食用菌菌棒自動套袋器的設計研究

徐立青 崔永杰

摘要：目前，我國食用菌裝袋機大多為半自動化設備，其中進料、攪拌、出料等工序均可實現機械化，但是套袋工序至少需要2名工人完成，在人工套袋過程中存在工人勞動強度大、工作性質危險、生產效率低、菌棒污染嚴重等問題，為了解決以上問題，對食用菌菌棒自動套袋器進行了研究，利用自動套袋器可實現套袋工序全自動化，減少人工，節約成本，提高菌棒生產質量。

關鍵詞：食用菌菌棒;自動套袋器;結構設計

0 引言

近幾年來，我國食用菌生產發展較快，其總產值在種植業中排在糧、棉、油、菜和果之后，位居第6位，且出口量不斷增多[1]。食用菌生產工藝過程是：備料→攪拌→裝袋→打眼→滅菌→接種→培養→采收→干燥→包裝貯藏和深加工。在此工藝過程中，培養料裝袋是一項用工量最大、最易使料感染細菌的一道工序，直接關系到食用菌生產的產量和品質。手工小作坊生產菌棒，易造成菌種污染，且產量低、效益差，已滿足不了市場發展需求，而食用菌機械化生產專業化程度高，生產穩定，凈化條件優越，管理制度嚴格，同時可以提高勞動生產率，及時生產出所需的菌種和培養料，在減輕勞動強度的同時保證了生產質量，而且還可進一步擴大生產規模，有利于形成機械化規模經營[2]。

1 研究現狀

目前食用菌培養料出料機構有臥式螺旋出料和立式沖壓出料兩種機型，由于食用菌生產原材料主要是木屑顆粒，而立式沖壓出料容易劃破菌袋，形成微孔，造成污染，因此，臥式螺旋出料機構更適合食用菌菌棒生產[3]。劉恩宏、李肖存[4]利用螺旋推進器的擠壓原理，設計了一款食用菌裝袋機，物料可由輸送帶送入喂料口經由攪拌軸與主軸進入護套內，用腳控制電機開關，隨著電機轉動，物料不斷進入到菌袋內，最后完成裝袋過程，該機的裝袋效率可達到600袋/h，但是該裝袋機需要人工事先將菌袋套在出料口的套筒上，不能實現食用菌棒的全自動化生產。市場上還有電動式食用菌抱筒裝袋機[5]，為抱筒攪龍結構，組合式設計，是傳統裝袋機和沖壓式自動裝袋機的結合物，生產效率達到600～900袋/h，可滿足不同長度的菌棒裝袋作業，但是該抱筒裝袋機也屬于半自動化機械設備。吳小春[6]設計了一種新型食用菌菌棒自動套袋裝袋機，該套袋裝袋機是由套袋機、裝袋機、扎口機和接種機組成的生產流水線，可實現套袋、裝袋、扎口等工序的全自動化生產作業。

綜上所述，目前國內使用的食用菌裝袋機大多為半自動化機械設備，工作過程為進料、攪拌、套袋、出料，其中進料、攪拌、出料等工序均可實現機械化，但是自動套袋技術較難實現，一般由人工完成，因此在實際生產中，還需要2名套袋工人進行手動套袋，工作效率低下，勞動強度大，工作危險性較大;并且在套袋過程中，菌棒與外界空氣、工作人員直接接觸，導致細菌感染菌棒，尤其是滅菌后的菌種細菌感染率非常高，降低了食用菌的經濟效益。

2 食用菌菌棒自動套袋器的設計

2.1? ? 功能要求

為了解決菌棒實際生產中存在的工人勞動強度大、工作性質危險、生產效率低、菌棒污染嚴重等問題，本文的研究內容如下：實現在無人操作下，利用食用菌菌棒自動套袋器完成套袋工序，減少人工，節約成本。

基于此，對食用菌菌棒自動套袋器的功能提出了以下3點要求：（1）長時間套袋作業下末端執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）保證自動套袋效率達到并高于人工套袋效率。

2.2? ? 關鍵技術

本文設計的新型食用菌菌棒自動套袋器，在全自動化套袋作業中，利用氣吸式末端執行器將菌袋自動吸附并撐開后套在出料套筒上，因此，食用菌菌棒自動套袋器的關鍵技術是氣吸式末端執行器的設計。

2.3? ? 工作原理

氣吸式食用菌菌棒自動套袋器主要包括套筒、氣吸式末端執行器、取袋裝置、氣壓傳動裝置、機架等結構，如圖1所示。

傳動系統由兩個滑道、兩個氣缸以及末端執行器組成，可分為水平橫向往復運動裝置、水平縱向往復運動裝置以及吸盤氣壓控制裝置三部分。水平橫向往復運動裝置可在機架上進行水平橫向的往復運動，其作用是控制末端執行器到達套筒同軸度位置，為后續套袋作業做準備;水平縱向往復運動裝置可在機架上進行縱向水平往復運動，其工作原理與水平橫向往復運動裝置相同，其作用是完成已張開塑料膜的套袋動作;吸盤氣壓控制裝置由氣泵、真空發生器、吸盤組成，氣泵與真空發生器為吸盤提供吸氣氣壓，吸盤位于末端執行器上，其作用是吸附塑料膜，用來完成對成疊塑料膜的分離以及單個塑料膜的張開。

末端執行器外形為環形，尺寸比套筒稍大，在末端執行器下端有一個吸盤，用于吸附套袋的下層薄膜;在環狀裝置上分布有6個吸盤，用于套袋袋口的張開并擴至圓形，有利于保障后續套袋的質量及效率。

氣吸式食用菌菌棒套袋器的工作原理為：取袋裝置通過吸盤將袋盒內的保水膜或筒袋吸起，通過氣壓傳動至末端執行器處，末端執行器下方的吸盤產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至末端執行器上端，實現開口作業;末端執行器環狀裝置上的吸盤開始工作使薄膜袋口呈圓形展開;取袋裝置吸盤停止作業并復位至初始位置，等待下一次取袋作業;吸附著圓形袋口的末端執行器通過氣壓傳動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;當末端執行器到達終點位置后，末端執行器上的吸盤全部停止工作，薄膜袋即可留在套筒上，末端執行器原路返回至初始位置，等待下一個薄膜袋的開口吸附工作;當末端執行器復位后，原有機器上的紅色套筒開始作業，完成裝料、卸料工作。

3 結語

采用新型食用菌菌棒自動套袋器，極大地降低了人工成本，生產效率大幅度提高。全自動化控制避免了人工操作失誤情況的發生，提高了機器的安全使用性能，保證了工作人員的人身安全，并且提高了加工質量，達到菌棒裝袋的均勻一致性;同時減少了菌棒與人工、外界空氣的接觸，使菌棒的細菌達到無污染的標準，提高了食用菌的生產質量，實現了經濟效益的最大化。

[參考文獻]

[1] 智研咨詢集團.2016—2022年中國食用菌市場運營態勢與投資戰略研究報告[R/OL].[2016-06-28].http：//www.chyxx.com/research/201606/426643.html.

[2] 林靜，白雪衛，李寶筏.食用菌培養料仿生裝袋機的設計[J].農機化研究，2008（2）：72-75.

[3] 李玉，張振宇，尚曉冬，等.香菇菌棒工廠化生產及其問題淺析[J].食用菌，2017，39（3）：3-4.

[4] 劉恩宏，李孝存.蘑菇菌裝袋機的初步研究[J].農機使用與維修，2004（4）：9.

[5] 王軍.介紹一款電動式食用菌抱筒裝袋機[J].農村百事通，2016（16）：51.

[6] 吳小春.新型食用菌菌棒自動套袋裝袋機的設計與應用[J].現代制造技術與裝備，2016（11）：39-40.

收稿日期：2020-07-23

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