珍珠河蚌自動(dòng)化開(kāi)殼設(shè)備技術(shù)研究

劉燦

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000）

珍珠河蚌作為珍珠形成的天然載體，受到了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的青睞，同時(shí)用作中藥材、化妝品等，需求量極大；但天然珍珠形成周期長(zhǎng)，且資源稀少，而通過(guò)人工育珠的方法卻可以大大提高珍珠的產(chǎn)量。由于養(yǎng)殖年份的不同和個(gè)體差異的存在，每個(gè)珍珠蚌大小規(guī)格也有較大的差異，這些特征造成了大規(guī)模從河蚌中取出珍珠時(shí)存在技術(shù)瓶頸。以往的開(kāi)殼方式均是借助于人工將刀片嵌入上下蚌殼間并利用錐度進(jìn)一步在力的作用下切開(kāi)蚌體，生產(chǎn)效率較低，操作者始終保持固定的姿勢(shì)，極易造成疲勞，因此有必要研究新的自動(dòng)化的開(kāi)殼方式來(lái)簡(jiǎn)化操作，降低操作者的工作量。

1 研究基礎(chǔ)與發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，結(jié)果表明100多年來(lái)并沒(méi)有成熟的珍珠蚌開(kāi)蚌機(jī)出現(xiàn)?？傮w來(lái)看，一方面，現(xiàn)有的開(kāi)蚌技術(shù)和設(shè)備主要側(cè)重于解決開(kāi)蚌中某一個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)問(wèn)題，并未對(duì)整個(gè)開(kāi)蚌環(huán)節(jié)進(jìn)行整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，有些技術(shù)的機(jī)械自動(dòng)化程度低，作業(yè)不連續(xù)，僅能部分替代人工或者需要配置專用設(shè)備才能使用，這些設(shè)備并不能有效改善當(dāng)前人工開(kāi)蚌效率低下的現(xiàn)狀。另一方面，由于珍珠蚌的采收季節(jié)性強(qiáng)，主要集中在每年10月至次年2月，設(shè)備的閑置率較高，生產(chǎn)成本和維護(hù)成本過(guò)高的設(shè)備性價(jià)比低。因此，開(kāi)發(fā)造價(jià)低、維護(hù)方便簡(jiǎn)單的設(shè)備就顯得尤為重要。此外，絕大部分的已有研究并未專門針對(duì)育珠珍珠蚌的開(kāi)蚌過(guò)程進(jìn)行，因此，使用熱能、化學(xué)、高壓電等方法有可能造成對(duì)珍珠的損壞，不適合珍珠蚌。同時(shí)，這些方法在工人操作時(shí)有一定的危險(xiǎn)性，職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)高。

開(kāi)蚌取珠處于珍珠蚌養(yǎng)殖與珍珠加工的中間環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是珍珠由蚌內(nèi)轉(zhuǎn)到蚌外的關(guān)鍵一環(huán)，也是阻礙珍珠產(chǎn)業(yè)鏈提升的瓶頸之一。近幾年來(lái)，隨著珍珠行業(yè)科技投入的加大，珠貝育苗、珠核植入以及珍珠的初加工及深加工等都有了一定發(fā)展，開(kāi)蚌取珠的前端生產(chǎn)鏈和后續(xù)生產(chǎn)鏈都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，具有較高的科技含量。目前開(kāi)蚌取珠仍然處于純手工階段，顯然，與珍珠相關(guān)的技術(shù)或產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)是開(kāi)蚌取珠技術(shù)的充足發(fā)展。因此，采用機(jī)械化方式開(kāi)蚌是珍珠產(chǎn)業(yè)取珠環(huán)節(jié)的趨勢(shì)。

2 自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)研究

本研究針對(duì)珍珠蚌養(yǎng)殖業(yè)加工的現(xiàn)狀，為提高開(kāi)蚌效率，降低環(huán)境污染，增加安全性，提升技術(shù)含量，降低成本，對(duì)珍珠蚌的機(jī)械化自動(dòng)分揀、上下料、開(kāi)蚌、蚌珠分離、蚌肉烘干、蚌殼粉碎進(jìn)行研究，旨在開(kāi)發(fā)相關(guān)的一體化開(kāi)蚌設(shè)備，提高珍珠蚌養(yǎng)殖業(yè)的整體技術(shù)含量。推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，以機(jī)器換人大幅度減輕開(kāi)蚌操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省開(kāi)蚌所需的人力資源和成本，為蚌類養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)更高的效率。同時(shí)，可以提高產(chǎn)品附加值，提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。圖1為本研究的技術(shù)路線圖。

圖1 自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)研究技術(shù)路線圖

下面，結(jié)合技術(shù)路線圖，對(duì)自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)各部分組成進(jìn)行分析與闡述。

2.1 珍珠蚌的大小分級(jí)

珍珠蚌大小規(guī)格存在較大的個(gè)體差異，即使同年份的珍珠蚌也存在大小不一的情況。珍珠蚌的大小直接影響到夾緊機(jī)構(gòu)的尺寸，由于珍珠蚌的大小與蚌中珍珠大小直接相關(guān)，而規(guī)格過(guò)小的珍珠并沒(méi)有太大商業(yè)價(jià)值，所以珍珠蚌分篩裝置設(shè)定一個(gè)尺寸最小標(biāo)準(zhǔn)值，小于該標(biāo)準(zhǔn)值的珍珠蚌將不進(jìn)入加工程序。可以繼續(xù)投放養(yǎng)殖或者改為人工切剖，以降低設(shè)備損耗。高于最小標(biāo)準(zhǔn)值的珍珠蚌根據(jù)尺寸分為2～3級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同規(guī)格的夾具和刀具。本研究中的自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)的第一道工序是珍珠蚌大小的分級(jí)。珍珠蚌大小分級(jí)有助于簡(jiǎn)化開(kāi)蚌設(shè)備，提高開(kāi)蚌準(zhǔn)確率。

2.2 珍珠蚌的自動(dòng)上下料

珍珠蚌是水產(chǎn)生物，表面潮濕，同時(shí)多伴有粘液、污物和苔蘚等物質(zhì)，表面比較光滑，摩擦系數(shù)較小，在上料時(shí)容易偏離軌道或滑落。采用正確的結(jié)構(gòu)和技術(shù)來(lái)保持珍珠蚌在輸送過(guò)程中的穩(wěn)定性成為自動(dòng)上料技術(shù)的關(guān)鍵。而蚌體切割后的分離(即下料)通過(guò)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式和輸送軌道的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2為自動(dòng)下料原理圖。

圖2 自動(dòng)下料原理圖

珍珠蚌放置于圖2中的楔塊夾緊裝置中，夾緊裝置放置在鏈傳送帶上，利用鏈傳動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)珍珠蚌切割后在鏈輪轉(zhuǎn)彎處自動(dòng)下料。

2.3 不規(guī)則形狀珍珠蚌的定位夾緊

珍珠蚌一般采用三角河蚌進(jìn)行養(yǎng)殖，其外形一般中間高，周邊低，且在手術(shù)植入介質(zhì)后在蚌體現(xiàn)在留下外突疤痕，這些因素使珍珠蚌的定位成為整個(gè)開(kāi)蚌技術(shù)的關(guān)鍵。本課題在分析相關(guān)文獻(xiàn)和專利的基礎(chǔ)上充分考慮這些因素，使珍珠蚌能夠自動(dòng)定位夾緊，并保持一定的柔性，使珍珠蚌殼體不會(huì)因夾緊力過(guò)大而發(fā)生破壞。同時(shí)，夾具的制造成本和維護(hù)成本也是重點(diǎn)考慮的因素，因此設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)巧妙、成本低廉的夾緊定位裝置非常重要。

2.4 珍珠蚌的切割

珍珠蚌具有不同的大小，采取切割技術(shù)時(shí)必須充分考慮蚌的大小和蚌表面的摩擦系統(tǒng)以及蚌的對(duì)中性，同時(shí)蚌體切割時(shí)會(huì)對(duì)夾具產(chǎn)生強(qiáng)大的夾緊作用力，使切割的阻力大大加強(qiáng)。如何選擇合適的刀具大小和刀具材料，以及設(shè)計(jì)合適的力矩成為開(kāi)蚌面臨的又一關(guān)鍵技術(shù)。該裝置由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪片實(shí)現(xiàn)對(duì)珍珠蚌的切剖。電動(dòng)機(jī)選用多級(jí)調(diào)速的變頻電機(jī)。利用變頻電機(jī)高轉(zhuǎn)速，能寬范圍調(diào)速的優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)珍珠蚌的順利切剖。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪的切剖裝置切剖珍珠蚌，能高度模仿人工開(kāi)蚌方式，整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于裝調(diào)。通過(guò)調(diào)換砂輪片的直徑大小，能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同年份，不同大小珍珠蚌的切剖。

2.5 蚌珠分離、蚌肉烘干、蚌殼粉碎

開(kāi)蚌的最終目的是獲取珍珠，因此如何從開(kāi)蚌后的蚌殼中取出珍珠是該研究的最終目的。蚌珠分離分為兩步，第一步是使用特制刀具將切剖后的蚌體中的肉珠混合物（河蚌內(nèi)臟）挖出，第二步對(duì)挖出的混合物進(jìn)行攪拌分離。珍珠蚌的蚌肉可以食用，也可以作為飼料使用，蚌殼中的蚌肉與珍珠分離后，蚌肉必須及時(shí)處理才能確保蚌肉的質(zhì)量，因此，蚌肉烘干可以作為自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)的一道工序。蚌殼可用為化妝品的原料或制作藥品，研究蚌殼的粉碎技術(shù)是保證珍珠蚌被充分利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.6 多工位節(jié)拍式的流水線集成裝置技術(shù)

開(kāi)蚌技術(shù)的目的是解放勞動(dòng)力，如何使開(kāi)蚌技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作是該技術(shù)必須重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，否則就起不到應(yīng)有的作用。本研究使用PLC技術(shù)控制節(jié)拍，使上料、鏈傳送、夾緊、切割、蚌珠分離等操作完全自動(dòng)化，由此形成一套完備的流水線式的機(jī)械化裝備，為開(kāi)蚌技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)。圖3為珍珠蚌自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)中的核心機(jī)構(gòu)原理圖，包括自動(dòng)上下料、定位夾緊、切割。

圖3 自動(dòng)開(kāi)蚌系統(tǒng)核心機(jī)構(gòu)原理圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)研究珍珠河蚌的開(kāi)殼工藝，探討自動(dòng)化生產(chǎn)珍珠的過(guò)程和方法，提出了技術(shù)路線圖；同時(shí)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)了河蚌自動(dòng)化開(kāi)殼的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，為珍珠河蚌養(yǎng)殖業(yè)的連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)提供理論和方法支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張莉,李世敏.中國(guó)珍珠產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究[J].海洋科學(xué),2008,32(4):19-23.