基于對蝦體型特征的定向排序裝置設(shè)計(jì)

趙慶龍　張秀花　王澤河等

摘要： 為了解決凡納濱對蝦在自動化剝殼過程中定向排序的難題，設(shè)計(jì)了由機(jī)架、料斗、對蝦輸送機(jī)構(gòu)、剔除機(jī)構(gòu)及滑板組成的對蝦定向裝置。并根據(jù)對蝦的體型特征及對蝦在不同姿態(tài)時重心位置的變化對定向裝置各關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。對蝦定向裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能夠利用對蝦的體型特征對對蝦進(jìn)行定向，有效地解決了對蝦的定向排序難、人工排序效率低的問題。研究結(jié)果可為對蝦連續(xù)化加工中定向設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 對蝦；體型特征；定向；裝置設(shè)計(jì)

中圖分類號：S985 2+1；TS254 3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0394-03

凡納濱對蝦（以下簡稱對蝦）具有很高的營養(yǎng)價值 [1-2]，肉質(zhì)松軟，味道鮮美，深受人們的喜愛。國外對蝦機(jī)械化加工歷史悠久，美國、丹麥、德國等都進(jìn)行了自動化剝蝦機(jī)的研制 [3-7]。國內(nèi)對于對蝦加工的研究主要集中在儲藏、保鮮、品質(zhì)、剝殼預(yù)處理等幾個方面 [8-12]，對于剝殼機(jī)的研制還處于起步階段，對蝦的加工主要靠引進(jìn)國外昂貴的機(jī)械產(chǎn)品和人工剝殼。目前國內(nèi)外對對蝦的定向排序工作需靠人工來完成，對蝦定向排序設(shè)備的研制在國內(nèi)外的資料文獻(xiàn)中還是空白 [13]。對蝦定向排序是對蝦機(jī)械自動化剝殼 [14]作業(yè)中的一個重要環(huán)節(jié)，然而對蝦定向排序難的問題往往使人們無法高效地對對蝦進(jìn)行去頭、開背等機(jī)械自動化剝殼作業(yè)，設(shè)計(jì)一種對蝦的定向排序裝置非常有必要。本研究主要針對分級后某一級別的對蝦，并根據(jù)其體型特征，設(shè)計(jì)了一種對蝦定向排序裝置，以期為對蝦自動化剝殼過程快速地提供自動排列成隊(duì)的同一姿態(tài)的對蝦。

1 對蝦體型特征的測量

1 1 對蝦的體型特征

對蝦蝦體呈長筒形，左右側(cè)扁。其身體可分為頭胸部和腹部，蝦腹部較長，肌肉發(fā)達(dá)，分節(jié)明顯，共由21節(jié)構(gòu)成，除最前和最后一節(jié)外，對蝦各節(jié)皆具有一對附肢。對蝦外殼堅(jiān)韌、光滑。由圖1可見，對蝦長有甲殼、附肢、長須，其背部曲線呈弧形。附肢倒向頭部方向時，較強(qiáng)壯的附肢會被腹部兩側(cè)的甲殼包住，呈現(xiàn)順滑姿態(tài)；若附肢倒向尾部，則附肢會發(fā)生蜷縮的姿態(tài)。腹部各體節(jié)的背面及兩側(cè)均包被比較堅(jiān)硬的甲殼，前一片的后緣均覆于后一片之上，相連處的甲殼薄而柔軟，前后折疊，以便于體節(jié)的活動。

[ （W11][TPZQL1 TIF]

1 2 體型特征的測量

2014年8月從水產(chǎn)市場上購買一批新鮮對蝦，隨機(jī)選取分級后體長為130～150 mm的10尾對蝦進(jìn)行體型特征的測量。由表1可知，對蝦頭胸部寬度和高度值最大，寬度均值為14 17 mm，高度均值為17 75 mm，D1均值為65 68 mm，D2均值為49 95 mm，其中D1、D2所代表尺寸見圖2。用分割法測量對蝦重心所在截面位于對蝦第一體節(jié)靠近與第二體節(jié)連接處。

2 定向裝置整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

根據(jù)對蝦體型特征，設(shè)計(jì)的對蝦定向排序裝置如圖3所示。該裝置由電機(jī)、機(jī)架、料斗、對蝦輸送機(jī)構(gòu)、剔除機(jī)構(gòu)及滑板等構(gòu)成。料斗置于機(jī)架上，對蝦輸送機(jī)構(gòu)傾斜安裝在機(jī)架和料斗之間。剔除機(jī)構(gòu)由刷子、刷子軸、支撐Ⅰ、支撐Ⅱ、接蝦板組成，通過支撐Ⅰ、支撐Ⅱ固定于料斗上并與對蝦輸送機(jī)構(gòu)間保持一定間隙，滑板固定在對蝦輸送裝置末端。輸送機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動輪、輸送板帶、側(cè)擋板、擋板Ⅰ、擋板Ⅱ及減速電機(jī)，輸送板帶由掛蝦板組成，掛蝦板之間通過銷釘聯(lián)接組成封閉環(huán)，掛蝦板由對稱布置的對蝦掛鉤與承載板通過螺釘聯(lián)接而成。承載板下板面設(shè)有圓柱形凸起可與驅(qū)動輪上圓柱形凹槽相嚙合，擋板Ⅱ上端靠于料斗下端置于擋板Ⅰ上并與輸送板帶圍成裝蝦區(qū)。對蝦輸送機(jī)構(gòu)和剔除機(jī)構(gòu)可以輸出保持一定節(jié)拍的對蝦進(jìn)而完成對蝦的定向排序工作。

2 2 工作原理

裝置的工作對象為分級后長度為130～150 mm的對蝦。減速電機(jī)驅(qū)動傳動軸Ⅰ運(yùn)動，固定在傳動軸Ⅰ上的驅(qū)動輪驅(qū)動對蝦輸送板帶運(yùn)動。對蝦輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)料端置于料斗中，當(dāng)所述對蝦輸送板帶經(jīng)過裝蝦區(qū)時，對蝦掛鉤將帶出如圖4所示姿態(tài)的對蝦。這時的對蝦腹部緊貼對蝦掛鉤的上表面，蝦背朝上，當(dāng)輸送板運(yùn)動到輸送帶頂部時，此時的板開始帶著蝦繞頂部輪作圓周運(yùn)動，對蝦背部開始逐步朝下，當(dāng)自身重力大于蝦與板之間的摩擦力時，蝦開始脫離輸送板，進(jìn)入滑板。經(jīng)過剔除機(jī)構(gòu)和滑板的對蝦輸送至下一加工工序。所述裝蝦區(qū)是由擋板Ⅱ與輸送板帶圍成，能夠保證對蝦不進(jìn)入2個掛蝦板閉合位置及料斗的死角，確保對蝦不被壓潰或長時間不被對蝦輸送機(jī)構(gòu)輸送出去而腐爛變質(zhì)。

3 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3 1 掛蝦板的設(shè)計(jì)

經(jīng)過試驗(yàn)及對對蝦形態(tài)的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將對蝦以圖5所示2種姿態(tài)置于“S”形曲面（不同級別的對蝦對應(yīng)不同尺寸的“S”形曲面）上時，圖5-a所示對蝦保持不動，圖5-b所示對蝦將順頭部方向滑下。以曲面上最高點(diǎn)為界分為左右2個部分。分析對蝦體型特征后發(fā)現(xiàn)，圖5-a中，蝦體左側(cè)部分的質(zhì)量大于右側(cè)部分的質(zhì)量，使得對蝦保持該姿態(tài)不動；圖5-b 中蝦頭朝右，此時對蝦右側(cè)部分的質(zhì)量大于左側(cè)部分的質(zhì)量，使得對蝦不能保持靜止而下滑，利用這一基本現(xiàn)象作為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)掛蝦板功能面。根據(jù)以上數(shù)據(jù)及考慮到板寬對驅(qū)動輪的影響，設(shè)計(jì)出如圖6所示的功能面。

板與板之間用銷鏈接，拼接到一起的板上會使上下2個半徑155 mm的圓弧拼成一個完整的圓弧，這樣就可以有效地減小板塊，使得結(jié)構(gòu)緊湊。設(shè)計(jì)左右對稱的對蝦掛鉤，可提高效率。掛鉤厚15 mm，上下2個對蝦掛鉤之間的最小距離為 33 mm，可以防止對蝦堆疊現(xiàn)象，另外2個突起的巧妙組合又可以直接排除圖5中姿態(tài)的對蝦。為了使對蝦更容易進(jìn)入圓弧與“S”形曲面組成的凹槽中，將組合圓弧面作倒角。

3 2 剔除機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為了提高效率，采用對稱式的裝置可能使對蝦呈現(xiàn)如圖7的姿態(tài)。為了避免其對定向排序產(chǎn)生影響，需要剔除這種姿態(tài)的蝦。針對這個情況設(shè)計(jì)的對蝦剔除機(jī)構(gòu)如圖8。endprint

剔除機(jī)構(gòu)由刷子、支撐Ⅰ、支撐Ⅱ、接蝦板組成，刷子置于掛蝦板中心線的正上方，工作時刷子旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的刷子可以接觸到對蝦輸送板帶，當(dāng)對蝦被輸送到與刷子接觸時，有一定轉(zhuǎn)速的刷子將會把該對蝦剔除出去，被剔除的對蝦落到接蝦板上。接蝦板設(shè)有接蝦斜面，通過支撐Ⅱ固定在料斗上，接蝦板底面與斜置的對蝦輸送板帶平行，且保持不相互接觸，當(dāng)對蝦輸送板帶運(yùn)動時，被剔除到接蝦板的對蝦會重新裝填到未裝對蝦的對蝦掛鉤上。只有當(dāng)對蝦的姿態(tài)符合設(shè)計(jì)輸送的姿態(tài)時隨對蝦輸送板帶輸送出去，否則會在對蝦掛鉤上保持不穩(wěn)定姿態(tài)，最終掉入料斗的裝蝦區(qū)。這套剔除機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了被剔除對蝦的二次裝填，提高了效率。

4 結(jié)論

對對蝦的體型特征進(jìn)行觀察并測量發(fā)現(xiàn)，對蝦整體呈現(xiàn)自然弧形彎曲，頭胸部寬度和高度值最大，其中寬度均值為14 17 mm，高度均值為17 75 mm。測量對蝦頭胸部尖端到曲面最高處距離D1均值為65 68 mm，D2均值為 49 95 mm。用分割法測量對蝦重心所在截面位于對蝦第一體節(jié)靠近第二體節(jié)連接處。

根據(jù)對蝦的體型特征及對蝦不同姿態(tài)時重心位置的不同，設(shè)計(jì)了一種對蝦定向排序裝置。該裝置由電機(jī)、機(jī)架、料斗、輸送機(jī)構(gòu)、剔除機(jī)構(gòu)及滑板等構(gòu)成，可以同時進(jìn)行對蝦的頭尾與背腹定向。

該對蝦定向排序裝置中掛蝦板、剔除機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，可以防止對蝦堆疊以及完成被剔除對蝦的二次裝填，以提高效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳曉漢，陳 琴，謝達(dá)祥 南美白對蝦含肉率及肌肉營養(yǎng)價值的評定[J] 水產(chǎn)科技情報(bào)，2001，28（4）：165-168

[2]彭 燕，曾 霞 南美白對蝦蝦頭的營養(yǎng)成分分析及評價[J] 茂名學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，17（1）：25-27

[3]Jonsson G Shrimp processing machine and method： United States，US3751766[P] 1973-08-14

[4]Betts E D Shrimp processing machine having improved cutting structure：United States，US4414709[P] 1983-11-15

[5]Bett E D Shrimp peeling machine and method：United States，US4769871[P] 1988-09-13

[6]Ledet B A，Lapeyre G C Apparatus for and method for improving the yield of peeled shrimp meat obtained with roller type shrimp peeling machinery：United States，US5120265[P] 1992-06-09

[7]Vedsted L S Apparatus and method for cleaning peeling machines：United States，US2010062697（A1）[P] 2010-03-11

[8]侯偉峰，謝 晶 南美白對蝦保鮮方法的研究[J] 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（11）：68-72，93

[9]饒建兵 單體速凍對蝦的生產(chǎn)工藝[J] 食品工業(yè)科技，2002，23（9）：75-77

[10] 王素華，陳積明，朱 海，等 凡納濱對蝦熟蝦仁的工藝研究及保藏特性分析[J] 南方水產(chǎn)，2010，6（2）：77-80

[11]甘曉玲 超高壓處理對南美白對蝦蝦仁的品質(zhì)影響[D] 杭州：浙江大學(xué)，2012

[12]楊 徽 基于超高壓技術(shù)的蝦脫殼工藝與品質(zhì)檢測研究[D] 杭州：浙江大學(xué)，2011

[13]陳文漢，Ning L 中國對蝦產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及相關(guān)研究綜述[J] 漁業(yè)經(jīng)濟(jì)研究，2008（2）：21-27

[14]趙玉達(dá)，張秀花，王澤河 對輥擠壓式對蝦剝殼試驗(yàn)研究[J] 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（19）：200-202endprint