劉燦

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000）

珍珠河蚌作為珍珠形成的天然載體，受到了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的青睞，同時(shí)用作中藥材、化妝品等，需求量極大；但天然珍珠形成周期長，且資源稀少，而通過人工育珠的方法卻可以大大提高珍珠的產(chǎn)量。由于養(yǎng)殖年份的不同和個(gè)體差異的存在，每個(gè)珍珠蚌大小規(guī)格也有較大的差異，這些特征造成了大規(guī)模從河蚌中取出珍珠時(shí)存在技術(shù)瓶頸。以往的開殼方式均是借助于人工將刀片嵌入上下蚌殼間并利用錐度進(jìn)一步在力的作用下切開蚌體，生產(chǎn)效率較低，操作者始終保持固定的姿勢(shì)，極易造成疲勞，因此有必要研究新的自動(dòng)化的開殼方式來簡化操作，降低操作者的工作量。

1 研究基礎(chǔ)與發(fā)展趨勢(shì)

通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，結(jié)果表明100多年來并沒有成熟的珍珠蚌開蚌機(jī)出現(xiàn)?？傮w來看，一方面，現(xiàn)有的開蚌技術(shù)和設(shè)備主要側(cè)重于解決開蚌中某一個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)問題，并未對(duì)整個(gè)開蚌環(huán)節(jié)進(jìn)行整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，有些技術(shù)的機(jī)械自動(dòng)化程度低，作業(yè)不連續(xù)，僅能部分替代人工或者需要配置專用設(shè)備才能使用，這些設(shè)備并不能有效改善當(dāng)前人工開蚌效率低下的現(xiàn)狀。另一方面，由于珍珠蚌的采收季節(jié)性強(qiáng)，主要集中在每年10月至次年2月，設(shè)備的閑置率較高，生產(chǎn)成本和維護(hù)成本過高的設(shè)備性價(jià)比低。因此，開發(fā)造價(jià)低、維護(hù)方便簡單的設(shè)備就顯得尤為重要。此外，絕大部分的已有研究并未專門針對(duì)育珠珍珠蚌的開蚌過程進(jìn)行，因此，使用熱能、化學(xué)、高壓電等方法有可能造成對(duì)珍珠的損壞，不適合珍珠蚌。同時(shí)，這些方法在工人操作時(shí)有一定的危險(xiǎn)性，職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)高。

開蚌取珠處于珍珠蚌養(yǎng)殖與珍珠加工的中間環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是珍珠由蚌內(nèi)轉(zhuǎn)到蚌外的關(guān)鍵一環(huán)，也是阻礙珍珠產(chǎn)業(yè)鏈提升的瓶頸之一。近幾年來，隨著珍珠行業(yè)科技投入的加大，珠貝育苗、珠核植入以及珍珠的初加工及深加工等都有了一定發(fā)展，開蚌取珠的前端生產(chǎn)鏈和后續(xù)生產(chǎn)鏈都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，具有較高的科技含量。目前開蚌取珠仍然處于純手工階段，顯然，與珍珠相關(guān)的技術(shù)或產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)是開蚌取珠技術(shù)的充足發(fā)展。因此，采用機(jī)械化方式開蚌是珍珠產(chǎn)業(yè)取珠環(huán)節(jié)的趨勢(shì)。

2 自動(dòng)開蚌系統(tǒng)研究

本研究針對(duì)珍珠蚌養(yǎng)殖業(yè)加工的現(xiàn)狀，為提高開蚌效率，降低環(huán)境污染，增加安全性，提升技術(shù)含量，降低成本，對(duì)珍珠蚌的機(jī)械化自動(dòng)分揀、上下料、開蚌、蚌珠分離、蚌肉烘干、蚌殼粉碎進(jìn)行研究，旨在開發(fā)相關(guān)的一體化開蚌設(shè)備，提高珍珠蚌養(yǎng)殖業(yè)的整體技術(shù)含量。推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，以機(jī)器換人大幅度減輕開蚌操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省開蚌所需的人力資源和成本，為蚌類養(yǎng)殖業(yè)帶來更高的效率。同時(shí)，可以提高產(chǎn)品附加值，提升行業(yè)競爭力。圖1為本研究的技術(shù)路線圖。

圖1 自動(dòng)開蚌系統(tǒng)研究技術(shù)路線圖

下面，結(jié)合技術(shù)路線圖，對(duì)自動(dòng)開蚌系統(tǒng)各部分組成進(jìn)行分析與闡述。

2.1 珍珠蚌的大小分級(jí)

珍珠蚌大小規(guī)格存在較大的個(gè)體差異，即使同年份的珍珠蚌也存在大小不一的情況。珍珠蚌的大小直接影響到夾緊機(jī)構(gòu)的尺寸，由于珍珠蚌的大小與蚌中珍珠大小直接相關(guān)，而規(guī)格過小的珍珠并沒有太大商業(yè)價(jià)值，所以珍珠蚌分篩裝置設(shè)定一個(gè)尺寸最小標(biāo)準(zhǔn)值，小于該標(biāo)準(zhǔn)值的珍珠蚌將不進(jìn)入加工程序。可以繼續(xù)投放養(yǎng)殖或者改為人工切剖，以降低設(shè)備損耗。高于最小標(biāo)準(zhǔn)值的珍珠蚌根據(jù)尺寸分為2～3級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同規(guī)格的夾具和刀具。本研究中的自動(dòng)開蚌系統(tǒng)的第一道工序是珍珠蚌大小的分級(jí)。珍珠蚌大小分級(jí)有助于簡化開蚌設(shè)備，提高開蚌準(zhǔn)確率。

2.2 珍珠蚌的自動(dòng)上下料

珍珠蚌是水產(chǎn)生物，表面潮濕，同時(shí)多伴有粘液、污物和苔蘚等物質(zhì)，表面比較光滑，摩擦系數(shù)較小，在上料時(shí)容易偏離軌道或滑落。采用正確的結(jié)構(gòu)和技術(shù)來保持珍珠蚌在輸送過程中的穩(wěn)定性成為自動(dòng)上料技術(shù)的關(guān)鍵。而蚌體切割后的分離(即下料)通過機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式和輸送軌道的形狀來實(shí)現(xiàn)。圖2為自動(dòng)下料原理圖。

圖2 自動(dòng)下料原理圖

珍珠蚌放置于圖2中的楔塊夾緊裝置中，夾緊裝置放置在鏈傳送帶上，利用鏈傳動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)珍珠蚌切割后在鏈輪轉(zhuǎn)彎處自動(dòng)下料。

2.3 不規(guī)則形狀珍珠蚌的定位夾緊

珍珠蚌一般采用三角河蚌進(jìn)行養(yǎng)殖，其外形一般中間高，周邊低，且在手術(shù)植入介質(zhì)后在蚌體現(xiàn)在留下外突疤痕，這些因素使珍珠蚌的定位成為整個(gè)開蚌技術(shù)的關(guān)鍵。本課題在分析相關(guān)文獻(xiàn)和專利的基礎(chǔ)上充分考慮這些因素，使珍珠蚌能夠自動(dòng)定位夾緊，并保持一定的柔性，使珍珠蚌殼體不會(huì)因夾緊力過大而發(fā)生破壞。同時(shí)，夾具的制造成本和維護(hù)成本也是重點(diǎn)考慮的因素，因此設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)巧妙、成本低廉的夾緊定位裝置非常重要。

2.4 珍珠蚌的切割

珍珠蚌具有不同的大小，采取切割技術(shù)時(shí)必須充分考慮蚌的大小和蚌表面的摩擦系統(tǒng)以及蚌的對(duì)中性，同時(shí)蚌體切割時(shí)會(huì)對(duì)夾具產(chǎn)生強(qiáng)大的夾緊作用力，使切割的阻力大大加強(qiáng)。如何選擇合適的刀具大小和刀具材料，以及設(shè)計(jì)合適的力矩成為開蚌面臨的又一關(guān)鍵技術(shù)。該裝置由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪片實(shí)現(xiàn)對(duì)珍珠蚌的切剖。電動(dòng)機(jī)選用多級(jí)調(diào)速的變頻電機(jī)。利用變頻電機(jī)高轉(zhuǎn)速，能寬范圍調(diào)速的優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)珍珠蚌的順利切剖。通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪的切剖裝置切剖珍珠蚌，能高度模仿人工開蚌方式，整體機(jī)構(gòu)簡單，易于裝調(diào)。通過調(diào)換砂輪片的直徑大小，能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同年份，不同大小珍珠蚌的切剖。

2.5 蚌珠分離、蚌肉烘干、蚌殼粉碎

開蚌的最終目的是獲取珍珠，因此如何從開蚌后的蚌殼中取出珍珠是該研究的最終目的。蚌珠分離分為兩步，第一步是使用特制刀具將切剖后的蚌體中的肉珠混合物（河蚌內(nèi)臟）挖出，第二步對(duì)挖出的混合物進(jìn)行攪拌分離。珍珠蚌的蚌肉可以食用，也可以作為飼料使用，蚌殼中的蚌肉與珍珠分離后，蚌肉必須及時(shí)處理才能確保蚌肉的質(zhì)量，因此，蚌肉烘干可以作為自動(dòng)開蚌系統(tǒng)的一道工序。蚌殼可用為化妝品的原料或制作藥品，研究蚌殼的粉碎技術(shù)是保證珍珠蚌被充分利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.6 多工位節(jié)拍式的流水線集成裝置技術(shù)

開蚌技術(shù)的目的是解放勞動(dòng)力，如何使開蚌技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作是該技術(shù)必須重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，否則就起不到應(yīng)有的作用。本研究使用PLC技術(shù)控制節(jié)拍，使上料、鏈傳送、夾緊、切割、蚌珠分離等操作完全自動(dòng)化，由此形成一套完備的流水線式的機(jī)械化裝備，為開蚌技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)。圖3為珍珠蚌自動(dòng)開蚌系統(tǒng)中的核心機(jī)構(gòu)原理圖，包括自動(dòng)上下料、定位夾緊、切割。

圖3 自動(dòng)開蚌系統(tǒng)核心機(jī)構(gòu)原理圖

3 結(jié)語

本文通過研究珍珠河蚌的開殼工藝，探討自動(dòng)化生產(chǎn)珍珠的過程和方法，提出了技術(shù)路線圖；同時(shí)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)了河蚌自動(dòng)化開殼的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，為珍珠河蚌養(yǎng)殖業(yè)的連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)提供理論和方法支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張莉,李世敏.中國珍珠產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究[J].海洋科學(xué),2008,32(4):19-23.