng)基料灌裝到菌袋內(nèi)，再將菌袋窩口，并插上菌棒。目前生產(chǎn)中多采用電動(dòng)菌包灌袋機(jī)、食用菌窩口機(jī)兩種機(jī)器分部完成灌袋和窩口插棒。電動(dòng)菌包一體機(jī)能一次連續(xù)完成灌袋窩口插棒工作。

電動(dòng)菌包一體機(jī)工作時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，將料斗里的基料通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)的螺旋輸料器灌裝到菌袋中壓實(shí)定型，滑動(dòng)抱筒向后滑動(dòng)將灌裝的菌包放置到菌包緩臺(tái)機(jī)構(gòu)上。菌包由菌包緩臺(tái)滾入到翻轉(zhuǎn)抱筒中。翻轉(zhuǎn)抱筒向前傾斜倒出菌包浮料，向后傾斜放入推送機(jī)構(gòu)，推送機(jī)構(gòu)將菌包推向窩口機(jī)構(gòu)，窩口機(jī)構(gòu)由五爪機(jī)械手進(jìn)行窩口，機(jī)械手插桿進(jìn)行插孔。窩口后菌袋繼續(xù)向后移動(dòng)，經(jīng)插棒平口機(jī)構(gòu)進(jìn)行插棒、壓平后，菌包生產(chǎn)完成。

2 整機(jī)技術(shù)參數(shù)

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：2 060 mm×550 mm×1 310 mm；

整機(jī)重量：325 kg；

功率：5.1 kW；

生產(chǎn)效率：1000～1200 袋·h-1；

包裝塑料規(guī)格(寬×高)：(158～162) mm×(350～390) mm。

3 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 裝袋機(jī)構(gòu)

裝袋機(jī)構(gòu)是菌包一體機(jī)重要機(jī)構(gòu)，其作用是將定量菌料裝入人工套好的菌袋內(nèi)。主要部件由機(jī)架、電機(jī)、螺旋輸料器、料斗、滑動(dòng)抱筒、上滑道等組成。料斗內(nèi)有攪拌機(jī)構(gòu)。人工套袋后由螺旋輸料器把菌料送入菌袋，當(dāng)緊實(shí)度和菌包長(zhǎng)度達(dá)到要求后，滑動(dòng)抱筒在上滑道滑動(dòng)帶動(dòng)菌袋向后移動(dòng)。螺旋輸料器采用螺旋攪龍壓實(shí)填充菌袋。

3.2 菌包緩臺(tái)機(jī)構(gòu)

在滑動(dòng)抱筒裝置和翻轉(zhuǎn)抱筒之間安裝有菌包緩臺(tái)機(jī)構(gòu)(圖2)，緩臺(tái)機(jī)構(gòu)主要由上滑道、滑動(dòng)抱筒、菌包緩臺(tái)等組成，主要作用是菌包經(jīng)過(guò)菌包緩臺(tái)機(jī)構(gòu)緩沖平穩(wěn)柔和地滾入翻轉(zhuǎn)抱筒，減少摔打碰撞，使菌包保持緊實(shí)度。

1.上滑道；2.滑動(dòng)抱筒；3.菌袋；4.菌包緩臺(tái)；5.翻轉(zhuǎn)抱筒；6.連接桿；7.水平滑道圖2 緩臺(tái)機(jī)構(gòu)

3.3 推送翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

推送翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括抱筒、旋轉(zhuǎn)軸、推板、連接桿、水平滑塊、水平滑道、曲柄、連桿和從鏈輪組成(圖3)。推送翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將經(jīng)過(guò)裝袋機(jī)裝好的菌包放入抱筒向前傾斜倒出浮料，向后傾斜放入推送機(jī)構(gòu)，通過(guò)連接桿推動(dòng)滑軌驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)抱筒動(dòng)作。通過(guò)曲柄連桿實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)抱筒機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)，把壓實(shí)菌袋表面的浮料傾倒干凈。推板固定在連接桿上，連接桿固定在水平滑塊上，水平滑塊固定在水平滑道上并可沿水平滑道往復(fù)運(yùn)動(dòng)，水平滑塊通過(guò)曲柄和連桿與從鏈輪連接，通過(guò)從鏈輪帶動(dòng)曲柄、連桿推動(dòng)水平滑塊在水平滑道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)推板往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)菌包依次經(jīng)過(guò)窩口機(jī)構(gòu)。

1.從鏈輪；2.菌袋；3.載臺(tái)；4.推送機(jī)構(gòu)；5.曲柄；6.連桿；7.水平滑道；8.水平滑塊；9.推板；10.連接桿；11.旋轉(zhuǎn)軸；12.抱筒圖3 推送翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

3.4 推送機(jī)構(gòu)

推送機(jī)構(gòu)將菌包從載臺(tái)上依次推向窩口機(jī)構(gòu)，推送機(jī)構(gòu)主要由推板、連接桿、水平滑塊、水平滑道、曲柄、連桿和從鏈輪組成(圖3)。推板固定在連接桿上，連接桿固定在水平滑塊上，水平滑塊固定在水平滑道上并且可沿水平滑道往復(fù)運(yùn)動(dòng)，水平滑塊通過(guò)曲柄和連桿與從鏈輪連接，通過(guò)從鏈輪帶動(dòng)曲柄、連桿推動(dòng)水平滑塊在水平滑道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)推板往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)菌包依次經(jīng)過(guò)窩口機(jī)構(gòu)。

3.5 窩口機(jī)構(gòu)

窩口機(jī)構(gòu)是電動(dòng)菌包一體機(jī)的關(guān)鍵部件，主要包括轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、凸輪、連桿機(jī)構(gòu)、窩口機(jī)械手機(jī)構(gòu)等(圖4)。其作用是對(duì)倒掉浮料的菌袋窩口鉆孔。各部件的功能如下。

1.機(jī)械手；2.窩口機(jī)械手機(jī)構(gòu)；3.上滑動(dòng)爪；4.轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；5.機(jī)械手插桿；6.下壓桿；7.豎直滑道；8.滑塊；9.連桿機(jī)構(gòu)Ⅰ；10.滾輪Ⅰ；11.凸輪；12.滾輪Ⅱ；13.彈簧；14.連桿機(jī)構(gòu)Ⅱ；15.撥叉圖4 窩口機(jī)構(gòu)

1)連桿機(jī)構(gòu)為兩組。一組連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)滾輪與凸輪周面配合，控制機(jī)械手插桿的升降。另一組連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)滾輪與凸輪端面的軌跡槽配合，控制撥叉升降，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的合攏，完成窩口動(dòng)作。

2)窩口機(jī)械手機(jī)構(gòu)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手插桿和窩口機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)凸輪帶動(dòng)連桿實(shí)現(xiàn)機(jī)械手插桿的插孔和機(jī)械手手爪的收口動(dòng)作，機(jī)械手插桿實(shí)現(xiàn)為菌包插孔，插孔是為了將菌袋口窩入孔中，使后面插棒更加容易，保護(hù)菌包不被漲裂。撥叉向下移動(dòng)使機(jī)械手合攏完成菌袋窩口。機(jī)械手使用五爪的形式進(jìn)行窩口，可以實(shí)現(xiàn)菌袋在窩口處出現(xiàn)均勻規(guī)則的窩口褶皺。

3.6 插棒平口機(jī)構(gòu)

插棒平口機(jī)構(gòu)主要由壓桿、平口桿、插棒桿組成(圖5)。平口桿上有豎桿、平口板、平口球，平口球能夠穩(wěn)定地把插棒壓到指定位置。其主要作用是將從載臺(tái)推送的收好口的菌袋，進(jìn)行插棒、壓平。插棒桿與平口桿、機(jī)械手插桿連動(dòng)同步起落。平口機(jī)構(gòu)通過(guò)平口板下方的平口球把插入菌袋內(nèi)的菌棒壓入到合適位置。

1.壓桿；2.插棒桿；3.平口桿圖5 插棒平口機(jī)構(gòu)

4 應(yīng)用前景

電動(dòng)菌包一體機(jī)把菌料裝袋機(jī)和窩口插棒機(jī)結(jié)合為裝袋插棒窩口一體機(jī)，既保留了傳統(tǒng)機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)，又進(jìn)行了創(chuàng)新。圖6為電動(dòng)菌包一體機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，該機(jī)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖6 電動(dòng)菌包一體機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

1)該機(jī)器實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)食用菌菌包的多個(gè)工裝步驟，一機(jī)就能實(shí)現(xiàn)兩機(jī)或多機(jī)才能完成的裝袋、窩口、插棒、平口多個(gè)工序。一次性自動(dòng)完成操作方便快捷，提高了木耳菌袋生產(chǎn)效率，保證菌袋質(zhì)量，減少操作人數(shù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及菌包生產(chǎn)成本。

2)增加緩沖平臺(tái)，當(dāng)裝袋機(jī)把壓實(shí)裝好的菌袋放到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之前，進(jìn)行一個(gè)緩沖，使菌包能平穩(wěn)柔和地放置到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，避免菌包遭到破壞。使菌包保持緊實(shí)度，為倒浮料及窩口插棒平口做好工作，提高了作業(yè)質(zhì)量和工作效率。

3)采用三個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力結(jié)構(gòu)更加合理，動(dòng)力傳動(dòng)穩(wěn)定高效。窩口插棒平口部分用機(jī)械結(jié)構(gòu)代替氣缸與電動(dòng)機(jī)配合的結(jié)構(gòu)，克服了不適合在低溫環(huán)境生產(chǎn)的問(wèn)題，用機(jī)械結(jié)構(gòu)完成窩口平口插棒工序，作業(yè)平穩(wěn)安全，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)。

4)窩口機(jī)械手采用五爪機(jī)械手，使用五爪機(jī)械手窩口，菌棒褶皺比用四爪及六爪機(jī)械手更簡(jiǎn)潔，鉆孔插棒更順暢。

5)該電動(dòng)菌包一體機(jī)與同類(lèi)型裝袋機(jī)及窩口機(jī)相比，整機(jī)造價(jià)更低，維修調(diào)節(jié)方便安全，作業(yè)效率高，故障率低。

該機(jī)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到生產(chǎn)要求，在市場(chǎng)受到食用菌種植戶(hù)的歡迎，能滿(mǎn)足種植戶(hù)的需要也能滿(mǎn)足菌包生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)化的需求。還能為食用菌生產(chǎn)設(shè)備提供參考，為食用菌種植戶(hù)和食用菌產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大提供幫助，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。