螺旋預(yù)冷機(jī)防止禽胴體滯留技術(shù)

郭 峰 馬春輝 門(mén)寧寧 于 蕾 張奎彪

吉林省艾斯克機(jī)電股份有限公司智能化家禽加工技術(shù)科技創(chuàng)新中心 吉林四平 136000

螺旋預(yù)冷機(jī)是有效的預(yù)冷手段之一，已廣泛應(yīng)用于家禽屠宰的預(yù)冷工序[1]，長(zhǎng)期以來(lái)，人們熱衷于預(yù)冷效果的研究，很少有人對(duì)生產(chǎn)結(jié)束時(shí)的操作過(guò)程專門(mén)研究。隨著家禽加工業(yè)的快速發(fā)展，家禽加工產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了15 000只/h的能力[2]，國(guó)家陸續(xù)發(fā)布了GB12694-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)畜禽屠宰加工衛(wèi)生規(guī)范》、GB51219-2017《禽類屠宰與分割車間設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T19478-2018《畜禽屠宰操作規(guī)程雞》，要求家禽胴體冷卻后溫度不超過(guò)4℃[3～5]，促使多段大型的螺旋預(yù)冷機(jī)迅速得到應(yīng)用[6]。單臺(tái)螺旋預(yù)冷機(jī)長(zhǎng)度達(dá)到十幾米以上，因此，在螺旋預(yù)冷機(jī)螺旋設(shè)計(jì)時(shí)，葉片軸被分成幾段，由懸掛吊梁將兩段的軸連接起來(lái)。預(yù)冷機(jī)出料機(jī)構(gòu)軸與螺旋葉片軸也是分開(kāi)設(shè)置,在它們之間的結(jié)合部也設(shè)置有懸掛吊梁。由于螺旋葉片在懸掛吊梁處不連續(xù)，懸掛吊梁下方就形成了空擋。在預(yù)冷機(jī)工作即將結(jié)束時(shí)，預(yù)冷機(jī)內(nèi)的禽胴體逐漸減少，最后的一些禽胴體失去了后續(xù)禽胴體的推動(dòng)力，禽胴體會(huì)滯留在懸掛吊梁下方的空當(dāng)處。

為了清除滯留的禽胴體，通常操作者采取兩種處理方法。第一種是操作者用長(zhǎng)鉤子將禽胴體勾出來(lái)。這種方法鉤子容易掉落在池體中，或者夾在螺旋葉片縫隙中，發(fā)生鉤子被葉片硬性接觸現(xiàn)象，造成設(shè)備損壞；第二種是操作者下到預(yù)冷機(jī)池內(nèi)人工拾取禽胴體。由于池體內(nèi)部遍布油脂，非常光滑，下到預(yù)冷機(jī)池體中拾取禽胴體的操作者容易滑倒受傷。如果是大型的螺旋預(yù)冷機(jī)，底部距上沿高度達(dá)2.5m以上，人不容易出來(lái)，如果螺旋葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，極易發(fā)生人身事故。

在螺旋預(yù)冷機(jī)懸掛吊梁處采用禽胴體滯留的噴射裝置和坡道式結(jié)構(gòu)可以有效的減少禽胴體滯留，提高預(yù)冷機(jī)工作結(jié)束操作效率，提高人員和設(shè)備安全性。

1 禽胴體滯留分析

螺旋預(yù)冷機(jī)在生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，要排放槽體內(nèi)的水。排水速度每臺(tái)15min，當(dāng)水位在槽體底部一定位置時(shí)，由于螺旋葉片在懸掛吊梁位置的不連續(xù)，導(dǎo)致禽胴體滯留，一般存留5～10只。

人們研究了許多水流攪拌技術(shù)，如美國(guó)專利US20060225439A1，采用在機(jī)體下部和側(cè)面設(shè)置水流噴射裝置，但其目的不是解決生產(chǎn)結(jié)束的禽胴體滯留，而是解決螺旋輸送的工作區(qū)，也就是預(yù)冷機(jī)正常工作時(shí)螺旋葉片的1/4區(qū)域禽胴體的堆積問(wèn)題，目的是改善禽胴體的冷卻效果。工作結(jié)束操作時(shí)，槽體底部和槽體側(cè)面的水噴射管沒(méi)有起到防止禽胴體滯留在預(yù)冷機(jī)中的作用。禽胴體一直停留在不連續(xù)葉片的空檔處。

氣流攪拌也是螺旋預(yù)冷機(jī)常用技術(shù)，其目的也是分散禽胴體，讓禽胴體與水充分接觸，改善預(yù)冷效果。當(dāng)水位到達(dá)槽體底部時(shí)，氣流的攪拌力下降，不足以推動(dòng)禽胴體前進(jìn)，產(chǎn)生禽胴體滯留現(xiàn)象。

2 防止禽胴體滯留技術(shù)研究

2.1 防止禽胴體滯留的噴射裝置[7]

項(xiàng)目組嘗試過(guò)多種防止禽胴體滯留的方法，做過(guò)大量試驗(yàn)。

將螺旋軸做成通軸形式,通軸形式雖然能避免胴體的滯留,為了增強(qiáng)禽胴體的換熱效率，通常采用空氣攪拌型式，使禽胴體上下移動(dòng)，空氣攪拌的震動(dòng)較大，螺旋軸的長(zhǎng)度超過(guò)10m時(shí)，長(zhǎng)期工作容易產(chǎn)生疲勞破壞，軸的強(qiáng)度下降，發(fā)生軸的斷裂。

在空擋處增加動(dòng)力裝置，推動(dòng)禽胴體前進(jìn)。由于槽體內(nèi)有大量的禽胴體隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，中午需要停機(jī)，因此，動(dòng)力裝置極易損壞，造成生產(chǎn)線停產(chǎn)。

將螺旋葉片軸之間的殼體底部增設(shè)活動(dòng)門(mén)，滯留的禽胴體可以很方便取出，每天開(kāi)啟、關(guān)閉，一段時(shí)間后，密封度下降開(kāi)始漏水。

試驗(yàn)表明，在一個(gè)螺旋葉片軸與另一個(gè)螺旋葉片軸結(jié)合部，出料機(jī)構(gòu)軸與螺旋葉片軸結(jié)合部，設(shè)置防止禽胴體滯留在預(yù)冷機(jī)中的噴射裝置，是螺旋預(yù)冷機(jī)工作結(jié)束時(shí)，槽體內(nèi)禽胴體滯留量減少的有效方法之一。

1.葉片軸 2.懸掛吊梁 3.出料軸 4.驅(qū)動(dòng)器 5.禽胴體 6.葉片 7.槽底空當(dāng) 8.葉片端點(diǎn) 9.出料板 10.氣噴射器 11.水噴射器圖1 螺旋預(yù)冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1是螺旋預(yù)冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。在預(yù)冷機(jī)中葉片軸1被分成兩段，第一葉片軸1a和第二葉片軸1b由懸掛梁2a連接，葉片軸1b與出料軸3之間由懸掛梁2b連接。葉片軸1由驅(qū)動(dòng)器4a驅(qū)動(dòng)，出料軸3由驅(qū)動(dòng)器4b驅(qū)動(dòng)。禽胴體5在葉片軸1上的葉片6推動(dòng)下前進(jìn)。葉片6在槽底空當(dāng)7a處被斷開(kāi)，形成端點(diǎn)8a和端點(diǎn)8b。葉片6的最后端點(diǎn)8c與出料板9的端點(diǎn)8d，形成槽底空當(dāng)7b。生產(chǎn)即將結(jié)束時(shí)，預(yù)冷機(jī)開(kāi)始放水，放水之后能夠看到禽胴體滯留在槽底空當(dāng)7處。

7.槽底空當(dāng) 10.氣噴射器 11a.氣管路 11b.水管路 12a.氣閥門(mén) 12b.水閥門(mén) 13. 水噴射器 14.禽胴體滯留區(qū)圖2 氣、水組合的噴射器系統(tǒng)示意圖

圖2是氣、水組合的噴射器系統(tǒng)示意圖。在槽底空當(dāng)7處，設(shè)置一組氣噴射器和一組水噴射器，氣噴射器10與管路11連接，由閥門(mén)12a控制，水噴射器13與管路11b連接，由閥門(mén)12b控制，從氣噴射器10和水噴射器13噴出的氣流15(見(jiàn)圖3)和水流16(見(jiàn)圖4)，在結(jié)合部形成一個(gè)防止禽胴體滯留的防滯留區(qū)14。當(dāng)生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，預(yù)冷機(jī)開(kāi)始放水，當(dāng)水位降到防滯留區(qū)14附近時(shí)，由于預(yù)冷機(jī)槽體內(nèi)壁光滑，禽胴體滑落到防滯留區(qū)14，在氣噴射器10和水噴射器13的聯(lián)合作用下，攪動(dòng)周邊的水，使禽胴體移動(dòng)，防止禽胴體滯留在空當(dāng)7處。在放水時(shí)，水位較高時(shí)，氣噴射器可以獨(dú)立工作，水位較低時(shí)，水噴射器可以獨(dú)立工作。

6.葉片軸 7.槽底空擋 8.葉片端點(diǎn) 10.氣噴射器 15.氣流圖3 氣噴射器在空當(dāng)處的縱向剖視圖

6a、6b.葉片軸 7.槽底 12.水噴射器出口 13.水噴射器 16.水流 31.水進(jìn)口圖4 水噴射器在空當(dāng)處的縱向剖視圖

圖3是氣噴射器在空當(dāng)處的縱向剖視圖，圖4水噴射器在空當(dāng)處的縱向剖視圖。氣噴射器由多個(gè)氣噴射頭、連接在每個(gè)氣噴射頭與噴射氣源之間的氣噴射管路和氣噴射管路上的閥門(mén)構(gòu)成；水噴射器由多個(gè)水噴射頭、連接在每個(gè)水噴射頭與噴射水源之間的水噴射管路和水噴射管路上的閥門(mén)構(gòu)成。在一個(gè)螺旋葉片軸與另一個(gè)螺旋葉片軸之間結(jié)合部的懸掛吊梁處2a，以及禽胴體出料機(jī)構(gòu)軸與螺旋葉片軸結(jié)合部的出料端懸掛吊梁處2b，設(shè)置氣噴射器10和水噴射器13(見(jiàn)圖2、3、4)。氣噴射器10和水噴射器13設(shè)置在預(yù)冷機(jī)槽體的底部。生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，當(dāng)水位在氣噴射器的噴射口之上時(shí)，氣噴射器噴出的氣流15會(huì)攪動(dòng)周邊的水，以及水噴射器噴出的水流16，能夠防止禽胴體滯留在結(jié)合部。當(dāng)預(yù)冷機(jī)內(nèi)的水低于氣噴射器時(shí)，氣噴射器噴出的氣流攪動(dòng)周邊的水力量減弱時(shí)，水噴射器噴出的水流16，就能夠推動(dòng)禽胴體移動(dòng)，防止滯留，避免了由于人工撿拾滯留在預(yù)冷機(jī)槽體內(nèi)的胴體而造成的人身傷害和設(shè)備損壞事故，提高了設(shè)備自動(dòng)化程度。

氣噴射器10和水噴射器13交叉布置在懸掛吊梁處2a和2b的槽底，布置范圍與螺旋軸中心夾角以30°為宜。氣噴射器10與預(yù)冷機(jī)主體軸向相垂直方向設(shè)置，水噴射器13與預(yù)冷機(jī)主體軸向成一定角度，角度15°左右。

氣流噴射器和水流噴射器工作的狀態(tài)不同，在預(yù)冷機(jī)工作結(jié)束時(shí)，水位逐步下降，浮力逐漸減小，禽胴體逐漸變?yōu)椴黄顟B(tài)，氣流噴射器的作用減小，水流噴射器作用逐漸增強(qiáng)。

這種氣流噴射器和水流噴射器組合系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，使用方便，避免了人工撈取滯留禽胴體造成的人身傷害和設(shè)備損壞事故，解決了現(xiàn)有螺旋預(yù)冷機(jī)當(dāng)工作結(jié)束時(shí)，在一個(gè)螺旋葉片軸與另一個(gè)螺旋葉片軸結(jié)合部、出料機(jī)構(gòu)軸與螺旋葉片軸結(jié)合部，有禽胴體滯留的問(wèn)題，單臺(tái)禽胴體滯留不大于1只。提高了生產(chǎn)操作的安全性和生產(chǎn)效率。

2.2 防止禽胴體滯留的坡道式結(jié)構(gòu)[8]

試驗(yàn)表明，將預(yù)冷機(jī)槽體設(shè)計(jì)成前段直徑大于后端直徑，出料機(jī)構(gòu)段直徑大于其它段，在結(jié)合部的槽體底部采用錐體結(jié)構(gòu)形式連接并形成第一坡道；出料機(jī)構(gòu)段和預(yù)冷機(jī)主體的結(jié)合部槽體底部采用錐體結(jié)構(gòu)形式連接并形成第二坡道。這種方法是螺旋預(yù)冷機(jī)工作結(jié)束時(shí)，槽體內(nèi)禽胴體滯留量減少的另一種有效方法。

圖5是防止禽胴體滯留的坡道式預(yù)冷機(jī)示意圖，圖6是中間懸掛點(diǎn)坡道示意圖，圖7是出料段懸掛點(diǎn)坡道示意圖。

1a、1b.葉片軸 2a.懸掛吊梁 5.禽胴體 8a、8b.葉片端點(diǎn) 17.坡道、18坡道道低端圖6 中間懸掛點(diǎn)坡道示意圖

1a、1b.葉片軸 2b.懸掛吊梁 5.禽胴體 8c葉片端點(diǎn) 8d.出料板端點(diǎn) 17.坡道 18.坡道低端圖7 出料端懸掛點(diǎn)坡道示意圖

第一葉片軸與第二葉片軸，第二葉片軸與出料軸可以采用同軸設(shè)置或不同軸設(shè)置兩種結(jié)構(gòu)形式。在葉片軸1a和葉片軸1b同軸情況下，在中間懸掛點(diǎn)2a處的槽底，設(shè)計(jì)成防止禽胴體滯留的下坡17。葉片6b直徑大于葉片6a，下坡17的低點(diǎn)18端點(diǎn)8b，讓禽胴體5大部分超過(guò)端點(diǎn)8b，葉片6就會(huì)將禽胴體5帶走。第一坡道位于第一葉片軸上葉片的端點(diǎn)和第二葉片軸上葉片的端點(diǎn)之間的槽體底部；第二坡道位于第二葉片軸上葉片的端點(diǎn)和出料機(jī)構(gòu)上的出料板端點(diǎn)之間。

工作結(jié)束時(shí)，禽胴體被螺旋葉片6，依次推動(dòng)到當(dāng)螺旋葉片將禽胴體5推動(dòng)到第一坡道17a和第二坡道17b處。禽胴體5在重力的作用下，會(huì)順著第一坡道17a和第二坡道17b下滑到坡道低端18，后續(xù)螺旋葉片8b和出料機(jī)構(gòu)8d能夠使禽胴體連續(xù)移動(dòng)，不產(chǎn)生滯留現(xiàn)象。

試驗(yàn)證明，前段直徑與后端直徑不宜過(guò)大，造成整體結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，制造成本、運(yùn)輸成本增加。坡道的度數(shù)以7°為宜。

3 結(jié)果和討論

在螺旋預(yù)冷機(jī)懸掛吊梁處采用禽胴體滯留的噴射組合系統(tǒng)和坡道式結(jié)構(gòu)可以有效的減少禽胴體滯留，提高預(yù)冷機(jī)操作效率，提高人員和設(shè)備安全性。氣流噴射器和水流噴射器組合應(yīng)用，氣噴射器與預(yù)冷機(jī)主體軸垂直設(shè)置，水噴射器與預(yù)冷機(jī)主體軸向成15°左右的角度，布置范圍與螺旋軸中心夾角以30°為宜；防止禽胴體滯留坡道的度數(shù)以7°為宜；單臺(tái)禽胴體滯留不大于1只。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，使用方便，避免了人工撈取滯留禽胴體造成的人身傷害和設(shè)備損壞事故，解決了現(xiàn)有螺旋預(yù)冷機(jī)當(dāng)工作結(jié)束時(shí)，在一個(gè)螺旋葉片軸與另一個(gè)螺旋葉片軸結(jié)合部、出料機(jī)構(gòu)軸與螺旋葉片軸結(jié)合部，有禽胴體滯留的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)操作的安全性和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

螺旋預(yù)冷機(jī)采用防止禽胴體滯留的噴射器組合系統(tǒng)或防止禽胴體滯留的坡道式結(jié)構(gòu)，解決了行業(yè)內(nèi)多年來(lái)螺旋預(yù)冷機(jī)生產(chǎn)安全難題，提高了禽類加工設(shè)備的技術(shù)水平，將極大的促進(jìn)螺旋預(yù)冷機(jī)的銷售和老生產(chǎn)線的技術(shù)改造，提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。