開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

□ 孫學(xué)瑜 □ 江嘉輝 □ 孔秀菁 □ 歐陽(yáng)鵬 □ 馮柏奇 □ 馮嘉慧 □ 黃華斌 □ 馬靜娟 □ 陳銀清

廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 廣東茂名 525099

1 設(shè)計(jì)背景

針對(duì)生蠔、牡蠣類海產(chǎn)品的加工,國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究仍處于起步階段,各類海產(chǎn)品以人工開殼為主要加工手段。傳統(tǒng)人工開蠔生產(chǎn)效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,耗費(fèi)人力資源[1]。實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化開蠔的難點(diǎn)在于生蠔外殼形狀不規(guī)則,生蠔的準(zhǔn)確定位與夾緊以目前的機(jī)械自動(dòng)化水平難以實(shí)現(xiàn)。生蠔肉質(zhì)鮮活度要求較高,除早期機(jī)械開蠔方式外,還有高溫處理法、冷凍處理法、微波處理法、高溫氣流開殼法等多種開蠔方式[2],這些開蠔方式對(duì)生蠔肉質(zhì)鮮活度均有不同程度的影響。綜合考慮,還是機(jī)械開蠔方式最為穩(wěn)妥。筆者設(shè)計(jì)了開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線,可以有效提高開蠔效率,同時(shí)確保生蠔的肉質(zhì)鮮活度。

2 設(shè)計(jì)要求

開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線要求結(jié)構(gòu)緊湊、控制精準(zhǔn)。開蠔過程減振效果好,噪聲低,在足夠的動(dòng)力和穩(wěn)定的載荷下具有較高的開蠔效率。在高濕度的工作環(huán)境下,開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線能夠正常工作,生蠔能夠被準(zhǔn)確定位和識(shí)別。

3 基本組成

開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線分為六個(gè)工作工位:下料、傳送、定位裝夾、打磨、開蠔、卸料,由圓盤式工作臺(tái)、下料口、傳送帶、檢測(cè)定位裝置、生蠔夾具裝置、刀具刀架等機(jī)構(gòu)組成[3-4],結(jié)構(gòu)如圖1所示,工藝流程如圖2所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)

開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線采用推桿與測(cè)距傳感器配合對(duì)生蠔定位,有效解決了生蠔形狀不規(guī)則定位難的問題。生蠔夾具裝置設(shè)置壓力傳感器,控制夾緊壓力,保證生蠔定位后夾緊。通過模仿人工小刀撬開生蠔的動(dòng)作,設(shè)計(jì)刀具刀架,采用氣壓傳動(dòng),實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速撬開生蠔?？刂葡到y(tǒng)采用可編程序控制器[5],控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)與氣動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)生蠔夾具裝置的松緊、刀具的動(dòng)作,以及圓盤式工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)。

▲圖1 開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

▲圖2 開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線工藝流程

將未處理的生蠔倒入下料口,在重力的作用下,生蠔自動(dòng)滑入傳送帶。傳送帶兩側(cè)共設(shè)有六根推桿與六個(gè)測(cè)距傳感器,配合對(duì)生蠔進(jìn)行定位[6]。當(dāng)生蠔進(jìn)入傳送帶指定位置,測(cè)距傳感器感應(yīng)到生蠔后,推桿進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作,使生蠔的開蠔方向與傳送帶的速度方向一致。在傳送帶的帶動(dòng)下,生蠔落入生蠔夾具裝置,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

生蠔夾具裝置由滑塊、橡膠墊、絲桿、齒輪、擋片、軸承、缸體等組成,結(jié)構(gòu)如圖3所示。在生蠔夾具裝置的底部和側(cè)面設(shè)置有壓力傳感器[7],當(dāng)生蠔落入生蠔夾具裝置后,底部壓力傳感器接收到壓力信號(hào),控制步進(jìn)電機(jī)開始工作,通過絲桿滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)夾緊生蠔。生蠔夾具裝置將生蠔夾緊,位于側(cè)面的壓力傳感器接收到壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值后,發(fā)出電信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)絲桿滑塊機(jī)構(gòu)自鎖,生蠔處于被夾緊狀態(tài),然后圓盤式工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)入下一工位。生蠔定位如圖4所示。

開蠔是開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線最重要的工步,所采用的刀具為氣壓傳動(dòng)刀具[8]。生蠔的閉殼肌均生長(zhǎng)在中心線偏右側(cè),所以刀片的設(shè)計(jì)采用偏心刀刃[9],如圖5所示。當(dāng)帶有生蠔的生蠔夾具裝置被傳送至刀具位置時(shí),刀具由可編程序控制器進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀、撬殼、退刀動(dòng)作。具體流程如下:帶有生蠔的生蠔夾具裝置隨圓盤式工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn),將生蠔轉(zhuǎn)送至刀具開蠔工位;位于生蠔夾具裝置上的限位行程開關(guān)觸發(fā),刀具開始動(dòng)作;當(dāng)?shù)毒卟迦肷? mm左右時(shí),上下刀片在氣缸拉力作用下張開,撬開上殼[10];在撬殼之前,生蠔夾具裝置先使生蠔稍微松開,避免在撬殼過程中對(duì)橡膠墊造成嚴(yán)重磨損,同時(shí)提高開蠔的成功率。這一工序在運(yùn)作時(shí),圓盤式工作臺(tái)停止運(yùn)行,檢測(cè)定位裝置同步運(yùn)行,以提高生產(chǎn)效率。刀具結(jié)構(gòu)如圖6所示。

▲圖3 生蠔夾具裝置結(jié)構(gòu)

▲圖4 生蠔定位

▲圖5 刀片設(shè)計(jì)

▲圖6 刀具結(jié)構(gòu)

5 控制原理

開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線由可編程序控制器進(jìn)行控制,通過脈沖信號(hào)輸出,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。在生蠔夾具裝置上設(shè)有兩個(gè)壓力傳感器,當(dāng)生蠔滑落到生蠔夾具裝置底部時(shí),底部壓力傳感器向控制中心發(fā)出脈沖信號(hào),步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),使生蠔夾具裝置不斷縮緊。當(dāng)側(cè)面壓力傳感器不斷受壓,壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值后,電路斷開,步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)生蠔剛好被夾緊。在傳送帶運(yùn)送生蠔滑落至生蠔夾具裝置后,圓盤式工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到刀具開蠔工位,限位行程開關(guān)啟動(dòng),輸出脈沖信號(hào),使刀具開始工作。刀具撬開生蠔殼后,反向脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn),生蠔夾具裝置松開,刀具復(fù)位,圓盤式工作臺(tái)轉(zhuǎn)到下個(gè)工位。卸料推桿開始工作,將生蠔推入收集箱。完成收集工作后,卸料推桿復(fù)位。

6 主要技術(shù)指標(biāo)

6.1 生產(chǎn)效率

開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線采用多工位結(jié)構(gòu),將生蠔按照規(guī)定方向放置于下料口,同時(shí)開蠔工位同步運(yùn)作,因此開蠔時(shí)間短。生蠔夾具裝置停止的時(shí)間為3 s,圓盤式工作臺(tái)轉(zhuǎn)速設(shè)定為60(°)/s,在生蠔夾具裝置停止時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),刀具功作時(shí)間為1 s,則開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線開一個(gè)生蠔的時(shí)間共4 s。

6.2 加工能力

生蠔自身形狀大小不一,開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線采用機(jī)械定位,先通過砂輪機(jī)打磨開蠔位置。樣機(jī)測(cè)試結(jié)果顯示,95%以上的生蠔都可以使用開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行加工。

7 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)了開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線,上下料快捷、準(zhǔn)確,自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低。充分應(yīng)用傳感器的檢測(cè)功能,解決了生蠔定位難的問題,同時(shí)確保了夾緊力的大小。開蠔自動(dòng)生產(chǎn)線適用于大批量加工生產(chǎn),可以合理放置多個(gè)夾具在圓盤式工作臺(tái)上,裝夾、打磨、開蠔多個(gè)工位同時(shí)工作,在圓盤式工作臺(tái)上有序精確加工,不斷循環(huán),實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化加工。這一自動(dòng)生產(chǎn)線也可以推廣應(yīng)用于其它貝殼類產(chǎn)品。