电动菌包一体机的设计

黄振德

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157011)

0 引言

黑龙江省是黑木耳生产大省，食用菌种植户采取的主要栽培方式为使用食用菌菌包种植木耳[1]。食用菌菌包为食用菌生长的载体，生产过程有开袋、套袋、装袋、窝口、插棒、平口等多道工序。为解决生产食用菌包中存在的生产率低、费工费时、农民劳动强度大、产品成本高、产量和品质低下等问题，为实现制包过程的自动化生产，机械加工企业开发出了灌袋窝口插棒一体机，但现有设备在结构和输送布局上存在不足，造成设备占地大、生产效率低等问题。窝口插棒通常采用气缸与电动机配合实现，但成本较高，且采用气缸存在不适合在低温环境下生产的问题，另外，在装袋后将菌包放置到翻转机构时简单粗暴，将压实的菌袋摔散，不利于加工过程完全实现流水化生产作业[2]。因此，为实现食用菌培养，研制一种造价低、效率高、维修维护方便，适用于种植户使用的电动菌包一体机，用于食用菌菌包的生产，已成为食用菌种植户和生产厂家的共同需求。

1 总体结构和工作原理

1.1 总体结构

电动菌包一体机主要由装袋机构(包括螺旋输料器、料斗、滑动抱筒等)、菌包缓台机构、推送翻转机构、窝口机构、插棒平口机构等部分组成[3]，其结构如图1所示。

1.机架；2.电机；3.螺旋输料器；4.料斗；5.滑动抱筒；6.上滑道；7.菌包缓台；8.凸轮；9.升降电机；10.主链轮；11.窝口机构；12.转动电机；13.插棒平口机构；14.推送翻转机构；15.载台；16.菌袋图1 电动菌包一体机结构简图

1.2 工作原理

袋料栽培食用菌为农民种植食用菌的主要栽培方式，食用菌菌包的生产过程，先将调配的培养基料灌装到菌袋内，再将菌袋窝口，并插上菌棒。目前生产中多采用电动菌包灌袋机、食用菌窝口机两种机器分部完成灌袋和窝口插棒。电动菌包一体机能一次连续完成灌袋窝口插棒工作。

电动菌包一体机工作时，启动电机，将料斗里的基料通过电机带动的螺旋输料器灌装到菌袋中压实定型，滑动抱筒向后滑动将灌装的菌包放置到菌包缓台机构上。菌包由菌包缓台滚入到翻转抱筒中。翻转抱筒向前倾斜倒出菌包浮料，向后倾斜放入推送机构，推送机构将菌包推向窝口机构，窝口机构由五爪机械手进行窝口，机械手插杆进行插孔。窝口后菌袋继续向后移动，经插棒平口机构进行插棒、压平后，菌包生产完成。

2 整机技术参数

外形尺寸(长×宽×高)：2 060 mm×550 mm×1 310 mm；

整机重量：325 kg；

功率：5.1 kW；

生产效率：1000～1200 袋·h-1；

包装塑料规格(宽×高)：(158～162) mm×(350～390) mm。

3 关键机构设计

3.1 装袋机构

装袋机构是菌包一体机重要机构，其作用是将定量菌料装入人工套好的菌袋内。主要部件由机架、电机、螺旋输料器、料斗、滑动抱筒、上滑道等组成。料斗内有搅拌机构。人工套袋后由螺旋输料器把菌料送入菌袋，当紧实度和菌包长度达到要求后，滑动抱筒在上滑道滑动带动菌袋向后移动。螺旋输料器采用螺旋搅龙压实填充菌袋。

3.2 菌包缓台机构

在滑动抱筒装置和翻转抱筒之间安装有菌包缓台机构(图2)，缓台机构主要由上滑道、滑动抱筒、菌包缓台等组成，主要作用是菌包经过菌包缓台机构缓冲平稳柔和地滚入翻转抱筒，减少摔打碰撞，使菌包保持紧实度。

1.上滑道；2.滑动抱筒；3.菌袋；4.菌包缓台；5.翻转抱筒；6.连接杆；7.水平滑道图2 缓台机构

3.3 推送翻转机构

推送翻转机构包括抱筒、旋转轴、推板、连接杆、水平滑块、水平滑道、曲柄、连杆和从链轮组成(图3)。推送翻转机构将经过装袋机装好的菌包放入抱筒向前倾斜倒出浮料，向后倾斜放入推送机构，通过连接杆推动滑轨驱动翻转抱筒动作。通过曲柄连杆实现翻转抱筒机构的翻转，把压实菌袋表面的浮料倾倒干净。推板固定在连接杆上，连接杆固定在水平滑块上，水平滑块固定在水平滑道上并可沿水平滑道往复运动，水平滑块通过曲柄和连杆与从链轮连接，通过从链轮带动曲柄、连杆推动水平滑块在水平滑道上往复运动，从而带动推板往复运动来推动菌包依次经过窝口机构。

1.从链轮；2.菌袋；3.载台；4.推送机构；5.曲柄；6.连杆；7.水平滑道；8.水平滑块；9.推板；10.连接杆；11.旋转轴；12.抱筒图3 推送翻转机构

3.4 推送机构

推送机构将菌包从载台上依次推向窝口机构，推送机构主要由推板、连接杆、水平滑块、水平滑道、曲柄、连杆和从链轮组成(图3)。推板固定在连接杆上，连接杆固定在水平滑块上，水平滑块固定在水平滑道上并且可沿水平滑道往复运动，水平滑块通过曲柄和连杆与从链轮连接，通过从链轮带动曲柄、连杆推动水平滑块在水平滑道上往复运动，从而带动推板往复运动来推动菌包依次经过窝口机构。

3.5 窝口机构

窝口机构是电动菌包一体机的关键部件，主要包括转动电机、凸轮、连杆机构、窝口机械手机构等(图4)。其作用是对倒掉浮料的菌袋窝口钻孔。各部件的功能如下。

1.机械手；2.窝口机械手机构；3.上滑动爪；4.转动电机；5.机械手插杆；6.下压杆；7.竖直滑道；8.滑块；9.连杆机构Ⅰ；10.滚轮Ⅰ；11.凸轮；12.滚轮Ⅱ；13.弹簧；14.连杆机构Ⅱ；15.拨叉图4 窝口机构

1)连杆机构为两组。一组连杆机构通过滚轮与凸轮周面配合，控制机械手插杆的升降。另一组连杆机构通过滚轮与凸轮端面的轨迹槽配合，控制拨叉升降，实现机械手的合拢，完成窝口动作。

2)窝口机械手机构。通过转动电机驱动实现机械手插杆和窝口机械手旋转，并通过凸轮带动连杆实现机械手插杆的插孔和机械手手爪的收口动作，机械手插杆实现为菌包插孔，插孔是为了将菌袋口窝入孔中，使后面插棒更加容易，保护菌包不被涨裂。拨叉向下移动使机械手合拢完成菌袋窝口。机械手使用五爪的形式进行窝口，可以实现菌袋在窝口处出现均匀规则的窝口褶皱。

3.6 插棒平口机构

插棒平口机构主要由压杆、平口杆、插棒杆组成(图5)。平口杆上有竖杆、平口板、平口球，平口球能够稳定地把插棒压到指定位置。其主要作用是将从载台推送的收好口的菌袋，进行插棒、压平。插棒杆与平口杆、机械手插杆连动同步起落。平口机构通过平口板下方的平口球把插入菌袋内的菌棒压入到合适位置。

1.压杆；2.插棒杆；3.平口杆图5 插棒平口机构

4 应用前景

电动菌包一体机把菌料装袋机和窝口插棒机结合为装袋插棒窝口一体机，既保留了传统机型的优点，又进行了创新。图6为电动菌包一体机作业现场情况，该机器具有以下优点：

图6 电动菌包一体机作业现场

1)该机器实现了生产食用菌菌包的多个工装步骤，一机就能实现两机或多机才能完成的装袋、窝口、插棒、平口多个工序。一次性自动完成操作方便快捷，提高了木耳菌袋生产效率，保证菌袋质量，减少操作人数，降低劳动强度及菌包生产成本。

2)增加缓冲平台，当装袋机把压实装好的菌袋放到翻转机构之前，进行一个缓冲，使菌包能平稳柔和地放置到翻转机构上，避免菌包遭到破坏。使菌包保持紧实度，为倒浮料及窝口插棒平口做好工作，提高了作业质量和工作效率。

3)采用三个电机提供动力，动力结构更加合理，动力传动稳定高效。窝口插棒平口部分用机械结构代替气缸与电动机配合的结构，克服了不适合在低温环境生产的问题，用机械结构完成窝口平口插棒工序，作业平稳安全，可靠性高，适应性强。

4)窝口机械手采用五爪机械手，使用五爪机械手窝口，菌棒褶皱比用四爪及六爪机械手更简洁，钻孔插棒更顺畅。

5)该电动菌包一体机与同类型装袋机及窝口机相比，整机造价更低，维修调节方便安全，作业效率高，故障率低。

该机经过生产实验各项指标均能达到生产要求，在市场受到食用菌种植户的欢迎，能满足种植户的需要也能满足菌包生产企业自动化的需求。还能为食用菌生产设备提供参考，为食用菌种植户和食用菌产业规模的扩大提供帮助，取得可观的经济效益和社会效益。