一種秋刀魚的導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化

陳成明，余世龍，朱清澄，花傳祥,，上官春霞

（1.上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院，上海 201306；2.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306）

0 引言

秋刀魚是遠(yuǎn)洋漁業(yè)重要的捕撈對(duì)象之一，近五年其總捕獲量在35萬～60萬噸[1]。但與國外相比，國內(nèi)秋刀魚的加工技術(shù)較落后，存在著基礎(chǔ)研究薄弱，生產(chǎn)效率較低等問題[2]。前處理加工技術(shù)是魚類加工技術(shù)的首要和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括：導(dǎo)向、分級(jí)、去鱗去內(nèi)臟等關(guān)鍵步驟[3]。其中分級(jí)、去鱗去內(nèi)臟等技術(shù)發(fā)展迅速[4～7]。但在秋刀魚進(jìn)行分級(jí)、去鱗去內(nèi)臟之前，必須對(duì)秋刀魚進(jìn)行導(dǎo)向處理，即將姿勢各異的秋刀魚按照一定的規(guī)律調(diào)整，然后逐條進(jìn)入加工設(shè)備。國外的相關(guān)學(xué)者和企業(yè)研究較多的是與一些魚類加工生產(chǎn)線相匹配的導(dǎo)向裝置。Badder公司制造的481型自動(dòng)加料機(jī)[8]，結(jié)合魚的背部與腹部在外力的擠壓下變形差異的特征，在驅(qū)動(dòng)壓輪與壓板的擠壓下進(jìn)行導(dǎo)向處理；Marel公司[9]設(shè)計(jì)了一種魚體腹背導(dǎo)向分揀生產(chǎn)線，其中利用魚體頭部剛度較大這一特性，腹背導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)共同作用實(shí)現(xiàn)魚體腹背導(dǎo)向；Pegoraro等[10]設(shè)計(jì)了一種傳感器與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的魚體導(dǎo)向裝置，利用傳感器檢測魚體姿勢，配合機(jī)械機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)魚體導(dǎo)向功能；Knyszewki等[11]通過高低振動(dòng)平臺(tái)與有傾斜角度的漸縮通道的配合，將細(xì)棘長吻魚魚體進(jìn)行導(dǎo)向處理。目前我國的分離導(dǎo)向裝置發(fā)展相對(duì)較緩慢。魯力等人[12]利用魚的重心特點(diǎn)及順鱗摩擦角之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了振動(dòng)臺(tái)對(duì)魚進(jìn)行姿勢調(diào)整并進(jìn)行排序；徐頌波等人[13]根據(jù)魚頭魚尾之間的剛度不同，利用在同一壓力下產(chǎn)生不同的彎曲形變，進(jìn)而對(duì)魚體進(jìn)行導(dǎo)向；萬鵬等人[14]以利用魚體腹背受力擠壓的特性以及魚體近似為楔形的腹部橫截面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種魚體的導(dǎo)向方法；高星星等人[15,16]探討了振動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)及振動(dòng)工藝參數(shù)對(duì)魚體定向的影響，為魚體振動(dòng)定向裝置的研發(fā)提供理論依據(jù)。綜上，國外研究的分離導(dǎo)向設(shè)備主要針對(duì)海水魚，但由于每一種海水魚的體型差異較大，目前國外研究沒有適合于秋刀魚的分離導(dǎo)向設(shè)備；國內(nèi)研究的分離導(dǎo)向設(shè)備主要基于淡水魚結(jié)構(gòu)特征，例如鯽魚的腹部橫截面近似為楔形、魚頭魚尾具有不同的剛度等，進(jìn)而利用振動(dòng)原理和有傾角的漸變滑道，對(duì)淡水魚進(jìn)行分離導(dǎo)向。但國內(nèi)的設(shè)備在分離導(dǎo)向時(shí)過多依賴于重力和傾斜角度，極易堵塞。因此有必要設(shè)計(jì)一種適合秋刀魚的導(dǎo)向方法與設(shè)備。

為了解決秋刀魚導(dǎo)向困難的難題，本文以秋刀魚為研究對(duì)象，基于雙導(dǎo)向輪的力學(xué)特性下，根據(jù)秋刀魚的物理結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了一種適合于秋刀魚導(dǎo)向的裝置。以魚體損傷量和總時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行了單因素試驗(yàn)和3因素5水平的正交實(shí)驗(yàn)。最終確定裝置的最優(yōu)工作參數(shù)，并進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)樣機(jī)試驗(yàn)，最終確定最優(yōu)工作參數(shù)。為秋刀魚分離導(dǎo)向裝置研發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 裝置整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 裝置整體結(jié)構(gòu)

秋刀魚導(dǎo)向裝置主要是由分離機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、限位組件、機(jī)架、電機(jī)、輸送帶等部件組成。分離機(jī)構(gòu)主要包括分離漏斗、電磁振動(dòng)器、滑筒；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括帶輪電動(dòng)機(jī)、皮帶、皮帶支架。裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 秋刀魚導(dǎo)向裝置示意圖

1.2 工作原理

工作時(shí)，該裝置通過工人將一定數(shù)目的秋刀魚倒入分離漏斗中，為了提高分離漏斗的效率，設(shè)計(jì)了雙漏嘴型漏斗。在電磁振動(dòng)器作用下，秋刀魚從每個(gè)分離漏斗的底部逐條漏出，通過滑筒滑到輸送帶上，在限位組件的作用下，秋刀魚垂直地輸送到導(dǎo)向裝置處，導(dǎo)向裝置通過兩個(gè)帶輪電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)兩邊的皮帶進(jìn)行差速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過兩皮帶對(duì)秋刀魚的摩擦力的不同，對(duì)秋刀魚進(jìn)行導(dǎo)向作用。底板與機(jī)架之間有橡膠墊，橡膠墊有吸收振動(dòng)的功效。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 秋刀魚的基本參數(shù)

秋刀魚的結(jié)構(gòu)特征是設(shè)計(jì)分離導(dǎo)向裝置的重要參考之一。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，秋刀魚體長范圍是250±50mm，體寬范圍是40±10mm，平均重量在100～300g，截面圖呈橢圓形。

2.2 分離機(jī)構(gòu)

分離機(jī)構(gòu)是設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置的首要環(huán)節(jié)。如圖2所示，雙漏嘴型漏斗的兩個(gè)漏腔分界處的高度h必須大于或等于一條秋刀魚的長度，以便盡量減少振動(dòng)過程中，在左右腔中的秋刀魚相互干擾，此處設(shè)計(jì)h為300mm；對(duì)于漏斗的傾斜角α，能保證秋刀魚不堵塞即可，設(shè)置為75°；對(duì)于漏嘴的直徑d，結(jié)合秋刀魚的體寬40±10mm，設(shè)置漏嘴的d直徑為40mm，此每個(gè)漏嘴的大小只能使一條秋刀魚通過；導(dǎo)向裝置的總高度,根據(jù)人因工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)，在重體力工作時(shí)，男性的工作面的高度750～900mm，女性的工作面的高度700～850mm，考慮到男女性的綜合條件，確定為830mm[17,18]。

圖2 雙漏嘴型漏斗半剖圖

2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)向裝置的關(guān)鍵部件。如圖3所示，帶輪電動(dòng)機(jī)5通過皮帶輪6帶動(dòng)皮帶4轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶4與皮帶支架3上的滾輪7接觸，秋刀魚通過接觸皮帶4，進(jìn)行導(dǎo)向作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)要想工作在最佳狀態(tài)，工作參數(shù)要恰當(dāng)。該機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)包括：左右兩個(gè)帶輪電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比、兩導(dǎo)向輪之間的距離。通過三個(gè)因素的配合，能使導(dǎo)向效率最好。

圖3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)示意圖

2.3.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的原理

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的原理是基于秋刀魚的不同部位上的摩擦系數(shù)的不同，通過摩擦力對(duì)不同的秋刀魚進(jìn)行導(dǎo)向作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的皮帶表面粗糙，起主要導(dǎo)向作用。產(chǎn)生摩擦的主要部位有皮帶表面與秋刀魚的頭部表面接觸處、皮帶表面與秋刀魚的魚體中部表面接觸處、皮帶表面與秋刀魚的魚體尾部表面接觸處、秋刀魚頭部表面與頭部表面接觸處、秋刀魚頭部表面與中部表面接觸處。由于皮帶表面粗糙、秋刀魚的頭部較堅(jiān)硬、秋刀魚的魚體布滿魚鱗，較粗糙，所以各部分的摩擦系數(shù)關(guān)系有如下關(guān)系：

其中，

f1是皮帶表面與秋刀魚的魚體中部表面摩擦系數(shù)；

f2是皮帶表面與秋刀魚的魚體尾部表面摩擦系數(shù)；

f3是皮帶表面與秋刀魚魚體頭部表面摩擦系數(shù)；

f4是秋刀魚頭部表面與中部表面的摩擦系數(shù)；

f5是秋刀魚頭部表面與頭部表面的摩擦系數(shù)。

由于分離機(jī)構(gòu)是雙漏斗型漏斗，出現(xiàn)在輸送帶上的兩條秋刀魚可能出現(xiàn)同一時(shí)刻進(jìn)入導(dǎo)向裝置。此導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以使每個(gè)秋刀魚逐一通過，且保證不能使兩個(gè)秋刀魚同時(shí)通過。由于兩導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)速不相等（這里假設(shè)w1＞w2），所以分為三種情況：頭部與頭部接觸情況，如圖4(a)所示；頭部與中部接觸情況，如圖4(b)所示；頭部與尾部接觸情況，如圖4(c)所示。對(duì)于頭部與中部接觸情況，通過區(qū)分已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)向裝置的秋刀魚是否靠近高轉(zhuǎn)速導(dǎo)向輪，分為兩種情況：已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)向裝置的秋刀魚靠近低轉(zhuǎn)速輪，如圖4(b)所示；已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)向裝置的秋刀魚靠近高轉(zhuǎn)速輪，如圖5(b)所示。

圖4 與轉(zhuǎn)速小的導(dǎo)向輪接觸的秋刀魚先導(dǎo)向圖

圖5 與轉(zhuǎn)速大的導(dǎo)向輪接觸的秋刀魚先導(dǎo)向圖

圖4、圖5中，1是轉(zhuǎn)速大的導(dǎo)向輪，2是轉(zhuǎn)速小的導(dǎo)向輪3、4、5、6、7、8、9、10是秋刀魚，秋刀魚與導(dǎo)向輪的接觸點(diǎn)與秋刀魚與秋刀魚的接觸點(diǎn)之間的線段作直徑畫圓，其圓心是轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的大致質(zhì)心位置。r3、r4、r5、r10為秋刀魚的頭部接觸時(shí)圓的半徑，r6、r9為秋刀魚的中部接觸時(shí)圓的半徑，w1是導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)速，w2是導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)速，F(xiàn)1是導(dǎo)向輪1對(duì)秋刀魚的摩擦力，F(xiàn)2是導(dǎo)向輪2對(duì)秋刀魚的摩擦力，F(xiàn)是輸送帶對(duì)秋刀魚的摩擦力，F(xiàn)N1是導(dǎo)向輪對(duì)秋刀魚4的支持力，F(xiàn)N2是導(dǎo)向輪對(duì)秋刀魚3的支持力，F(xiàn)N3是秋刀魚3對(duì)秋刀魚4的支持力，F(xiàn)N4是秋刀魚4對(duì)秋刀魚3的支持力，在圖4(a)中，F(xiàn)f2是秋刀魚4對(duì)秋刀魚3的摩擦力，F(xiàn)f1是秋刀魚3對(duì)秋刀魚4的摩擦力，其他圖以此類推。

本文假設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)理想，通過分析秋刀魚在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來闡述導(dǎo)向過程[19]。

當(dāng)頭部與頭部先接觸時(shí)進(jìn)行導(dǎo)入機(jī)構(gòu)時(shí)，兩端皮帶分別于秋刀魚的頭部接觸且一條秋刀魚的頭部與另一條秋刀魚的頭部接觸,如圖4(a)所示。秋刀魚3、秋刀魚4都有逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。秋刀魚3的轉(zhuǎn)矩M3和秋刀魚4的轉(zhuǎn)矩M4分別為：

此時(shí)轉(zhuǎn)矩M3、M4均大于零，所以秋刀魚3、秋刀魚4均逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在兩導(dǎo)向輪的帶動(dòng)下，與轉(zhuǎn)速高的導(dǎo)向輪接觸的秋刀魚3先進(jìn)行導(dǎo)向，接著秋刀魚4進(jìn)行導(dǎo)向。

當(dāng)一條秋刀魚的中部與頭部進(jìn)入導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)且已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的秋刀魚靠近低轉(zhuǎn)速輪。兩端皮帶分別于秋刀魚的頭部和中部接觸且兩條秋刀魚的中部與頭部接觸，如圖4(b)所示。秋刀魚5、秋刀魚6有逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。秋刀魚5的轉(zhuǎn)矩M5和秋刀魚6的轉(zhuǎn)矩M6分別為：

由上公式得，M5、M6均大于零，秋刀魚5、秋刀魚6有逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。綜上述所，秋刀魚6先進(jìn)行導(dǎo)向，接著秋刀魚5再進(jìn)行導(dǎo)向。

當(dāng)一條秋刀魚的中部與頭部進(jìn)入導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)且已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的秋刀魚靠近高轉(zhuǎn)速輪。兩端皮帶分別于秋刀魚的頭部和中部接觸且兩條秋刀魚的中部與頭部接觸，如圖5(b)所示。秋刀魚9、秋刀魚10有順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。秋刀魚9的轉(zhuǎn)矩M9和秋刀魚10的轉(zhuǎn)矩M10分別為：

由于f1＞f3＞f4，有F2＞Ff2且有F1＞Ff1,此時(shí)轉(zhuǎn)矩M9、M10均大于零，秋刀魚9、秋刀魚10有順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。在兩導(dǎo)向輪的帶動(dòng)下，秋刀魚9先進(jìn)行導(dǎo)向，接著秋刀魚10進(jìn)行導(dǎo)向。

當(dāng)一條秋刀魚的尾部與頭部進(jìn)入導(dǎo)向裝置時(shí)，如圖4(c)所示。由于f1=f2,此種情況秋刀魚7、秋刀魚8所受力和轉(zhuǎn)矩情況分別于圖4(b)所示秋刀魚5、秋刀魚6相同。秋刀魚7、秋刀魚8均逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢且秋刀魚8前進(jìn)的動(dòng)力主要是輸送帶的摩擦力，導(dǎo)向裝置不會(huì)發(fā)生堵塞。同理，圖5(c)所示的情況也不會(huì)堵塞。

綜上所述，當(dāng)導(dǎo)向裝置工作在理想狀況下，無論是哪種情況，兩條秋刀魚都不會(huì)在導(dǎo)向裝置的位置處發(fā)生堵塞。

通過分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)向輪的速度對(duì)導(dǎo)向裝置的影響最大。當(dāng)轉(zhuǎn)速較大時(shí)，導(dǎo)向輪對(duì)秋刀魚的摩擦力F1越大，秋刀魚在導(dǎo)向時(shí)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象裝置，若轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，秋刀魚會(huì)被甩出裝置；當(dāng)速度過小時(shí)，導(dǎo)向時(shí)間過長，容易產(chǎn)生堵塞。兩導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)速比也對(duì)導(dǎo)向效果有影響，當(dāng)轉(zhuǎn)速比過大時(shí)，秋刀魚與輸送帶接觸不充分，秋刀魚會(huì)出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象；當(dāng)速度比過小時(shí)，導(dǎo)向效果不明顯，導(dǎo)向時(shí)間長。兩導(dǎo)向輪之間的間距主要影響受力圓半徑的大小，從而影響到轉(zhuǎn)矩的力臂，然而當(dāng)間距過大時(shí)，不能達(dá)到秋刀魚逐一通過的效果。綜上所述，確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的最佳參數(shù)，有利于達(dá)到最佳的導(dǎo)向效果。

2.3.2 基于預(yù)實(shí)驗(yàn)確定主要參數(shù)范圍

影響導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)有：導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)速比、導(dǎo)向輪間距，以總時(shí)間和魚體損傷量為指標(biāo)，進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)由于轉(zhuǎn)速超過85 r?min-1，秋刀魚出現(xiàn)打滑和失去穩(wěn)定性現(xiàn)象，導(dǎo)向總時(shí)間增加，魚體損傷量隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于45r?min-1時(shí)，秋刀魚不進(jìn)行導(dǎo)向，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，所以轉(zhuǎn)速的范圍能確定為45r?min-1～85r?min-1；當(dāng)兩導(dǎo)向輪之間的間距大于57mm時(shí)秋刀魚不能達(dá)到逐一通過的效果，同時(shí)當(dāng)間距小于45mm時(shí)，秋刀魚易產(chǎn)生堵塞，即間距的范圍為45mm～57mm；當(dāng)轉(zhuǎn)速比低于1.3時(shí)，導(dǎo)向效果不明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)速比大于2.5時(shí)，秋刀魚易發(fā)生劇烈抖動(dòng)，失去穩(wěn)定性。即轉(zhuǎn)速比的范圍為1.3～2.5。

3 單因素試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)對(duì)象

隨機(jī)選取100條秋刀魚進(jìn)行試驗(yàn)。其選中的秋刀魚體長范圍：250±50mm，體寬范圍：40±10mm，重量范圍在100g～300g。

3.2 試驗(yàn)方法

以導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)速、兩導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)速比、導(dǎo)向輪間距等為自變量，以秋刀魚單體輸送效果（總時(shí)間、魚體損傷量）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，控制變量法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如下：

1）將間距等分成45mm，48mm，51mm，54mm，57mm五組，轉(zhuǎn)速設(shè)置為60r?min-1，轉(zhuǎn)速比設(shè)置為1.8，進(jìn)行試驗(yàn)，記錄總時(shí)間和魚體損傷量；

2）將轉(zhuǎn)速比等分成1.3，1.6，1.9，2.2，2.5五組，間距設(shè)置為50mm，轉(zhuǎn)速設(shè)置為60r?min-1，記錄總時(shí)間和魚體損傷量；

3）將轉(zhuǎn)速等分成45r?min-1，55r?min-1，65r?min-1，75r?min-1，85r?min-1五組，間距設(shè)置為50mm，轉(zhuǎn)速比設(shè)置為1.8，進(jìn)行試驗(yàn)，記錄總時(shí)間和魚體損傷量。

分別進(jìn)行三組試驗(yàn)，探究各因素對(duì)單體輸送效果的影響。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到間距、轉(zhuǎn)速比、轉(zhuǎn)速對(duì)單體輸送效果的影響趨勢圖。

如圖6所示，不同間距對(duì)單體輸送效果有影響。隨著間距地增大，總時(shí)間逐漸減少，在間距為51mm處總時(shí)間達(dá)到最小值234s，此時(shí)魚體損傷量為6條。隨著間距繼續(xù)增大，總時(shí)間值處于穩(wěn)定狀態(tài)，魚體損傷量隨著間距的增加，魚體損傷量逐漸減少，最后趨向于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 間距對(duì)單體輸送效果的關(guān)系圖

如圖7所示，不同轉(zhuǎn)速比對(duì)單體輸送效果有影響。隨著轉(zhuǎn)速比地增大，總時(shí)間逐漸減少，在轉(zhuǎn)速比為1.9處，總時(shí)間達(dá)到最小值238s，此時(shí)魚體損傷量為13條。隨著轉(zhuǎn)速比繼續(xù)增大，秋刀魚失去穩(wěn)定性現(xiàn)象，總時(shí)間增加較快；魚體損傷量隨著轉(zhuǎn)速比增加而增加。

圖7 轉(zhuǎn)速比對(duì)單體輸送效果的關(guān)系圖

如圖8所示，不同轉(zhuǎn)速對(duì)單體輸送效果有影響。隨著轉(zhuǎn)速地增加，總時(shí)間逐漸減少，在65r?min-1達(dá)到最小值，此時(shí)的總時(shí)間為238s,魚體損傷量為7條。轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加后，導(dǎo)致秋刀魚出現(xiàn)打滑和失去穩(wěn)定性現(xiàn)象，總時(shí)間增加，魚體損傷量增加。

圖8 轉(zhuǎn)速比對(duì)單體輸送效果的關(guān)系圖

4 正交試驗(yàn)

利用design expert8.1對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二次通用旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和進(jìn)行顯著性分析[22,23]。以不同轉(zhuǎn)速，不同間距，不同轉(zhuǎn)速比作為自變量，以單體輸送效果作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)際3因素5水平的正交實(shí)驗(yàn)。觀察各自變量及交互作用對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，并確定最佳匹配參數(shù)，編碼如表1所示。

表1 編碼水平表

通過design expert的設(shè)計(jì)，共有產(chǎn)生17組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)隨機(jī)選取100條秋刀魚，記錄每組試驗(yàn)的單體輸送效果，如表2所示，得到正交試驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)表

4.1 回歸分析

通過對(duì)數(shù)據(jù)的響應(yīng)面回歸分析，最終可得到總時(shí)間和魚體損傷量方差分析表（表3）并得到總時(shí)間Y1，魚體損傷量Y2與間距A，轉(zhuǎn)速比B，轉(zhuǎn)速C的回歸方程為：

其中Y1回歸模型的P＜0.01，有極顯著性，失擬項(xiàng)F=0.2316＞0.05，無顯著性，模型決定因數(shù)R2=0.9750；其中Y2回歸模型的P＜0.01，有極顯著性，失擬項(xiàng)F=0.1346＞0.05，無顯著性，模型決定因數(shù)R2=0.9497。綜上所述，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比、間距對(duì)總時(shí)間和魚體損傷量的影響都達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），但失擬項(xiàng)不顯著（F＞0.05），表面一定范圍內(nèi)回歸模型與實(shí)際情況擬合度較高。

由于皮帶是橡膠材料，導(dǎo)向時(shí)與秋刀魚接觸對(duì)秋刀魚的損傷程度較小，對(duì)后續(xù)秋刀魚的加工不影響。即將總時(shí)間作為衡量導(dǎo)向裝置的主要影響因素。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3），影響秋刀魚導(dǎo)向總時(shí)間的主次順序是：C(轉(zhuǎn)速)＞B(轉(zhuǎn)速比)＞A(間距)。根據(jù)秋刀魚導(dǎo)向總時(shí)間回歸方程作出等高線如圖9所示。

圖9 各因素對(duì)總時(shí)間的等高線圖

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果表

4.2 確定參數(shù)最優(yōu)參數(shù)和樣機(jī)試驗(yàn)

通過對(duì)圖9(a)、圖9(b)所示的等高線的對(duì)比分析且本實(shí)驗(yàn)中最優(yōu)解只有一個(gè)，確定的最佳參數(shù)為：間距為50.85mm，轉(zhuǎn)速比為1.93，轉(zhuǎn)速為67.19r?min-1，總排序時(shí)間為233.357s。即導(dǎo)向速度為每條2.33s。為了檢驗(yàn)最佳參數(shù)的準(zhǔn)確性，對(duì)其進(jìn)行樣機(jī)性能試驗(yàn)，依據(jù)最優(yōu)參數(shù)調(diào)節(jié)工作參數(shù)。通過對(duì)100條秋刀魚進(jìn)行性能測驗(yàn)得出：總排序時(shí)間238s，即輸送速度每條為2.38s。此時(shí)魚體損傷個(gè)量為12條，損傷率為12%。試驗(yàn)結(jié)果基本與仿真結(jié)果相符。

5 結(jié)語

本研究設(shè)計(jì)一種秋刀魚的導(dǎo)向裝置，同時(shí)也對(duì)其導(dǎo)向裝置進(jìn)行了原理分析、參數(shù)優(yōu)化及性能試驗(yàn)。分離機(jī)構(gòu)主要由電磁振動(dòng)器和雙漏嘴型漏斗組成，可以使秋刀魚逐條地輸送到傳送帶上，在限位組件的作用下，秋刀魚垂直地輸送到導(dǎo)向機(jī)構(gòu)處，基于差速原理的導(dǎo)向裝置，通過摩擦力的不同，對(duì)秋刀魚進(jìn)行導(dǎo)向作用。為了得出導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三因素五水平的二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn).當(dāng)間距為50.85mm，轉(zhuǎn)速比為1.93，轉(zhuǎn)速為67.19r?min-1，裝置能達(dá)到最好效果。同時(shí)基于最佳參數(shù)，通過100條秋刀魚進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果基本與仿真結(jié)果相符。

本研究對(duì)秋刀魚的分離導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但并未考慮到對(duì)秋刀魚的投入量、導(dǎo)向輪的半徑、秋刀魚導(dǎo)向后的狀態(tài)等因素的影響。所以需要繼續(xù)研究其理論、完善實(shí)驗(yàn)，提高裝置的適應(yīng)性。