趙玉達(dá) 張秀花 王澤河 弋景剛 劉江濤

摘要：蝦體定向排列是對(duì)蝦深加工過(guò)程中的重要工序，在一定程度上決定著自動(dòng)加工生產(chǎn)線的可行性。本研究設(shè)計(jì)了一種對(duì)蝦背腹定向裝置，以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化。試驗(yàn)結(jié)果證明，該裝置適用于死亡2 h以內(nèi)的去頭蝦體，定向輥間隙為7 mm時(shí)，對(duì)厚度為12～13 mm的對(duì)蝦的定向率為90%。

關(guān)鍵詞：對(duì)蝦背腹定向裝置；深加工；定向輥

中圖分類號(hào)： TS254.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）02-0356-02

收稿日期：2013-07-02

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（海洋）科研專項(xiàng)（編號(hào)：201205031）；河北省科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：12227169）。

作者簡(jiǎn)介：趙玉達(dá)（1986—），男，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，主要從事機(jī)械制造及其自動(dòng)化技術(shù)研究。E-mail：zhaoyuda77@163.com。

通信作者：張秀花，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造及自動(dòng)化方面的研究。E-mail：zhang72xh@163.com。對(duì)蝦營(yíng)養(yǎng)豐富且肉質(zhì)松軟，易消化，蛋白質(zhì)含量高，脂肪含量低，并富含多種礦物質(zhì)，深受人們喜愛(ài)，蝦仁是主要產(chǎn)品之一。對(duì)蝦是歐美日等國(guó)家餐桌上的美味，約占日常使用水產(chǎn)品的35%，近幾年來(lái)其需求有上升趨勢(shì)。我國(guó)為水產(chǎn)大國(guó)，但水產(chǎn)品加工遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，主要表現(xiàn)在水產(chǎn)品加工的技術(shù)裝備落后、深加工產(chǎn)品少等方面[1]。蝦體定向排序是對(duì)蝦深加工的前處理工序，是蝦類加工自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要組成部分，在一定程度上決定資源利用率和加工效率。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究還比較少，主要以人工定向排列為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低，因此，研制出適合我國(guó)國(guó)情的淡水蝦蝦體定向整體設(shè)備很有必要。

1定向技術(shù)及其裝置

1.1定向技術(shù)在漁業(yè)機(jī)械中的發(fā)展

淡水魚、蝦類的機(jī)械化加工必須經(jīng)過(guò)清洗、分級(jí)和定向排列等環(huán)節(jié)，它們?cè)谀撤N程度上決定了自動(dòng)化加工生產(chǎn)線的可行程度，因此淡水魚、蝦頭尾與腹背定向裝置顯得尤為重要。國(guó)外魚類加工技術(shù)起步早，發(fā)展較成熟，有先進(jìn)的魚類加工生產(chǎn)線，魚體定向技術(shù)較發(fā)達(dá)，但是國(guó)外魚類加工機(jī)械多是運(yùn)用于海水魚的加工。高星星等完成了一種新的淡水魚魚體頭尾與腹背定向裝置的研制，該定向裝置使用0.75～1.00 kg的鰱魚進(jìn)行定向試驗(yàn)，可在0.65～3.75 s內(nèi)完成頭尾定向動(dòng)作，定向成功率97.53%，在0.39～5.03 s內(nèi)完成腹背定向動(dòng)作，定向成功率為97.5%[2]。李玲等研究了魚體定向整理技術(shù)和裝備，指出魚體的機(jī)械化腹背定向整理主要通過(guò)腹背顏色、重心位置、腹背形狀等差異來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。Kosmowski等研究了3種識(shí)別魚腹背的方法：第1種方法是利用魚背和魚腹寬度的差異，使魚背向上；第2種方法是利用魚體兩側(cè)對(duì)稱原理，使魚背向上；第3種方法是利用魚體重心位置橫向不對(duì)稱原理，使魚背向下[4]。但是，至今還未發(fā)現(xiàn)對(duì)蝦定向技術(shù)的相關(guān)研究報(bào)道。

1.2對(duì)蝦背腹定向裝置的設(shè)計(jì)[5-6]

1.2.1對(duì)蝦背腹定向裝置及工作原理整機(jī)分為定向部分、輸送部分和導(dǎo)向部分。定向部分由直徑不等的雙輥組成，大輥120 mm，小輥100 mm，輥長(zhǎng)1 m，斜置30°，表面附有4 mm的食品橡膠，橡膠層開(kāi)有深1 mm、寬1 mm的直線溝槽，雙輥由電機(jī)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)，相向轉(zhuǎn)動(dòng)，輥距可調(diào)，可以將對(duì)蝦定向；輸送部分將定向完成的對(duì)蝦向?qū)蜉伔较蜉斔?，在?dǎo)向輥的作用下使對(duì)蝦按照對(duì)加工有利的姿態(tài)進(jìn)入下一道工序；導(dǎo)向輥置于傳送帶的一側(cè)，與帶輥的間隙可調(diào)，能滿足不同級(jí)別的對(duì)蝦，一般略小于蝦體的厚度，保證對(duì)蝦能完好通過(guò)，對(duì)蝦通過(guò)該裝置之后呈腹部朝下的姿態(tài)進(jìn)入下一道工序。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對(duì)蝦腹部和和背部的光滑程度不一樣，即對(duì)蝦腹部和背部接觸到定向輥時(shí)產(chǎn)生的摩擦力不同。因此，當(dāng)對(duì)蝦落到定向輥上之后，隨著定向輥的相向轉(zhuǎn)動(dòng)，定向輥表面的直線溝槽會(huì)帶著腹部朝下的蝦體發(fā)生翻轉(zhuǎn)，姿態(tài)變?yōu)楸巢砍拢挥捎诒巢抗饣?，所以背部跟定向輥接觸之后處于向下滑動(dòng)的狀態(tài)，不再發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并且在下滑過(guò)程中使蝦體向輥徑小的一側(cè)傾斜，以向一邊平躺的姿態(tài)落到傳送帶上；傳送帶將完成定向后的對(duì)蝦向前輸送，對(duì)蝦落離傳送帶時(shí)，在導(dǎo)向輥的作用下又使對(duì)蝦變回腹部朝下的姿態(tài)，最終使雜亂的對(duì)蝦按照統(tǒng)一的姿態(tài)排列好進(jìn)入下一道工序。

1.2.2受力分析圖2、圖3選取的是定向輥某一截面上對(duì)蝦的受力狀態(tài)。由于雙輥直徑不等，導(dǎo)致蝦體所受的切向力不同，2個(gè)切向力對(duì)蝦體中心位置的力矩不同，所以當(dāng)對(duì)蝦腹部朝下時(shí)，力矩差使蝦體發(fā)生翻轉(zhuǎn)，姿態(tài)變?yōu)楸巢砍拢▓D4）。圖3選取的是對(duì)蝦在雙輥工作位置的中心面上的受力狀態(tài)，F(xiàn)NH、FH二力綜合作用使蝦體對(duì)定向輥表面的正壓力減小，從而蝦體與定向輥表面摩擦力變小，小于重力沿軸線向下的分力，使蝦體在定向的過(guò)程中向下滑動(dòng)，逐一排列（圖4）。

2材料與方法

2.1材料

試驗(yàn)所用對(duì)蝦為采購(gòu)于當(dāng)?shù)爻械膬鑫r和水產(chǎn)市場(chǎng)的活蝦，將凍蝦蝦體解凍，活蝦置于空氣中待其自然死亡。取長(zhǎng)度為150 mm、厚度為12～13 mm的對(duì)蝦進(jìn)行分組，每組20尾，去頭處理。

2.2方法

在該裝置中2個(gè)定向輥間隙是蝦體定向的一個(gè)重要參數(shù)，以間隙為變量進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證定向效果。根據(jù)初步試驗(yàn)要求，定向輥轉(zhuǎn)速設(shè)為20 r/min，手工將對(duì)蝦置于定向輥之上大約100 mm處，單一自由落下，以隨機(jī)的姿態(tài)落入到定向輥上，觀察蝦體的最終姿態(tài)。

2.3試驗(yàn)參數(shù)

以蝦體在定向輥上的排列情況、堆疊情況及定向率作為該裝置的判定標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)果與分析

凍蝦解凍后蝦體蜷縮幅度較大，將蝦腿包裹在彎曲的蝦體內(nèi)側(cè)，結(jié)果如圖5所示。鮮蝦死亡時(shí)間在2 h內(nèi)時(shí)，蝦體舒展，如圖6所示。

凍蝦由于蝦體蜷縮幅度太大，當(dāng)對(duì)蝦落到定向輥上時(shí)，會(huì)直接快速地向下滾動(dòng)。定向輥的定向作用是通過(guò)定向輥與蝦腿之間的作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而凍蝦的蝦腿被彎曲的蝦體包裹，定向輥和蝦腿不能接觸，導(dǎo)致蝦體不會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，得不到所需要的姿態(tài)。當(dāng)以鮮蝦為試驗(yàn)對(duì)像時(shí)，效果如表1所示。

4結(jié)論

針對(duì)對(duì)蝦的生物特征設(shè)計(jì)了一種背腹定向裝置，利用雙輥的相向轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦的背腹定向，得到對(duì)后續(xù)加工工序有

利的姿態(tài)。試驗(yàn)驗(yàn)證了該定向裝置的可行性，凍蝦和鮮蝦的試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明該裝置只適用于蝦體舒展的對(duì)蝦（死亡時(shí)間不超過(guò)2 h且未經(jīng)冷凍的對(duì)蝦）。針對(duì)長(zhǎng)度為 150 mm、厚度為12～13 mm的對(duì)蝦，最佳定向間隙為7 mm，說(shuō)明不同長(zhǎng)度和厚度的蝦體可以找到最佳的定向間隙。本研究結(jié)果可為蝦類連續(xù)化加工中定向連續(xù)喂料設(shè)備的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉漢，陳琴，謝達(dá)祥. 南美白對(duì)蝦含肉率及肌肉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)定[J]. 水產(chǎn)科技情報(bào)，2001，28（4）：165-168.

[2]高星星，譚鶴群. 淡水魚頭尾與腹背定向裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（5）：342-347.

[3]李玲，宗力，王玖玖，等. 大宗淡水魚加工前處理技術(shù)和裝備的研究現(xiàn)狀及方向[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化，2010，37（5）：43-46，71.

[4]Kosmowski M，Gerlach K. The newmethod of setting the small fishes backs in the desired direction[J]. Journal of Food Engineering，2007，83（1）：99-105.

[5]呂長(zhǎng)安.大棗自動(dòng)定向輸送切片機(jī)的研究設(shè)計(jì)方案[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（12）：225，227.

[6]張素梅.竹片自動(dòng)定向排序裝置研究[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2008，36（6）：14-15.