食用菌生料接種機的設計及實(shí)現

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

張晶(1987-)，女，工程師，研究方向：自動(dòng)控制類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

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(dòng)切片及分層、定量接種的準確控制幾個(gè)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(shù)為食用菌進(jìn)行接種操作的現代化農業(yè)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(chǎn)過(guò)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。傳統的接種為手工操作，不僅費時(shí)、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(chǎn)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(shí)現培養基原料自動(dòng)輸送、菌種自動(dòng)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(shí)現輸送電機的啟/?？刂?、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(shí)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(shí)現布種定位和定量控制，完成分層接種動(dòng)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(fā)光電開(kāi)關(guān)，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(cháng)度的設計和輸送電機的選型。

　　根據接種機高度，輸送帶長(cháng)度設計為2.0m，傳送速度0.4m/s，皮帶與滿(mǎn)載培養基的總重量5.0㎏，滑動(dòng)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(jīng)過(guò)計算，選擇7.5kW直流無(wú)刷電動(dòng)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(jìn)行有效破碎。首先將圓柱狀的固體菌種切片，經(jīng)過(guò)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(dòng)的同時(shí)，應使菌種水平方向按照一定頻率做間歇推進(jìn)運動(dòng)，因此投料機構需要水平和垂直兩個(gè)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(dòng)切片部分。

　　菌種是一個(gè)直徑大約15～20㎝、長(cháng)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(jìn)行反復推進(jìn)、停止動(dòng)作，因此菌種推送部分選用步進(jìn)電機帶動(dòng)絲杠向前推進(jìn);自動(dòng)切片部分設計曲柄搖臂滑塊機構，利用電機帶動(dòng)刀具做上下往復運動(dòng)，光電開(kāi)關(guān)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(jìn)器組成。電磁離合器在電路的控制下，自動(dòng)完成主軸之間的結合與分離;放進(jìn)培養基料斗(菌種種斗)內的原料，當動(dòng)力軸轉動(dòng)時(shí)，料斗(種斗)內加入的培養基料(菌種)被攪拌機構進(jìn)行攪拌分粒;螺旋推進(jìn)器用來(lái)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(guò)控制兩個(gè)料斗的電磁離合器的通斷實(shí)現，任何時(shí)刻只保持一個(gè)料斗出料;而定量控制是通過(guò)霍爾接近開(kāi)關(guān)和定位銷(xiāo)一起控制送入出料口的物料重量來(lái)實(shí)現，如圖5所示。

2.4 控制電路