食用菌生料接种机的设计及实现

作者 张晶 王帅 周宏远 赵旭 河北省自动化研究所(河北 石家庄 050081)

张晶(1987-)，女，工程师，研究方向：自动控制类产品的开发。

摘要：本文针对现阶段人工接种的不足，从输送电机的选型、投料机构的设计、菌种的自动切片及分层、定量接种的准确控制几个方面，提供了一种详细的生料接种机的设计方案。

引言

　　食用菌生料接种机是采用生料栽培技术为食用菌进行接种操作的现代化农业机械设备，主要适用于平菇、凤尾菇、草菇和大球盖菇的接种。

　　在食用菌生产过程中，接种是最关键的一道工序，接种方法直接关系到菌种生产的成败。传统的接种为手工操作，不仅费时、费力、工效低，而且容易受操作不当的影响，导致杂菌污染，造成培养袋报废，增加生产成本。

　　本文设计了一种食用菌生料接种机，模拟人工分层接种方法，实现培养基原料自动输送、菌种自动切块、分层接种和同步装袋联合作业，完成食用菌接种的连续操作，降低菌种污染的同时，提高食用菌种植的生产效率。

1 整体设计

　　该食用菌生料接种机主要由输送机构、投料机构、接种机构和控制电路部分组成。输送机构实现输送电机的启/停控制、速度控制和定位控制，用于输送培养基到料斗内;投料机构实现菌种切块控制、菌种的投料量和落料控制，直接把切好块的菌种落到种斗内;接种机构实现布种定位和定量控制，完成分层接种动作，方便装袋;控制电路采用单片机作为控制单元，可以人工输入布种层数，每装一袋，均需要人工触发光电开关，避免原料浪费。

2 各组成部分设计

2.1 输送机构

　　输送机构用于代替人工送料，完成培养基料的输送，主要由牵引链、底板、机架、输送电机等主要部件组成，如图1所示。

　　输送机构的设计主要包括输送带长度的设计和输送电机的选型。

　　根据接种机高度，输送带长度设计为2.0m，传送速度0.4m/s，皮带与满载培养基的总重量5.0㎏，滑动面摩擦系数0.2，计算传送电机功率。

　　首先根据公式计算恒定负载功率。

　　经过计算，选择7.5kW直流无刷电动机，配合调速电路一起使用，完成培养基料输送至料斗内。

2.2 投料机构

　　为保证接种均匀，固体菌种在接种前应先进行有效破碎。首先将圆柱状的固体菌种切片，经过切片的菌种直接落入种斗内，在种斗内搅拌分粒，装袋接种。为保证菌种连续均匀切片，在切片刀具上下往复运动的同时，应使菌种水平方向按照一定频率做间歇推进运动，因此投料机构需要水平和垂直两个方向的电机。

　　投料机构的设计主要包括菌种推送部分和自动切片部分。

　　菌种是一个直径大约15～20㎝、长度约35～40㎝的菌种棒，按照菌种与袋培养基1：50的比例接种，每袋菌种需要进行反复推进、停止动作，因此菌种推送部分选用步进电机带动丝杠向前推进;自动切片部分设计曲柄摇臂滑块机构，利用电机带动刀具做上下往复运动，光电开关控制行程，如图2和图3所示。

2.3 接种机构

　　接种机构完成培养基和菌种的分层布种和人工装袋流程，主要由电磁离合器、搅拌结构和螺旋推进器组成。电磁离合器在电路的控制下，自动完成主轴之间的结合与分离;放进培养基料斗(菌种种斗)内的原料，当动力轴转动时，料斗(种斗)内加入的培养基料(菌种)被搅拌机构进行搅拌分粒;螺旋推进器用来输送物料并与相应的防护罩配合使用完成装袋工作，如图4所示。

　　菌种和培养基的分层定位是通过控制两个料斗的电磁离合器的通断实现，任何时刻只保持一个料斗出料;而定量控制是通过霍尔接近开关和定位销一起控制送入出料口的物料重量来实现，如图5所示。

2.4 控制电路