河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 孟巾凱 樊鉞驕 孫銘遠(yuǎn) 宋汝晨 張秀花

我國擁有廣闊的內(nèi)陸水域與遼闊的近海，海洋資源豐富，生物種類繁多，開發(fā)潛力巨大。隨著南美白對蝦人工繁殖與人工養(yǎng)殖技術(shù)的不斷提高，以及南美白對蝦低鹽度及淡水水域馴化的發(fā)展，我國南美白對蝦產(chǎn)量呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，成為我國單一品種產(chǎn)量和產(chǎn)值最高的蝦種。2018年我國南美白對蝦總產(chǎn)量達(dá)到154.69萬t，其中海水養(yǎng)殖86.55萬t，淡水養(yǎng)殖69.14萬t。2019年我國南美白對蝦產(chǎn)量達(dá)到160.47萬t，其中海水養(yǎng)殖89.32萬t，淡水養(yǎng)殖71.15萬t，同比增長3.73%。同時2019年我國南美白對蝦產(chǎn)量位居世界第一。研制實(shí)用可靠的開背設(shè)備對推動我國南美白對蝦機(jī)械化加工進(jìn)程具有重要意義，但是目前國內(nèi)的對蝦開背機(jī)發(fā)展不成熟，缺乏相應(yīng)的開背裝置，因此亟待研發(fā)與設(shè)計一款適合我國南美白對蝦的開背裝置，以配合脫殼設(shè)備的使用推廣。

1 研究對象

南美白對蝦，體型特征如圖1所示，其蝦體呈長筒形，左右側(cè)扁，自然狀態(tài)下呈一定蜷曲狀，分為頭胸部和腹部，腹部由六節(jié)構(gòu)成，前五節(jié)較短，第六節(jié)最長，腹部自前到后逐節(jié)變細(xì)，最后一節(jié)最細(xì)，末端甚尖。腹部各體節(jié)均包裹有堅硬的甲殼，前一片的后緣均覆于后一片之上，前后折疊，且腹部重心位于第三節(jié)中間處且靠近背部。

圖1 南美白對蝦

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

國外關(guān)于蝦類開背技術(shù)研究較早，并經(jīng)過多年的改進(jìn)完善與技術(shù)積累，取得了多項(xiàng)專利和成果，目前其機(jī)器的加工質(zhì)量和效率有了大幅度提高。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)市場上自主研制的南美白對蝦開背相關(guān)的加工設(shè)備還未成形，只可查到少量的專利和文獻(xiàn)。國內(nèi)比較具有代表性的有關(guān)對蝦開背加工的專利與文獻(xiàn)，按輸送方式的不同大致可分為V型槽輸送式開背裝置、輪槽輸送式對蝦開背裝置、輸送帶式對蝦開背裝置、轉(zhuǎn)盤輸送式對蝦開背裝置。

3 研究目的及意義

3.1 研究目的

本研究旨在研制實(shí)用、高效的對蝦開背設(shè)備。針對當(dāng)今對蝦開背機(jī)存在的一些主要問題，通過對南美白對蝦體型參數(shù)的研究，研制一臺實(shí)用的環(huán)形仿形異形弧面夾持深度可調(diào)對蝦開背機(jī)，為南美白對蝦的機(jī)械化脫殼做好預(yù)處理準(zhǔn)備，進(jìn)而提高我國對蝦產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化加工水平。

3.2 研究意義

我國是漁業(yè)大國，隨著養(yǎng)殖技術(shù)和海洋資源的不斷開發(fā)，水產(chǎn)品的產(chǎn)量逐年遞增，而水產(chǎn)品的加工技術(shù)卻不能滿足日益增長的產(chǎn)量需求。因此對蝦開背設(shè)備的研究不僅有利于推動我國對蝦的機(jī)械化加工進(jìn)程，還能帶來良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 研究設(shè)計內(nèi)容

研究主要集中在南美白對蝦的體型參數(shù)、開背切割、專用夾具的設(shè)計、對蝦開背機(jī)的設(shè)計及相關(guān)的開背試驗(yàn)，其主要內(nèi)容如下：

（1）以南美白對蝦作為研究對象，設(shè)計一種符合對蝦體型特征的蝦體夾具，并在蝦體夾具上完成對蝦開背切割力學(xué)特性的測定，為開背機(jī)的設(shè)計提供理論依據(jù)。

（2）構(gòu)思開背方案，進(jìn)行三維建模、試驗(yàn)對比與改進(jìn)設(shè)計，以確定較優(yōu)的開背方案。

（3）對開背機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計

5 環(huán)形仿形異形弧面夾持深度可調(diào)對蝦開背機(jī)的設(shè)計

5.1 開背方案介紹

開背裝置如圖2所示，通過對開背機(jī)的三維建模試驗(yàn)與設(shè)計可知，其具體工作原理分以下三個環(huán)節(jié)。

圖2 三維模型

5.1.1 篩選環(huán)節(jié)

蝦體由1處的a、b兩口進(jìn)入蝦頭方向調(diào)整機(jī)構(gòu)。蝦被放入后會沿著傾斜方向滑到底部粗糙履帶處，蝦體頭尾交錯卡入蝦履帶運(yùn)行。c處為蝦體擋板，如果蝦腿朝下或朝上會使得蝦碰到擋板滑落，滑落的蝦將會被重新收集填入a、b口。其余蝦則順利通過c處到達(dá)d處傳送帶從而使得蝦體可以有效通過下一環(huán)節(jié)。

圖3 開背整體裝置

圖4 蝦頭方向調(diào)整機(jī)構(gòu)

5.1.2 傳動環(huán)節(jié)

篩選環(huán)節(jié)分離出來到達(dá)d處的蝦將會被傳送到e處，e處為兩個輥輪，左輪逆時針轉(zhuǎn)動，右輪順時針轉(zhuǎn)動，輥輪表面粗糙。蝦的腿部為粗糙面背部為光滑面。當(dāng)蝦被傳送到e處時蝦接觸兩個輥輪，蝦腿與輥輪相對摩擦力大于蝦背與輥輪的相對摩擦力。輥輪的摩擦力會帶動蝦的轉(zhuǎn)動使其進(jìn)入相應(yīng)的下滑道內(nèi)。

圖5 蝦背朝向區(qū)分機(jī)構(gòu)

圖6 蝦身定位機(jī)構(gòu)

5.1.3 開背環(huán)節(jié)

傳動環(huán)節(jié)順斜坡滑下后落入旋轉(zhuǎn)的環(huán)形輪盤f中，環(huán)形輪盤f從上看是布滿了形狀和蝦體相似的蝦槽內(nèi)。蝦槽頭尾固定朝向使得蝦腿在內(nèi)側(cè)，蝦背在外側(cè)，兩個f輪左輪逆時針旋轉(zhuǎn)，右輪順時針旋轉(zhuǎn)。蝦隨著f輪轉(zhuǎn)動到g（刀片）處后，完成開背，蝦體直接順利流入盛放裝置。

5.2 開背機(jī)主要機(jī)構(gòu)介紹

5.2.1 蝦頭方向調(diào)整機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由左右兩個長傾斜板、蝦頭調(diào)整擋板、進(jìn)蝦口以及安裝在傾斜板下方的兩個安裝有格擋板的鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成；其進(jìn)蝦口由三塊擋板和長傾斜板組合而成，左右進(jìn)蝦口交錯放置，垂直于長傾斜板的兩塊擋板傾斜放置，從上至下間隙不斷縮小，豎直擋板蓋于兩垂直板上形成環(huán)形進(jìn)蝦口；所述鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由格擋班和鏈條組成，格擋板左右交錯，同一條鏈條的擋板相距稍大，左右兩條鏈條上的格擋板相距稍小，鏈條同速向前運(yùn)動。

5.2.2 蝦背朝向區(qū)分機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的輥輪構(gòu)成，所述輥輪使蝦背朝向不同的蝦分開分別通過斜槽進(jìn)入不同的蝦身定位機(jī)構(gòu)。

5.2.3 蝦身定位機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由兩組具有蝦形槽的環(huán)形輪盤構(gòu)成，其蝦形槽蝦腹朝向內(nèi)環(huán)，蝦背朝向外環(huán)，以便于固定刀片切割

6 創(chuàng)新點(diǎn)

根據(jù)蝦體楔角特征，提出了一種弧面夾持的方法，從而保證了夾持穩(wěn)定性與定位準(zhǔn)確，以便于等深度切割。