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        淡水魚加工前處理裝置設(shè)計(jì)

        2012-11-20 03:34:07彭三河
        關(guān)鍵詞:魚腹輸送鏈鏈板

        彭三河

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

        淡水魚加工前處理裝置設(shè)計(jì)

        彭三河

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

        將剖切、去除內(nèi)臟工藝結(jié)合在一起是魚加工前期處理的關(guān)鍵問題,前處理不僅要求生產(chǎn)率高,還要保證處理后的品質(zhì)好。從魚結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)其品質(zhì)要求出發(fā),設(shè)計(jì)了魚加工前處理裝置,并簡述了其工藝流程、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要設(shè)計(jì)參數(shù)。該裝置采用鏈盒固魚輸送、圓盤刀剖切魚腹、掏鏟去內(nèi)臟及清水沖洗聯(lián)合處理工藝,試驗(yàn)證明該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、處理能力20尾/min左右、操作安全、運(yùn)行可靠,能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

        淡水魚加工;前處理;裝置

        近年來,隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局的推進(jìn),我國淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有了迅速發(fā)展,其產(chǎn)量持續(xù)高速增長。然而,由于包括加工技術(shù)及裝備在內(nèi)的諸多因素的制約,淡水魚的消費(fèi)至今仍以鮮活為主,加工量很少。目前,在國內(nèi)市場上,鮮活、冷凍、加工淡水魚的比例大約是75∶20∶5[1-4]。但是作為初級(jí)加工的冷凍產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人們對(duì)水產(chǎn)水產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量、花色品種上日趨增長的要求。淡水魚必須通過深加工、精加工、擴(kuò)大加工品種、改進(jìn)加工技術(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)適銷對(duì)路、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)、供銷靈活、品種多樣的魚糜制品及魚肉罐頭等風(fēng)味食品或飼料。

        原料魚的前處理工序是魚制品、食品或飼料生產(chǎn)的頭道工序。通常包括除魚鱗、除頭、剖魚腹、去內(nèi)臟、魚體洗滌等,在目前實(shí)際生產(chǎn)中,前處理工序大都采用手工操作,其生產(chǎn)效率低、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不容易控制,尤其是在處理大量魚時(shí),操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。去除的魚內(nèi)臟等廢棄物不能回收利用,并且污染環(huán)境[5-7]。人工預(yù)處理的生產(chǎn)方式,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于加工魚類食品機(jī)械化大生產(chǎn)的要求。所以,急需研究一種適合我國國情、具有普遍意義,且可以滿足機(jī)械化大生產(chǎn)要求的有效的前處理方法。

        1 設(shè)計(jì)方案

        1.1 設(shè)計(jì)要求

        圖1 淡水魚加工前處理裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖

        淡水魚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,保證魚的味覺新鮮。去內(nèi)臟應(yīng)掏挖干凈而不傷及內(nèi)腔。同時(shí)還要考慮安全、環(huán)保及節(jié)能等要求。

        1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        淡水魚加工前處理裝置主要由機(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)三維示意圖如圖1所示。

        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 加工流程和工作原理

        淡水魚加工預(yù)處理裝置的加工流程如圖2所示。

        圖2 淡水魚加工前處理裝置加工流程

        淡水魚加工前處理裝置工作過程如下: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 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

        圖3 輸送鏈結(jié)構(gòu)示意圖

        圖4 魚盒結(jié)構(gòu)示意圖

        根據(jù)主要加工魚類的體長范圍、魚盒安裝及運(yùn)動(dòng)空間限制等要求,選用40A(GB/T1243-1997)的滾子鏈作為輸送鏈,主要參數(shù)有: 節(jié)距63.5mm;滾子直徑39.68mm;內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬37.85mm;銷軸直徑19.85mm; 內(nèi)鏈板高度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)采用圓角,如圖3所示。

        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)如圖4所示。

        如圖4所示,魚盒是由2塊仿形夾魚板、壓縮彈簧和U型盒構(gòu)成,彈簧用來連接夾魚板和U型盒,彈簧與夾魚板和U型盒壁采用焊接方式。

        圖5 魚盒布置結(jié)構(gòu)示意圖

        魚盒安裝于輸送鏈上,U型盒的長度與滾子鏈上的異形鏈板相等,由于所選的滾子鏈型號(hào)為40A,其節(jié)距為63.5mm,1個(gè)魚盒的長度和1個(gè)異形鏈板的長度相等,而主要加工魚體長平均約200mm,故需要采用2個(gè)魚盒裝夾1尾魚,2個(gè)魚盒之間相隔1個(gè)鏈節(jié)距,故2個(gè)魚盒的總長度大于3個(gè)節(jié)距(190.5mm),這樣足夠裝夾1尾魚(圖5)。

        圖6 魚盒與輸送鏈連結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

        2.3 魚盒與輸送鏈的連結(jié)設(shè)計(jì)

        為了保持魚盒的平衡,采用2條滾子鏈傳動(dòng),魚盒兩邊的盒壁分別與2條滾子鏈的異形鏈板連結(jié)。魚盒與異形鏈板之間采用螺栓連結(jié)。由于加工的魚體大小不同,魚體長度不一樣,故需要改變2個(gè)魚盒的相對(duì)位置?;诖?,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)2個(gè)魚盒相對(duì)位置然后分批加工。

        考慮到人工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。魚盒與輸送鏈連結(jié)結(jié)構(gòu)見如圖6所示。

        2.4 剖腹刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        剖腹刀用來切開魚腹,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[8-9]。圓盤切刀結(jié)構(gòu)如圖7所示。

        2.5 撐腹板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        剖腹刀切開魚腹后,下一步工序就是要將魚腹撐開,撐腹板就是用來撐開經(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,其前端尖銳部分相互鄰接,其后端分開,形成“V”型。撐腹板結(jié)構(gòu)如圖8所示。

        圖7剖腹刀結(jié)構(gòu)示意圖

        圖8撐腹板結(jié)構(gòu)示意圖

        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,接下來就要將魚內(nèi)臟掏出來,根據(jù)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)著魚體繼續(xù)向前行進(jìn),所以必須在魚腹被撐開的同時(shí)要將魚內(nèi)臟掏出來。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)魚體走過撐腹板的同時(shí),內(nèi)臟剔除鏟將內(nèi)臟刮出來。剔除鏟結(jié)構(gòu)如圖9所示。

        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,達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)想的效果。剔除鏟與撐腹板安裝見圖10。傳動(dòng)鏈帶動(dòng)魚體的向前行進(jìn),當(dāng)魚體完全走過剔除鏟后,剔除刀鏟將魚內(nèi)臟從魚腹中帶出,當(dāng)2個(gè)魚盒完全走過撐腹板后,魚內(nèi)臟脫離魚體,并從剔除刀上掉下來。

        圖9剔除刀結(jié)構(gòu)示意圖

        圖10剔除鏟與撐腹板安裝示意圖

        3 主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的確定

        (1)生產(chǎn)率 以年加工4000t原料魚的中型企業(yè)為例,使用一臺(tái)前處理機(jī)完成工作,設(shè)每尾魚平均重2kg,每年工作200d,單班制。

        E=1000T/(60D·H·W)

        式中,E:生產(chǎn)率,尾/min;T:年處理魚量,t;D: 年均工作時(shí)間,d;H: 單班制工作時(shí)間,h;W: 魚的平均重量,kg。

        經(jīng)過計(jì)算可得,E≈21尾/min

        (2)輸送鏈速 人工裝魚有漏裝情況,設(shè)漏裝概率為15%,即每分鐘漏裝3尾魚,故理論設(shè)計(jì)的生產(chǎn)率應(yīng)為24尾/min,考慮各工序執(zhí)行結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系以及人工裝魚的適應(yīng)的移動(dòng)速度,取2尾魚之間的間距為4個(gè)鏈節(jié)距,即4×63.5=254mm。

        V=S·E0/60

        式中,V:鏈速,m/s;S:魚間距,m;E0:理論生產(chǎn)率,尾/min。

        經(jīng)過計(jì)算可得,V=0.1m/s

        圖11 刀盤結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

        (3)刀盤直徑C根據(jù)試驗(yàn),將魚肚完全剖開,刀盤入肚深度B至少40mm,如圖11所示,取刀盤軸半徑M為10mm,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。

        (4)撐腹板尺寸 撐腹板尺寸由2塊折彎鋼板焊接而成,鋼板厚5mm。由于魚體厚約40mm,魚體由2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(魚脊朝下、魚腹朝上)裝夾在魚盒內(nèi),通過試驗(yàn)檢測,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20mm(圖10),則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 經(jīng)濟(jì)效益

        據(jù)統(tǒng)計(jì),對(duì)魚加工的人工預(yù)處理,每人每天可處理250kg鮮魚[5],若剖切和除內(nèi)臟的成本為0.1元/kg,按年加工4000t的企業(yè)計(jì)算,則魚加工前期人工預(yù)處理每年的總支出為40萬元;如果采用機(jī)械處理,按設(shè)計(jì)要求,每分鐘處理20條魚,每條魚平均重2kg,每年工作200d,每臺(tái)前處理設(shè)備8萬元,設(shè)備使用年限為10年,設(shè)企業(yè)購一臺(tái)設(shè)備,那每臺(tái)設(shè)備每天需工作(4000×1000)/(200×20×2×60)=8.33h,按電功率計(jì)算每小時(shí)耗電20度,每年所需電費(fèi)8.33h/d×20度/h×200d×0.7元/度=23324元,設(shè)備折舊費(fèi)每年0.8萬元,設(shè)備維修費(fèi)平均0.4萬元/年,每臺(tái)設(shè)備需匹配人員3人,每人年工資1.8萬元,那么使用一臺(tái)預(yù)處理設(shè)備每年總支出為0.8(折舊)+2.3324(電費(fèi))+0.4(維修費(fèi))+1.8×3(工資)=9.1324萬元,加工4000t的企業(yè)使用一臺(tái)預(yù)處理設(shè)備每年可節(jié)約費(fèi)用40-9.1324=30.8676萬元。全國1千多家魚產(chǎn)品加工企業(yè)年加工量達(dá)1500萬t,如全部使用預(yù)前處理設(shè)備,則需此設(shè)備1500/0.4=3700臺(tái),每年可節(jié)約費(fèi)用3700×30.8676=114210.12萬元,即11億多元。由此可見,該前處理設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益可觀。

        5 結(jié)論

        (1)該裝置采用魚盒夾魚鏈條輸送的魚加工形式,能夠保證魚體按正確的引導(dǎo)方向移動(dòng)和相對(duì)固緊,為后續(xù)高效優(yōu)質(zhì)工作提供保證。

        (2)該裝置仿人手的內(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。

        (3)該裝置兩魚盒轉(zhuǎn)向時(shí)空間位置的相對(duì)變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸魚。

        (4)該裝置各參數(shù)可調(diào)性強(qiáng),適應(yīng)性較廣,適合大部分魚種的前處理加工。

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        2012-09-20

        湖北省教育廳資助項(xiàng)目(D20121202)。

        彭三河(1963-) 男,湖北紅安人,副教授,主要從事肉產(chǎn)食品加工機(jī)械設(shè)計(jì)研究。

        10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.10.008

        S226

        A

        1673-1409(2012)10-S031-04

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