自动无菌接种装袋制棒机的制作方法

本发明涉及一种自动无菌接种装袋制棒机，属于食用菌菌棒生产技术领域。

背景技术：

现有技术中，食用菌生产其缺陷是：基料（用于人工养殖菌菇的培养基）和菌袋（制作菌棒内装培养基的塑料袋）的消毒灭菌是制棒后进行，然后冷却接种，菌棒的灭菌消毒时间要比基料散料灭菌时间长，而且冷却时间也要加长，这样，所需的能耗比散料要大，生产周期长；现有的接种方式为固体点式接种和液体接种孔接种，菌丝的培养生长均为由固体接种点向内部扩散生长或由菌棒中心液体菌种点向外扩散生长，接种根据菌菇的品种不同，菌丝的培养周期也不同，以香菇为例，菌丝培养长满需35天左右时间；综合以上，现菌菇养殖生产工艺生产周期长、效率低、能耗大。

技术实现要素：

根据以上现有技术中的不足，本发明提供了一种设计合理、自动化程度高、制棒效率高、菌棒感染几率低、适用于食用菌工厂化菌棒生产的自动无菌接种装袋制棒机。

一种适用于食用菌养殖生产的自动无菌接种装袋制棒机，包括球阀、密封框架、定量给料机构、料仓、液体菌种喷射管、装袋给料机构、制袋机构、套袋机构、抱筒升降机构、转盘抱筒机构、扎口机构、出棒机构、主膜室、副膜室、无菌补风冷却系统、自动灭菌系统；球阀的下方安装定量给料机构，料仓与定量给料机构上下连接，再下方连接的是装袋给料机构，制袋机构在装袋给料机构下方、主膜室的上边，副膜室在主膜室的左侧，套袋机构安装在竖输送料管的侧面，抱筒升降机构安装在竖输送料管的正下方，转盘抱筒机构安装在抱筒升降机构与的出棒机构之间，出棒机构安装在转盘抱筒机构的侧面，与框架连接，出棒机构的正上方是扎口机构，无菌补风冷却系统在密封框架之外，其导风管与主机室连接；自动灭菌系统安装在自动无菌接种装袋制棒机的外围；工作前通过对密封框架内各机构零部件、主膜室、副膜室、定量给料机构内部、料仓内部进行蒸汽压力为0.1mpa，灭菌保压时间45-60min的高温蒸汽湿热灭菌，冷却后由无菌补风冷却系统对机内进行无菌补风，达到机内无菌空气压力保持为正压的环境，实现制棒的全过程在无菌的环境下进行，全部机构的工作运行皆有plc自动控制。

进一步的，料仓内部、定量给料机构内部、主机室、主膜室、副膜室、袋膜、制袋机构、装袋给料机构内部、液体菌种喷射管、套袋机构、扎口机构、转盘抱筒机构、出棒机构、抱筒升降机构、以及与基料、菌种接触的零部件都在密封的空间内可以实施蒸汽湿热高温灭菌：不与基料接触的零部件做与机器内部与外部密封隔断设计处理，设备外表面及密封门外表面做保温处理。

进一步的，液体菌种喷射管的位置在横输送料管和竖输送料管相交处的正上方。

进一步的，无菌补风冷却系统的方法，机内补风风源来自2个风机，通过机内的换热器，换热器与压缩机组合形成制冷系统，使冷却后的空气温度控制在10至20度之间，冷却空气经由导风管，再经过滤精度为0.01um的除菌滤芯过滤，然后无菌空气进入制棒机内部进行补风增压。

进一步的，设有2个膜室，即主膜室和副膜室，主膜室设有主膜室密封口，副膜室设有副膜室密封口，2个膜室可以单独进行高温蒸汽湿热灭菌。

进一步的，自动灭菌系统可以实现对制棒机内部的自动蒸汽湿热灭菌过程，主机室、主膜室、副膜室分别设有压力变送器、进蒸汽管、排水管，各进蒸汽管和各排水管分别设有电动球阀，主机室上端设有排气管和电动球阀，定量给料机构上端设有排气管和电动球阀，导风管末端设有控制风量的电动球阀、蒸汽管末端设有电动球阀，整个灭菌系统由控制柜中的plc自动控制。

进一步的，主机室、主膜室、副膜室之间设有主膜室密封口、副膜室密封口，各室可以单独灭菌。

进一步的，密封框架中的密封门设有手套孔和观察孔，手套孔包括盲板、盲板密封垫、密封法兰、法兰密封垫、固定法兰、固定圈、连接管、橡胶手套。

进一步的，定量给料机构，可以根据装袋的频率由plc控制实现定量给料的功能，定量给料机构主要有壳体、叶轮、减速电机组成，叶轮分为4个功能段，两两对称结构，其中2个料斗仓，2个间隔面，料斗仓的装料量由径向截面的角度α确定。

进一步的，所述的装袋给料机构包括2条横蛟龙、2条竖蛟龙、每条蛟龙各有一台电机驱动，2条横输送料管、2条竖输送料管，横蛟龙穿过料仓底部，与竖蛟龙垂直布置。

进一步的，所述的制袋机构，包括若干导向用走膜托辊，凹送袋胶辊与凸送袋胶辊在弹簧的作用下紧密接触，送袋胶辊下面依次安装用于热封口的熔块、切断卷膜的切刀、吸开袋口成形的吸盘、以及切刀动作的动力气缸和送袋气缸，送袋胶辊的动力为步进电机、由同步带传动，步进电机安装在步进电机箱内，其电机和减速机与框架密封隔离，步进电机箱与框架连接。

进一步的，制袋机构的凹送袋胶辊走膜区域根据卷状袋膜的宽度间隔均匀的加工凹槽，凸送袋胶辊走膜区域根据卷状袋膜的宽度间隔均匀的加工凸槽。

进一步的，所述的套袋机构上端设有大套袋气缸，其缸体安装在框架外侧，正下方两侧安装导向柱，套袋气缸杆下端安装小套袋气缸，小套袋气缸下端安装撑袋气缸以及撑爪。

进一步的，在装袋给料机构中的轴承室外表面设有环形冷却水室；在主膜室的外上平面安装上冷却水室和外侧面安装侧冷却水室。

进一步的，转盘抱筒机构设置在套袋机构的下方，转盘设置在分割器上，分割器的旋转由减速电动提供动力；转盘上设置可以上下移动的4个抱筒，抱筒连接导柱设置在转盘上，抱筒的开合由连杆机构完成。

进一步的，转盘抱筒机构中的连杆机构安装在转盘上，连杆1的一端与抱筒连接，中间叠加部分装配销轴，另一端分别与连杆2连接，连杆2与气缸推杆上的连接块连接，连杆机构由气缸驱动。

进一步的，抱筒升降机构设有升降抱筒的托盘，托盘安装在升降板上，升降板由链带动沿3条导柱上下移动，轴承座、传动轴固定在上固定板上，导柱连接上下固定板，传动轴与伺服电机分别安装链轮，上下固定板均安装在框架上，伺服电机安装在伺服电机箱内，其电机和减速机与框架密封隔离，伺服电机箱与框架连接。

进一步的，所述的扎口机设置在转盘抱筒机构的一侧、出袋机构的上方，固定板安装在框架上，固定板的下面安装有扎口板、两端安装用于扎口的扎口气缸、合口板与合口气缸设置在扎口板的一侧，抓手、提袋气缸、抓手气缸与齿轮配合安装在导柱侧面、线性滑轨与移动气缸配合安装在上端，送扣电机、安装在固定板上面，钉扣箱与密封门连接，钉扣箱设有进气管和排气管，钉扣箱内设有钉扣座、钉扣盘，钉扣箱与机内的连通设有控制球阀。

进一步的，所述的出棒机构设置在转盘抱筒机构与框架之间、扎口机的下方，包括气缸隔离仓，其内设置的出棒气缸缸体被隔离在框架外，气缸杆连接滑板；在滑板上设有推棒气缸，气缸杆安装推板，滑板下平面设有线性滑轨；线性滑轨的正上方设有出棒导向槽，导向槽的法兰与框架连接，法兰口设有密封板。

本发明现对于现有技术取得了如下有益效果：

自动无菌接种装袋制棒机，该机器主要包括：球阀、密封框架、定量给料机构、料仓、液体菌种喷射管、装袋给料机构、制袋机构、套袋机构、抱筒升降机构、转盘抱筒机构、扎口机、出棒机构、主膜室、副膜室、无菌补风冷却系统、自动灭菌系统，自动灭菌系统主要有控制柜、压力变送器、管道、电动球阀组成，安装在自动无菌接种装袋制棒机的外围；球阀的下方安装定量给料机构，料仓与定量给料机构上下连接，再下方连接的是装袋给料机构，制袋机构在装袋给料机构下方、主膜室的上边，副膜室在主膜室的左侧，套袋机构安装在竖输送料管的侧面，抱筒升降机构安装在竖输送料管的正下方，转盘抱筒机构安装在抱筒升降机构与的出棒机构之间，出棒机构安装在转盘抱筒机构的侧面，与框架连接，出棒机构的正上方是扎口机，无菌补风冷却系统在密封框架之外，其导风管与主机室连接；自动灭菌系统安装在自动无菌接种装袋制棒机的外围，本发明可以实现：密封框架内各机构零部件、主膜室、副膜室、定量给料机构内部、料仓内部经过蒸汽压力为0.1mpa的高温蒸汽湿热灭菌后，结合无菌补风冷却系统，从而可以在无菌的环境中，实现给料、接种、制袋、装袋、扎口、出袋的制棒全过程。并可以给菌袋、钉扣单独灭菌，实现连续生产；由于液体菌种喷射管的位置设计在横竖输送蛟龙的交接处的正上方，所以可以使菌种与基料混合均匀，并且在此进行接种还能最大限度的减少基料对菌种的损伤；定量给料机构设置在料仓的上方，由于基料是先行进行散料灭菌的，含有一定的水份，并且还含有其他成分如麦麸、石膏、豆皮等，所以基料有一定的粘性，通过定量给料机构，可以与制袋的频率匹配定量给与输送蛟龙基料，从而避免料仓基料过多而出现棚料的现象，而使菌棒的基料含有量不均匀；基料散料灭菌后接种，菌丝生长均匀而且时间短；本发明结构紧凑、生产效率高、制棒过程全部在无菌的环境下完成，感染几率低，对整个菌菇类人工养殖工艺、工厂化生产创造了一个全新的工艺、生产模式；本机器全部运转均由plc控制，达到自动化生产模式，使用本机器制棒，可以达到降低能源、缩短菌菇生产周期、有效降低劳动强度、降低综合生产成本。

附图说明

图1：整机示意图；

1.主机室、2.主膜室、3.副膜室、4.无菌补风冷却系统、5.料仓、6.定量给料机构、7.球阀、8.密封框架、27.密封门、28.锁紧手轮。

图2：内部结构示意图；

9.制袋机构、10.装袋给料机构、11.液体菌种喷射管、12.套袋机构、13.扎口机构、14.转盘抱筒机构、15.出棒机构、16.抱筒升降机构、17.主膜室膜架、18.卷状袋膜、19.副膜室膜架、20卷状袋膜、21.主膜室密封口、22.副膜室密封口、32.上冷却水室、33.侧冷却水室。

图3：a-a剖视图；

图4：c放大图；

23.走膜托辊、24.步进电机、24.1伺服电机箱、25.横输送料管、26.竖输送料管11.液体菌种喷射管、31.环形冷却水室、10.3轴承室。

图5：无菌补风冷却系统示意图；

4.1机架、4.2压缩机、4.3风机、4.4换热器、4.5导风管、4.6电动球阀、4.7蒸汽管道、4.8蒸汽阀门、4.8除菌过滤芯。

图6：定量给料机构示意图；

6.1壳体、6.2叶轮、6.3减速电机。

图7：出棒机构示意图；

15.1气缸隔离仓、15.2出棒气缸、15.3密封板、15.4出棒导向槽、15.5线性滑轨、15.6滑板、15.7推棒气缸、15.8推板、15.9法兰、14.1抱筒、14.2转盘。

图8：自动灭菌系统示意图；

30.1自动控制柜、30.2主膜室压力变送器、30.3副膜室压力变送器、30.4主机室压力变送器、30.5副膜室排水管、30.6电动球阀、30.7电动球阀、30.8主膜室排水管、30.9电动球阀、30.10电动球阀、30.11电动球阀、30.12蒸汽管、30.13主机室排水管、30.14电动球阀、30.15电动球阀、30.16排气管、30.17排气管、30.18电动球阀、30.19电动球阀、30.20蒸汽管、30.21电动球阀。

图9：密封门示意图；

27.1方管、27.2加强筋、27.3密封条、27.4观察孔、27.5钢板、27.6手套孔。

图10、11装袋给料机构示意图；

10.1横蛟龙、10.2竖蛟龙、25横输送料管、26竖输送料管、5料仓。

图12制袋机构示意图；

23走膜托辊、24步进电机、9.1同步带、9.2托辊支架、9.3凹送袋胶辊、9.4凸送袋胶辊、9.5切刀和气缸、9.6熔块、9.7吸盘、9.8撑袋气缸、9.9送袋气缸、9.10热熔气缸。

图13送袋胶辊示意图；

图14：套袋机构示意图；

12.1撑爪、12.2撑袋气缸、12.3导向柱、12.4小套袋气缸、12.5大套袋气缸。

图15-1：扎口机和钉扣箱示意图；

13.1扎口板、13.2合口气缸、13.3扎口气缸、13.4抓手、13.5导柱、13.6提袋气缸、13.7抓手气缸、13.8送扣电机、13.9钉扣、13.10球阀、13.11密封门、13.12钉扣箱、13.13钉扣盘、13.14钉扣座。

图15-2：扎口机示意图；

13.15固定板、13.16合口板、13.17齿轮、13.18线性滑轨、13.19移动气缸。

图16：手套口；

27.6.1盲板、27.6.2盲板密封垫、27.6.3密封法兰、27.6.4法兰密封垫、27.6.5固定法兰、27.6.6固定圈、27.6.7连接管、27.6.8橡胶手套。

图17：环形冷却水室；

图18：上冷却水室；

图19：侧冷却水室；

图20：转盘抱筒机构、抱筒升降机构；

14.1抱筒、14.2气缸、14.3分割器、14.4普通v带、14.5减速电机14.6转盘、14.7连杆机构、14.1-1、14.1-2、14.1-3、14.1-4为转盘上的4个抱筒、14.8导柱、16.1伺服电机、16.2链、16.3托盘、16.4导柱、16.5升降板。

图21：连杆机构；

14.7-1连杆1、14.7-2连杆2、14.7-3销轴、14.7-4转销、14.7-5连接块。

图22：抱筒升降机构；

16.1伺服电机、16.2链、16.3托盘、16.4导柱、16.5升降板、16.6链轮、16.7传动轴、16.8轴承座、16.9上固定板、16.10下固定板、16.11伺服电机箱。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此，以下实施例不构成对本发明权利要求的限制。

参照附图1、2、3、8，一种适用于食用菌工厂化生产菌棒的自动无菌接种装袋制棒机，包括：密封框架、定量给料机构、料仓、液体菌种喷射管、装袋给料机构、制袋机构、套袋机构、转盘抱筒机构、抱筒升降机构、扎口机、出棒机构、主膜室、副膜室、无菌补风冷却系统、自动灭菌系统；其中料仓内部、定量给料机构内部内部、主机室、主膜室、副膜室、袋膜、制袋机构、装袋给料机构内部、液体菌种喷射管、套袋机构、扎口机构、转盘抱筒机构、出棒机构、抱筒升降机构均在密闭空间内。

参照附图1、9，框架底板用钢板铺设密封，密封门与框架接触的表面粘有发泡硅胶密封条27.3，密封门边框钻孔，灭菌时，将密封门安装于框格外表面上，孔与螺杆配合由手锁紧手轮28压紧密封。

参照附图4，液体菌种喷射管11设置在横输送料管25和竖输送料管26相交处的正上方，由于液体菌种喷射管的位置设计在横竖输送蛟龙的交接处的正上方，所以可以使菌种与基料混合均匀，并且在此进行接种还能最大限度的减少基料对菌种的损伤，这是很多研究单位包括现有技术均未披露的，属于本申请非常重要的发明点之一。

喷射管内部在主机室1灭菌时可由源头部通蒸汽灭菌，主机内喷射管外表面随主机室一块灭菌，喷射管穿过密封框架部位做密封隔断处理。

参照附图1、2、7、8，灭菌前将各密封门、出棒密封板15.3安装于框架上，关闭定量给料机构上方球阀7、导风管电动球阀30.21，打开主膜室密封口21、副膜室密封口22，使机器内部处于一个密封的空间。

参照附图8，整机灭菌时，主、副膜室内可提前放置好卷状袋膜18、20，开启各蒸汽管电动球阀30.7、30.10、30.11、30.19，使蒸汽进入机内，开启排水电动球阀30.5、30.8、30.14进行排水，灭菌过程中，徐徐增大进气阀门的开合度，使蒸汽进入机内的压力逐渐增大，直至0.1±0.01mpa，排水阀门首先全开，随着冷凝水的逐渐减少，徐徐减小阀门的开合度，直至与进气保持压力稳定；开启排气电动球阀30.18、30.15进行排气，开合度是排气电动球阀通经的1/10--1/8；灭菌保压时间45-60min；灭菌保压结束后，先关闭各排气、排水电动球阀，再关闭各进气电动球阀；阀门的开合度根据压力变送器信号提前设置，由plc自动控制。

参照附图2、8、18、19，主膜室卷状袋膜用完时，关闭主膜室密封口21，打开主膜室密封门，进行换膜，单独对主膜室和袋膜灭菌，灭菌时，打开进气电动球阀30.10，使蒸汽进入主膜室，开启排水电动球阀30.9，上冷却水室32和侧冷却水室33通入循环水进行主膜室外侧降温，灭菌工艺过程与整机灭菌相同。

参照附图2、8，副膜室卷状袋膜用完时，关闭副膜室密封口22，打开副膜室密封门，进行换膜，单独对副膜室和袋膜灭菌，灭菌时，打开进气电动球阀30.7，使蒸汽进入主膜室，开启排水电动球阀30.5，灭菌工艺过程与整机灭菌相同。

参照附图5、7、17，整机灭菌完成冷却后，开启电动球阀30.18，启动风机4.3、压缩机4.2，无菌冷风通过导风管4.5、经过除菌过滤芯4.8，除菌过滤芯的过滤精度为0.01um，无菌空气进入制棒机内部进行补风增压；拆下出棒机构密封板15.3；环形冷却水室31通入循环水进行降温。

参照附图1、6，制棒时打开进料球阀7，基料进入定量给料机构，由于叶轮6.2的设计结构为2个料斗仓和2个间隔面，在减速电机6.3的驱动转动下，料斗仓旋转至上方时基料进入，旋转至侧面时，间隔面在上方，停止进料，再旋转至下方时基料落入料仓，由plc控制料斗仓给料一次，装一个菌棒，频率与装袋匹配。

参照附图2、4、10、11，基料进入装袋给料机构，由横蛟龙10.1将基料输送至竖蛟龙10.2，再由输蛟龙将基料输送至菌袋中，液体菌种喷射管的位置设置在横输送料管和竖输送料管相交处的正上方，在输料的过程中，液体菌种喷射管喷出一定量的液体菌种混入基料中。

参照附图2、3、12、13，打开主、副膜室密封口21、22，卷状袋膜18或20通过托辊支架9.2上的走膜托辊23进入制袋机构，步进电机安装在步进电机箱内，其电机和减速机与框架密封隔离，步进电机箱与框架连接，袋膜由步进电机24通过同步带9.1驱动凹凸送袋胶辊9.3、9.4转动来输送一定的长度；袋膜下垂一定长度后，吸盘9.7在撑袋气缸的作用下合毕夹住袋膜，安装在凹凸送袋胶辊下方的热熔气缸9.10驱动熔块9.6对袋膜进行封口热熔，热熔完成后，由气缸带动切刀9.5在袋膜封口的下方与吸盘之间进行切断，然后吸盘9.7在框架外真空泵的作用下将袋膜吸住，并在撑袋气缸的作用下打开，将袋膜的口吸开形成规则方形口；然后送袋气缸9.9打开，将撑袋气缸、吸盘连同吸附在吸盘上的袋膜送至竖输送料管26和套袋机构正下方。

参照附图2、14，大套袋气缸的缸体安装在框架外侧，撑爪12.1初始状态为闭合，膜袋送至撑爪下方后，由小套袋气缸12.4将撑爪插入膜袋中，然后撑袋气缸12.2打开，撑爪将膜袋撑开，然后大套袋气缸12.5带动撑爪将竖输送料管26套入膜袋中；装袋给料启动将基料装入袋中。

参照附图2、20、22，抱筒升降机构的托盘在竖输送料管的正下方；托盘16.3安装在升降板上16.5，伺服电机轴头上的链轮与安装在上固定板16.9上的轴承座16.8、传动轴16.4及链组成传动机构，使升降板上的抱筒14.1沿导柱16.4做上下移动；当竖输送料管套入膜袋后抱筒上升至膜袋底部，装袋的过程中，抱筒随着装袋的速度而徐徐下降，装袋完成降至初始位置，伺服电机安装在伺服电机箱内，其电机和减速机与框架密封隔离，伺服电机箱与框架连接，整个机构的动力由伺服电机提供。

参照附图20、21，装袋完成后，抱筒14.1降至初始位置，减速电机14.6驱动分割器14.3旋转，同时安装在分割器上的转盘14.6、抱筒、导柱随之旋转，抱筒14.1-1、14.1-2与14.1-3、14.1-4位置调换，转盘停止旋转，所述的转盘上安装的连杆机构2件连杆1（14.7-1）的一端与抱筒14.1以焊接的方式连接，中间叠加部分以销轴14.7-3限制自由度，另一端分别与连杆2（14.7-2）以转销14.7-4的方式连接，连杆2与气缸推杆上的连接块14.7-5用转销14.7-4连接，扎口机的抓手抓住菌棒后，气缸14.2驱动连杆机构工作，打开抱筒；

参照附图15-1、15-2、7，所述扎口机，抓手初始位置在抱筒14.1-3和14.1-4的正上方处于张开状态，菌棒转至其下方后，抓手13.4与齿轮13.17配合由抓手气缸13.7驱动，将菌棒口抓住，安装在上端的移动气缸13.19驱动抓手沿线性滑轨13.18移动至扎口板13.1中心，安装在扎口板侧面的合口板13.16由合口气缸13.2驱动进行合口，提袋气缸13.6驱动抓手沿导柱13.5先向下移动再向上提袋，扎口板两端的扎口气缸13.2工作进行扎口；扎口完成后，合口气缸驱动合口板打开，菌棒掉入出棒导向槽；钉扣箱13.12与密封门13.11密封连接，钉扣箱设有进气管和排气管，可单独进行高温蒸汽湿热灭菌，钉扣箱内设有钉扣座13.14、钉扣盘13.13安装在钉扣座上，钉扣箱与机内的连通设有控制球阀，钉扣可穿过球阀到达安装在固定板上的送扣电机13.8，每扎口一次，送扣电机送钉扣一个。

参照附图7、15-2、20，所述的出棒机构，气缸隔离仓15.1与框架连接，其内设置的出棒气缸缸体15.2被隔离在框架外，出棒导向槽设有法兰15.9，灭菌时安装密封板15.3与其连接密封，出棒时拆下；气缸杆连接滑板15.6，在滑板上安装推棒气缸15.7，推棒气缸杆安装推板15.8，初始位置在抱筒的侧前方，当菌棒转至14.1-3和14.1-4位置时，扎口机的抓手将其抓住，移送至扎口板中心，推棒气缸将推板移动至出棒导向槽15.4中心位置，待扎口工作完成，出棒气缸驱动滑板并带动推板沿线性滑轨15.5移动，将菌棒推出法兰口，一个工序完成后，各气缸回位，周而复始。

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