鏈?zhǔn)降~加工前處理裝置的研制

彭三河 徐 武

PENG San-heXU Wu

（長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

(College ofMechanical Engineering Yangtze University,Jingzhou,Hubei434023,China)

全球水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量主要來(lái)源于中國(guó)，其年產(chǎn)量達(dá)到4 782.96萬(wàn)t，占全球養(yǎng)殖總產(chǎn)量的60.58%[1]。然而，由于包括前處理裝備在內(nèi)的諸多因素的制約，淡水魚仍以鮮活即時(shí)消費(fèi)為主，加工量甚少。提高魚產(chǎn)品附加值是漁業(yè)發(fā)展的方向，然而淡水魚的打鱗、剖切、去內(nèi)臟等前處理問(wèn)題已成為魚類深加工的瓶頸[2～6]。據(jù)調(diào)查和信息[7～9]檢索，魚加工前處理設(shè)備設(shè)計(jì)制造及使用程度較高的國(guó)家和地區(qū)有日本、挪威、丹麥、瑞典、美國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣；產(chǎn)品多以單一工序處理為主，如除鱗機(jī)、切頭機(jī)、剖魚機(jī)等，少量產(chǎn)品具有幾個(gè)工序的處理能力，如括魚鱗剖魚腹機(jī)等；一般體積較大，價(jià)格昂貴，動(dòng)輒幾十萬(wàn)或上百萬(wàn)，絕大部分產(chǎn)品只能加工單一魚種或某一尺寸規(guī)格范圍的魚，適應(yīng)能力不夠。目前，中國(guó)大多數(shù)魚加工企業(yè)仍然使用傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)方式進(jìn)行前處理作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，工傷事故多，且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。近幾年，中國(guó)一些相關(guān)高校及研究機(jī)構(gòu)對(duì)魚加工前處理設(shè)備展開了積極的研究，在魚加工單項(xiàng)處理上，已有一些產(chǎn)品投放市場(chǎng)，如去鱗機(jī)、切頭機(jī)、剖魚機(jī)、魚刺分離機(jī)等，但多工序聯(lián)合魚加工前處理裝置的設(shè)計(jì)研制力度不夠，魚加工企業(yè)前處理設(shè)備使用率很低，影響中國(guó)漁業(yè)的深度發(fā)展[10，11]。經(jīng)過(guò)幾年的試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了一種鏈?zhǔn)紧~加工前處理裝置，通過(guò)樣機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)，一臺(tái)此類設(shè)備基本上能夠滿足一個(gè)中型魚加工企業(yè)的前處理工作需要。

1 鏈?zhǔn)紧~加工前處理裝置的設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)要求

鏈?zhǔn)紧~加工前處理裝置采取鏈條輸送、魚盒夾魚、順次完成剖切魚肚去除內(nèi)臟等任務(wù)的加工方式，鏈盒式的固魚輸送要求能快速可靠夾魚，魚體前行方向要穩(wěn)定，抖動(dòng)小。刨切要求不能切破內(nèi)臟，不傷及內(nèi)腔，掏挖干凈，保證魚的味覺(jué)新鮮。同時(shí)還要考慮安全、環(huán)保及節(jié)能等要求。

1.2 前處理裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鏈?zhǔn)紧~加工預(yù)處理裝置主要由機(jī)架、鏈條輸送機(jī)構(gòu)、剖腹機(jī)構(gòu)、撐腹機(jī)構(gòu)、內(nèi)臟剔除機(jī)構(gòu)及卸魚部分等組成，其結(jié)構(gòu)三維示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 魚加工前處理裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Therr-dimensional structure diagram of the fish processing pretreatment device

機(jī)架是剖魚機(jī)各零部件的支撐體；鏈條輸送機(jī)構(gòu)由輸送主動(dòng)鏈輪、輸送鏈條、夾魚盒、輸送從動(dòng)鏈輪等組成，魚體在夾魚盒中由輸送鏈條帶動(dòng)完成魚體的輸送；剖腹機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、剖腹刀盤組成，作用是剖開魚腹；撐腹裝置將剖切的魚腹撐開；內(nèi)臟剔除機(jī)構(gòu)設(shè)置有類似人手的掏挖鏟，用于剔除內(nèi)臟；出料部分由一卸魚滑槽組成，完成處理后魚體的收集。

1.3 前處理裝置加工流程和工作原理

1.3.1 加工流程

裝置啟動(dòng)→人工裝魚→剖腹刀剖魚腹→撐腹板撐魚腹→剔除鏟掏內(nèi)臟

1.3.2 工作原理 工作時(shí)，人工將待處理魚體按照尾部朝前、魚腹朝上的方式依次放入夾魚盒，輸送鏈條帶動(dòng)夾魚盒前進(jìn)，夾魚盒運(yùn)行至旋轉(zhuǎn)的剖腹刀下方時(shí)，夾魚盒中的魚體被高速旋轉(zhuǎn)的刀盤從尾部至頭部剖開，接著撐腹板將魚腹撐開，掏挖鏟將內(nèi)臟剔除，魚體行至換向區(qū)域，由于夾魚的兩魚盒有相對(duì)空間位置改變，加上魚盒朝下，魚體脫離魚盒進(jìn)入卸魚槽，完成魚加工前處理工作。

2 前處理裝置主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 輸送鏈的選型與改造

根據(jù)主要加工魚類的體長(zhǎng)范圍、魚盒安裝及運(yùn)動(dòng)空間限制等要求，選用40A（GB/T 1243——1997）的滾子鏈作為輸送鏈，主要參數(shù)：節(jié)距p=63.5 mm，滾子直徑d1max=39.68 mm，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1min=37.85mm，銷軸直徑b2max=19.85mm，內(nèi)鏈板高度h2max=60.33mm。

為了便于魚盒與鏈條的安裝連接，對(duì)鏈條進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，將滾子鏈一側(cè)的部分外鏈板重新加高設(shè)計(jì)，以下簡(jiǎn)稱異形鏈板，異形鏈板用于安裝魚盒。異形鏈板是夾魚盒主要零件之一，是人手能接觸到的部分，為防止傷到人手，異形鏈板外側(cè)邊應(yīng)為圓角，見(jiàn)圖2。

2.2 魚盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于加工時(shí)魚體要承受剖刀及掏挖鏟的工作力，所以必須要把魚體夾緊才能保證加工的準(zhǔn)確進(jìn)行，單個(gè)魚盒結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖2 改型輸送鏈結(jié)構(gòu)示意圖Figure2 Structurediagram of themodified conveyor chains

圖3 魚盒結(jié)構(gòu)示意圖Figure3 Structure diagram of the fish box

如圖3所示，魚盒是由兩塊仿形夾魚板、壓縮彈簧和U型盒構(gòu)成，彈簧是用來(lái)聯(lián)結(jié)夾魚板和U型盒的，彈簧與夾魚板和U型盒壁采用焊接方式[12,13]。

魚盒安裝于輸送鏈上，U型盒的長(zhǎng)度與滾子鏈上的異形鏈板相等，由于所選的滾子鏈為40A，其節(jié)距為P=63.5 mm，1個(gè)魚盒的長(zhǎng)度和1個(gè)異形鏈板的長(zhǎng)度相等，而主要加工魚體長(zhǎng)平均約200mm，故需要采用2個(gè)魚盒裝夾1條魚，2個(gè)魚盒之間相隔1個(gè)鏈節(jié)距，故2個(gè)魚盒的總長(zhǎng)度大于1個(gè)節(jié)距（3×P=190.5mm），這樣足夠裝夾一條魚，見(jiàn)圖4。

圖4 兩魚盒布置結(jié)構(gòu)示意圖Figure4 Structure diagram of the two fish box arrangement

2.3 魚盒與輸送鏈的聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)

為了保持魚盒的平衡，采用兩條滾子鏈傳動(dòng)，魚盒兩邊的盒壁分別與兩條滾子鏈的異形鏈板聯(lián)結(jié)。魚盒與異形鏈板之間采用螺栓聯(lián)結(jié)。由于加工的魚體大小不同，魚體長(zhǎng)度不一樣，故需要改變兩個(gè)魚盒的相對(duì)位置，基于此，在魚盒壁和異形鏈板上都加工有滑槽，這樣就可以根據(jù)被加工魚體大小調(diào)節(jié)魚盒在傳動(dòng)鏈上的縱向位置。在加工之前應(yīng)將魚按大小分類，按同一規(guī)格調(diào)節(jié)兩個(gè)魚盒相對(duì)位置然后分批加工。

考慮到人手放魚的速度和鏈條傳動(dòng)的速度差異，在傳動(dòng)鏈上每隔3個(gè)鏈節(jié)裝2個(gè)魚盒，這樣有利于掏出的內(nèi)臟從傳動(dòng)鏈上脫落并掉入機(jī)架下預(yù)設(shè)的盒子中，使廢棄物收集再利用，而不污染環(huán)境。魚盒與輸送鏈聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 魚盒與輸送鏈聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 5 Structure diagram of linkagebetween the fish boxand the conveyor chains

2.4 剖腹刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剖腹刀用來(lái)切開魚腹，魚體倒立裝夾在魚盒內(nèi)，魚脊朝下，魚腹朝上。剖腹刀為一圓盤切刀，圓盤切刀具有一定厚度，在圓盤切刀切開魚腹的同時(shí)，能將魚腹預(yù)先撐開一小部分，這樣能保證撐腹板更好的進(jìn)入魚腹內(nèi)將魚腹完全撐開。圓盤切刀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 剖腹刀結(jié)構(gòu)示意圖Figure6 Structure diagram of the laparotomy

2.5 撐腹板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剖腹刀切開魚腹之后，下一步工序就是要將魚腹撐開，撐腹板就是用來(lái)?yè)伍_經(jīng)剖腹之后的魚體，撐腹板是對(duì)稱設(shè)置于輸送鏈中心線兩側(cè)的一對(duì)薄板，其前端尖銳部分焊合連接，其后端分開，形成“V”型。撐腹板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖7 撐腹板結(jié)構(gòu)示意圖Figure 7 Structure diagram of the belly-supporting plate

2.6 內(nèi)臟剔除鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)上一步工序?qū)Ⅳ~腹撐開后，接下來(lái)就要將魚內(nèi)臟掏出來(lái)，根據(jù)人手工掏魚內(nèi)臟的特點(diǎn)和人手外形特征，設(shè)計(jì)出帶有尖爪的人手形內(nèi)臟剔除鏟。

魚腹被撐開后，由于傳動(dòng)鏈還在帶動(dòng)魚體繼續(xù)向前行進(jìn)，所以必須在魚腹被撐開的同時(shí)要將內(nèi)臟掏出來(lái)。這里設(shè)計(jì)將內(nèi)臟剔除鏟安裝在撐腹板內(nèi)部，在傳動(dòng)鏈帶動(dòng)魚體走過(guò)撐腹板的同時(shí)，內(nèi)臟剔除鏟將內(nèi)臟刮出來(lái)。剔除鏟結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。

圖8 剔除鏟結(jié)構(gòu)示意圖Figure 8 Structure diagram of the removing shovel

內(nèi)臟剔除鏟焊接在撐腹板內(nèi)，其帶爪端必須要露出撐腹板下端才能刮到魚內(nèi)臟。安裝內(nèi)臟剔除鏟時(shí)，剔除鏟的爪端所處的水平線一定不能超過(guò)剖腹刀所切割到的魚體水平線之下，否則，剔除鏟會(huì)將魚體從魚盒中拖出來(lái)，達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)想的效果。剔除鏟與撐腹板安裝見(jiàn)圖9。

圖9 剔除鏟與撐腹板安裝示意圖Figure9 Installation diagram of removing shovel and the belly-supporting plate

傳動(dòng)鏈帶動(dòng)魚體向前行進(jìn)，當(dāng)魚體完全走過(guò)剔除鏟后，剔除刀鏟將魚內(nèi)臟從魚腹中帶出，當(dāng)兩個(gè)魚盒完全走過(guò)撐腹板后，魚內(nèi)臟脫離魚體，并從剔除刀上掉下來(lái)。

3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)確定

3.1 生產(chǎn)率

年加工4 000 t原料魚的中型企業(yè)，使用一臺(tái)前處理機(jī)完成工作，設(shè)每條魚平均重2 kg，每年工作200 d，單班制。

式中：

E——生產(chǎn)率，條/min；

T——年處理魚量，t；

F——年均工作天數(shù)，d；

I——單班制工作時(shí)間，h；

G——魚的平均重量，kg。

經(jīng)過(guò)計(jì)算E=21條/min。

3.2 輸送鏈的速度設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用人工裝魚，由于鏈盒移動(dòng)有一定的速度，加之人工作一段時(shí)間后有疲勞現(xiàn)象，故有漏裝情況。根據(jù)試驗(yàn)，漏裝比率在15%左右，即每分鐘漏裝3條魚，故理論上應(yīng)按24條/min的生產(chǎn)率進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮各工序之間時(shí)間與空間的匹配關(guān)系以及人的手眼對(duì)移動(dòng)物體適應(yīng)關(guān)系，取兩條魚之間的間距為4個(gè)鏈節(jié)距，即4×63.5=254mm。

式中：

V——鏈條速，m/s；

S——魚間距，m；

E0——理論生產(chǎn)率，條/min。

經(jīng)過(guò)計(jì)算V=0.1m/s。

3.3 剖切刀直徑的設(shè)計(jì)

對(duì)魚體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，完全剖開魚肚以便撐腹和除內(nèi)臟，進(jìn)入腹肚深度B處至少40 mm，如圖10所示，考慮強(qiáng)度及安裝要求，刀盤軸半徑M設(shè)計(jì)為10mm，要使工作中刀盤軸徑與魚體不發(fā)生干涉，刀盤直徑至少為C=2B+2M=100mm。

圖10 刀盤結(jié)構(gòu)尺寸示意圖Figure10 Structureand size diagram of the cutterhead

3.4 撐腹板高度及開口尺寸的設(shè)計(jì)

撐腹板由兩塊折彎鋼板焊接而成，鋼板厚5mm。由于魚體厚約40 mm，魚體由兩個(gè)夾魚板固定，要將魚腹撐開所以撐腹板的寬度必然要比兩夾魚板間距寬一些，這樣才能將魚夾板撐開。根據(jù)魚盒以及夾魚板外形尺寸，可得出撐腹板的外形尺寸。撐腹板后端開口設(shè)計(jì)為40mm。

撐腹板要進(jìn)入魚體內(nèi)，魚體高約100mm，魚體倒立裝夾在魚盒內(nèi)，魚脊朝下魚腹朝上，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，魚肚內(nèi)空高度平均約50mm，撐腹板內(nèi)置剔除鏟，為了順利剔除出內(nèi)臟，剔除鏟最低點(diǎn)應(yīng)位于撐腹板下20 mm處，見(jiàn)圖9，那么撐腹板深入魚肚的高度只有30mm，考慮到撐腹板與剔除鏟連接的需要，所以撐腹板的總高度設(shè)計(jì)為60mm。

4 結(jié)論

⑴針對(duì)魚體形狀及各部分尺寸特點(diǎn)，該裝置采用魚盒夾魚鏈條輸送的處理方式，能夠保證魚體固緊和較準(zhǔn)確移動(dòng)，為后面的剖切及掏挖內(nèi)臟處理工作提供保證。

⑵仿人手的內(nèi)臟掏挖鏟，可以使內(nèi)臟去得干凈，又不破壞內(nèi)臟和內(nèi)壁。

⑶ 利用兩魚盒轉(zhuǎn)向時(shí)空間位置的相對(duì)變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸魚。

⑷該裝置各參數(shù)可調(diào)性強(qiáng)，適應(yīng)0.5 kg到4 kg范圍內(nèi)中國(guó)四大家魚的前處理加工。

(5)通過(guò)試驗(yàn)，該裝置每小時(shí)可處理1 200尾魚，是人工處理的50多倍，魚處理后的感官度達(dá)到0.8以上，總體使用效果達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。在以后工作中，還需要優(yōu)化主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及對(duì)此裝置安全性、操作性和環(huán)保方面的研究，使其臻于完善。

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