彭三河 徐 武

PENG San-heXU Wu

（長江大學機械工程學院，湖北 荊州 434023）

(College ofMechanical Engineering Yangtze University,Jingzhou,Hubei434023,China)

全球水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量主要來源于中國，其年產(chǎn)量達到4 782.96萬t，占全球養(yǎng)殖總產(chǎn)量的60.58%[1]。然而，由于包括前處理裝備在內(nèi)的諸多因素的制約，淡水魚仍以鮮活即時消費為主，加工量甚少。提高魚產(chǎn)品附加值是漁業(yè)發(fā)展的方向，然而淡水魚的打鱗、剖切、去內(nèi)臟等前處理問題已成為魚類深加工的瓶頸[2～6]。據(jù)調(diào)查和信息[7～9]檢索，魚加工前處理設(shè)備設(shè)計制造及使用程度較高的國家和地區(qū)有日本、挪威、丹麥、瑞典、美國及中國臺灣；產(chǎn)品多以單一工序處理為主，如除鱗機、切頭機、剖魚機等，少量產(chǎn)品具有幾個工序的處理能力，如括魚鱗剖魚腹機等；一般體積較大，價格昂貴，動輒幾十萬或上百萬，絕大部分產(chǎn)品只能加工單一魚種或某一尺寸規(guī)格范圍的魚，適應(yīng)能力不夠。目前，中國大多數(shù)魚加工企業(yè)仍然使用傳統(tǒng)的手工勞動方式進行前處理作業(yè)，勞動強度大，工作效率低，工傷事故多，且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。近幾年，中國一些相關(guān)高校及研究機構(gòu)對魚加工前處理設(shè)備展開了積極的研究，在魚加工單項處理上，已有一些產(chǎn)品投放市場，如去鱗機、切頭機、剖魚機、魚刺分離機等，但多工序聯(lián)合魚加工前處理裝置的設(shè)計研制力度不夠，魚加工企業(yè)前處理設(shè)備使用率很低，影響中國漁業(yè)的深度發(fā)展[10，11]。經(jīng)過幾年的試驗研究，設(shè)計了一種鏈式魚加工前處理裝置，通過樣機生產(chǎn)試驗，一臺此類設(shè)備基本上能夠滿足一個中型魚加工企業(yè)的前處理工作需要。

1 鏈式魚加工前處理裝置的設(shè)計方案

1.1 設(shè)計要求

鏈式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，抖動小。刨切要求不能切破內(nèi)臟，不傷及內(nèi)腔，掏挖干凈，保證魚的味覺新鮮。同時還要考慮安全、環(huán)保及節(jié)能等要求。

1.2 前處理裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

鏈式魚加工預處理裝置主要由機架、鏈條輸送機構(gòu)、剖腹機構(gòu)、撐腹機構(gòu)、內(nèi)臟剔除機構(gòu)及卸魚部分等組成，其結(jié)構(gòu)三維示意圖見圖1。

圖1 魚加工前處理裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Therr-dimensional structure diagram of the fish processing pretreatment device

機架是剖魚機各零部件的支撐體；鏈條輸送機構(gòu)由輸送主動鏈輪、輸送鏈條、夾魚盒、輸送從動鏈輪等組成，魚體在夾魚盒中由輸送鏈條帶動完成魚體的輸送；剖腹機構(gòu)由驅(qū)動電機、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 前處理裝置加工流程和工作原理

1.3.1 加工流程

裝置啟動→人工裝魚→剖腹刀剖魚腹→撐腹板撐魚腹→剔除鏟掏內(nèi)臟

1.3.2 工作原理 工作時，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，輸送鏈條帶動夾魚盒前進，夾魚盒運行至旋轉(zhuǎn)的剖腹刀下方時，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空間位置改變，加上魚盒朝下，魚體脫離魚盒進入卸魚槽，完成魚加工前處理工作。

2 前處理裝置主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 輸送鏈的選型與改造

根據(jù)主要加工魚類的體長范圍、魚盒安裝及運動空間限制等要求，選用40A（GB/T 1243——1997）的滾子鏈作為輸送鏈，主要參數(shù)：節(jié)距p=63.5 mm，滾子直徑d1max=39.68 mm，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1min=37.85mm，銷軸直徑b2max=19.85mm，內(nèi)鏈板高度h2max=60.33mm。

為了便于魚盒與鏈條的安裝連接，對鏈條進行相應(yīng)的改進設(shè)計，將滾子鏈一側(cè)的部分外鏈板重新加高設(shè)計，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)為圓角，見圖2。

2.2 魚盒結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于加工時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確進行，單個魚盒結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 改型輸送鏈結(jié)構(gòu)示意圖Figure2 Structurediagram of themodified conveyor chains

圖3 魚盒結(jié)構(gòu)示意圖Figure3 Structure diagram of the fish box

如圖3所示，魚盒是由兩塊仿形夾魚板、壓縮彈簧和U型盒構(gòu)成，彈簧是用來聯(lián)結(jié)夾魚板和U型盒的，彈簧與夾魚板和U型盒壁采用焊接方式[12,13]。

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，由于所選的滾子鏈為40A，其節(jié)距為P=63.5 mm，1個魚盒的長度和1個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個魚盒裝夾1條魚，2個魚盒之間相隔1個鏈節(jié)距，故2個魚盒的總長度大于1個節(jié)距（3×P=190.5mm），這樣足夠裝夾一條魚，見圖4。

圖4 兩魚盒布置結(jié)構(gòu)示意圖Figure4 Structure diagram of the two fish box arrangement

2.3 魚盒與輸送鏈的聯(lián)結(jié)設(shè)計

為了保持魚盒的平衡，采用兩條滾子鏈傳動，魚盒兩邊的盒壁分別與兩條滾子鏈的異形鏈板聯(lián)結(jié)。魚盒與異形鏈板之間采用螺栓聯(lián)結(jié)。由于加工的魚體大小不同，魚體長度不一樣，故需要改變兩個魚盒的相對位置，基于此，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)兩個魚盒相對位置然后分批加工。

考慮到人手放魚的速度和鏈條傳動的速度差異，在傳動鏈上每隔3個鏈節(jié)裝2個魚盒，這樣有利于掏出的內(nèi)臟從傳動鏈上脫落并掉入機架下預設(shè)的盒子中，使廢棄物收集再利用，而不污染環(huán)境。魚盒與輸送鏈聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 魚盒與輸送鏈聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 5 Structure diagram of linkagebetween the fish boxand the conveyor chains

2.4 剖腹刀結(jié)構(gòu)設(shè)計

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，能將魚腹預先撐開一小部分，這樣能保證撐腹板更好的進入魚腹內(nèi)將魚腹完全撐開。圓盤切刀結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 剖腹刀結(jié)構(gòu)示意圖Figure6 Structure diagram of the laparotomy

2.5 撐腹板結(jié)構(gòu)設(shè)計

剖腹刀切開魚腹之后，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，撐腹板是對稱設(shè)置于輸送鏈中心線兩側(cè)的一對薄板，其前端尖銳部分焊合連接，其后端分開，形成“V”型。撐腹板結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 撐腹板結(jié)構(gòu)示意圖Figure 7 Structure diagram of the belly-supporting plate

2.6 內(nèi)臟剔除鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)人手工掏魚內(nèi)臟的特點和人手外形特征，設(shè)計出帶有尖爪的人手形內(nèi)臟剔除鏟。

魚腹被撐開后，由于傳動鏈還在帶動魚體繼續(xù)向前行進，所以必須在魚腹被撐開的同時要將內(nèi)臟掏出來。這里設(shè)計將內(nèi)臟剔除鏟安裝在撐腹板內(nèi)部，在傳動鏈帶動魚體走過撐腹板的同時，內(nèi)臟剔除鏟將內(nèi)臟刮出來。剔除鏟結(jié)構(gòu)見圖8。

圖8 剔除鏟結(jié)構(gòu)示意圖Figure 8 Structure diagram of the removing shovel

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，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，剔除鏟會將魚體從魚盒中拖出來，達不到設(shè)計預想的效果。剔除鏟與撐腹板安裝見圖9。

圖9 剔除鏟與撐腹板安裝示意圖Figure9 Installation diagram of removing shovel and the belly-supporting plate

傳動鏈帶動魚體向前行進，當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，當兩個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。

3 主要設(shè)計參數(shù)確定

3.1 生產(chǎn)率

年加工4 000 t原料魚的中型企業(yè)，使用一臺前處理機完成工作，設(shè)每條魚平均重2 kg，每年工作200 d，單班制。

式中：

E——生產(chǎn)率，條/min；

T——年處理魚量，t；

F——年均工作天數(shù)，d；

I——單班制工作時間，h；

G——魚的平均重量，kg。

經(jīng)過計算E=21條/min。

3.2 輸送鏈的速度設(shè)計

本設(shè)計采用人工裝魚，由于鏈盒移動有一定的速度，加之人工作一段時間后有疲勞現(xiàn)象，故有漏裝情況。根據(jù)試驗，漏裝比率在15%左右，即每分鐘漏裝3條魚，故理論上應(yīng)按24條/min的生產(chǎn)率進行設(shè)計，考慮各工序之間時間與空間的匹配關(guān)系以及人的手眼對移動物體適應(yīng)關(guān)系，取兩條魚之間的間距為4個鏈節(jié)距，即4×63.5=254mm。

式中：

V——鏈條速，m/s；

S——魚間距，m；

E0——理論生產(chǎn)率，條/min。

經(jīng)過計算V=0.1m/s。

3.3 剖切刀直徑的設(shè)計

對魚體的結(jié)構(gòu)進行研究分析，完全剖開魚肚以便撐腹和除內(nèi)臟，進入腹肚深度B處至少40 mm，如圖10所示，考慮強度及安裝要求，刀盤軸半徑M設(shè)計為10mm，要使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。

圖10 刀盤結(jié)構(gòu)尺寸示意圖Figure10 Structureand size diagram of the cutterhead

3.4 撐腹板高度及開口尺寸的設(shè)計

撐腹板由兩塊折彎鋼板焊接而成，鋼板厚5mm。由于魚體厚約40 mm，魚體由兩個夾魚板固定，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)計為40mm。

撐腹板要進入魚體內(nèi)，魚體高約100mm，魚體倒立裝夾在魚盒內(nèi)，魚脊朝下魚腹朝上，通過試驗檢測，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，剔除鏟最低點應(yīng)位于撐腹板下20 mm處，見圖9，那么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)計為60mm。

4 結(jié)論

⑴針對魚體形狀及各部分尺寸特點，該裝置采用魚盒夾魚鏈條輸送的處理方式，能夠保證魚體固緊和較準確移動，為后面的剖切及掏挖內(nèi)臟處理工作提供保證。

⑵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。

⑶ 利用兩魚盒轉(zhuǎn)向時空間位置的相對變化實現(xiàn)自動卸魚。

⑷該裝置各參數(shù)可調(diào)性強，適應(yīng)0.5 kg到4 kg范圍內(nèi)中國四大家魚的前處理加工。

(5)通過試驗，該裝置每小時可處理1 200尾魚，是人工處理的50多倍，魚處理后的感官度達到0.8以上，總體使用效果達到了設(shè)計預期。在以后工作中，還需要優(yōu)化主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及對此裝置安全性、操作性和環(huán)保方面的研究，使其臻于完善。

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