劉長偉 安 鑫 孫 宇 曲威禹 邢東杰 門寧寧 張奎彪

吉林省艾斯克機(jī)電股份有限公司吉林省家禽加工裝備科技創(chuàng)新中心 吉林四平 136000

國外研究和生產(chǎn)家禽自動(dòng)掏膛設(shè)備的機(jī)構(gòu)主要有丹麥的LINCO公司、荷蘭的STORK公司、MEYN公司和FOOD MATE公司。從20世紀(jì)60年代,這幾家公司就開始研究自動(dòng)掏膛技術(shù)，技術(shù)比較成熟，居世界領(lǐng)先水平。國內(nèi)禽屠宰加工裝備行業(yè)還屬于一個(gè)新興行業(yè)，吉林省艾斯克機(jī)電股份有限公司(SSK)和中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，近幾年才開始研究自動(dòng)掏膛技術(shù)，并取得一些成果，有幾種形式的自動(dòng)切肛設(shè)備得到推廣應(yīng)用。

家禽自動(dòng)掏膛工序的順序?yàn)椋呵懈?、開膛、掏膛、吸肺、絞嗉囊、清洗。家禽屠宰加工是一個(gè)系統(tǒng)工程，工序之間高度關(guān)聯(lián)，一環(huán)扣一環(huán)，一個(gè)環(huán)節(jié)的變化會(huì)對(duì)后續(xù)環(huán)節(jié)有很大影響[1]。切肛工序是自動(dòng)掏膛生產(chǎn)線第一道工序，切肛指標(biāo)對(duì)整條自動(dòng)掏膛生產(chǎn)線效果影響非常大，必須對(duì)切肛技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行深入研究。

1 工藝條件

(1)雞品種：愛博益加、寶羅、羅斯、艾維茵等白羽肉雞，中國土雞，毛雞重量1.0～3.0kg。

(2)掏膛線掛架間距6 inch，切肛工作單元數(shù)量20套。

(3)噴水管路水源壓力0.3MPa，耗水量0.5m3/h。

(4)噴氣管路工作壓力0.5MPa，耗氣量30m3/h。

(5)吸氣管路工作壓力-0.06MPa，耗氣量300m3/h。

(6)切肛電機(jī)功率0.75kw，變頻調(diào)速。

(7)生產(chǎn)線加工能力6 000～13 500只雞/h。

2 自動(dòng)切肛技術(shù)研究

2.1 切肛機(jī)組成

切肛機(jī)組成(見圖1)包括：上轉(zhuǎn)盤、上滑桿、上軌跡、中間軌跡、大齒輪、定位軌跡、下滑桿、下軌跡、下轉(zhuǎn)盤、吊鉤、上滑座、中間滑座、小齒輪、切肛刀、引導(dǎo)桿、定位環(huán)、抱雞桿、頂背板、下滑座。在生產(chǎn)過程中各部件協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切肛。

圖1 切肛機(jī)示意圖

2.2 真空吸附肛門切肛技術(shù)研究

2.2.1 真空吸附肛門切肛技術(shù)工作原理

自動(dòng)切肛機(jī)采用真空吸附肛門的切肛原理，切肛步驟見圖2。高架線輸送禽胴體進(jìn)入自動(dòng)切肛機(jī)，定位環(huán)從禽胴體兩腿間穿過，將禽胴體導(dǎo)到頂背板處，使頂背板頂在禽胴體背部，定位軌跡控制定位環(huán)逐漸下降，在下降過程中將禽肛部壓住，并將禽尾尖夾住，防止切肛過程中禽尾尖與切肛刀干涉，同時(shí)下滑座在下軌跡控制下開始上升，彈性抱雞桿隨下滑座上升過程中將禽體逐漸抱緊，固定住禽胴體，上滑座在上軌跡的控制下逐漸下降，帶動(dòng)引導(dǎo)桿逐漸下降從禽胴體肛門插入禽胴體內(nèi)部，引導(dǎo)桿卡頭將禽體肛門卡住,通過引導(dǎo)桿頭部吸氣孔真空吸氣將禽肛門吸住，防止切肛過程中肛門從引導(dǎo)桿卡頭上掉落(見圖2a)；中間滑座在中間軌跡的控制下逐漸下降，帶動(dòng)切肛刀下降，在引導(dǎo)桿的引導(dǎo)下切肛刀準(zhǔn)確的到達(dá)禽體肛門位置，并通過大齒輪和小齒輪的嚙合，帶動(dòng)切肛刀旋轉(zhuǎn)將禽體的肛門和周邊組織切離(見圖2b)；隨后切肛刀和引導(dǎo)桿同步上升，將切下的肛門和盲腸從禽體內(nèi)拉出(見圖2c)；然后切肛刀逐漸上升，引導(dǎo)桿逐漸下降，使切肛刀與引導(dǎo)桿卡頭分離，此時(shí)引導(dǎo)桿頭部吸氣孔自動(dòng)切斷真空氣源，松開肛門并掛在禽體背部(見圖2d)；之后定位環(huán)在定位軌跡的控制下，彈性抱雞桿在下軌跡的控制下分別沿各自軌跡上下滑動(dòng)將禽體松開，完成自動(dòng)切肛全過程。

圖2 切肛步驟示意圖

2.2.2 真空吸附肛門切肛試驗(yàn)

(1)切肛刀切入雞胴體深度太淺，肛門和雞胴體沒有完全切離的就會(huì)增多，切入雞胴體深度太深，肛門和盲腸連接處被切斷的就會(huì)增多。經(jīng)試驗(yàn)切肛刀切入雞胴體深度為50～60mm為最佳。

(2)當(dāng)切肛刀轉(zhuǎn)速太慢時(shí)，肛門和雞胴體沒有完全切離的就會(huì)增多，當(dāng)切肛刀轉(zhuǎn)速太快時(shí)，肛門和盲腸連接處被切斷的就會(huì)增多。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出加工能力與切肛刀轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表，見表1。

表1 加工能力與切肛刀轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表

(3)愛博益加、寶羅、羅斯、艾維茵等白羽肉雞品種，雞胴體重量和體形偏差小，毛雞重量大多在2.2～2.8kg之間，自動(dòng)切肛效果較好。中國土雞品種，毛雞重量在1.0～3.0kg，雞胴體重量和體形偏差大，自動(dòng)切肛效果不理想。

(4)真空吸附肛門切肛技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備本身結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。缺點(diǎn)是在實(shí)際應(yīng)用過程中，真空吸附禽胴體肛門需要額外配套真空系統(tǒng)，運(yùn)行成本高，真空吸附禽胴體肛門有的肛門吸附不夠牢固，在切肛過程中有肛門從引導(dǎo)桿卡頭掉落現(xiàn)象，平均切肛合格率75%。

2.3 機(jī)械夾持肛門切肛技術(shù)研究

2.3.1 機(jī)械夾持肛門切肛技術(shù)工作原理

針對(duì)上述缺點(diǎn)和不足，以及實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，我們對(duì)自動(dòng)切肛機(jī)進(jìn)行了升級(jí)，將固定禽胴體肛門方法由真空吸附升級(jí)為機(jī)械夾持結(jié)構(gòu)，通過外管夾槽與引導(dǎo)桿卡頭共同將禽胴體肛門夾住，防止切肛過程中肛門從引導(dǎo)桿卡頭上掉落，機(jī)械夾持肛門比真空吸附肛門更牢固可靠，即保證了切肛過程中肛門夾持的可靠性，又省去了真空吸附禽胴體肛門額外配套的真空系統(tǒng)，見圖3。

圖3 肛門吸附和夾持過程示意圖

2.3.2 機(jī)械夾持肛門切肛試驗(yàn)

通過試驗(yàn)，機(jī)械夾持肛門比真空吸附肛門更牢固可靠，切肛合格率比真空吸附肛門切肛高3%，平均切肛合格率達(dá)到78%。不需要額外配套真空系統(tǒng)，運(yùn)行成本低。缺點(diǎn)是只能針對(duì)不同批次雞大小調(diào)整肛門位置，不能針對(duì)每只雞大小精準(zhǔn)調(diào)整肛門位置。愛博益加、寶羅、羅斯、艾維茵等白羽肉雞品種，雞胴體重量和體形偏差小，毛雞重量大多在2.2～2.8kg之間，自動(dòng)切肛效果較好。中國土雞品種多，毛雞重量在1.0～3.0kg之間，同批次雞外形、重量差別大，當(dāng)雞只偏小時(shí)切肛刀就會(huì)切在雞胴體的背部，當(dāng)雞只偏大時(shí)切肛刀就會(huì)切在雞胴體的腹部，切肛效果明顯下降，自動(dòng)切肛效果不理想。

2.4 智能化自動(dòng)切肛技術(shù)研究

近年來中國土雞消費(fèi)量快速增長，土雞屠宰加工不同于白羽肉雞，由于土雞品種，養(yǎng)殖條件，飼料配方等原因，使得同批次的家禽胴體外形、重量不一致[2]，屠宰的品種多數(shù)在十幾個(gè)以上，每天要按照訂單計(jì)劃，加工不同品種、體型、重量、養(yǎng)殖期的土雞。針對(duì)土雞的特點(diǎn)，SSK公司推出了智能化自動(dòng)切肛技術(shù)。

2.4.1 智能化自動(dòng)切肛技術(shù)工作原理

禽胴體外形、重量不一致時(shí)切肛合格率明顯下降的原因是家禽胴體肛門位置不一致，導(dǎo)致引導(dǎo)桿無法準(zhǔn)確插入肛門，引導(dǎo)切肛刀沿正確路徑切下肛門。為此，SSK公司在機(jī)械夾持肛門切肛技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了機(jī)器視覺系統(tǒng)(見圖4)，機(jī)器視覺系統(tǒng)中的掃描頭先對(duì)雞胴體進(jìn)行掃描，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，運(yùn)用3D成像技術(shù)確定雞肛門位置與引導(dǎo)桿中心位置的距離，將信息輸出到切肛機(jī)頂背機(jī)構(gòu)，自動(dòng)調(diào)整頂背板位置，如果雞肛門位置偏右(見圖5a)，頂背板向左縮回將雞肛門送到切肛刀位置，如果雞肛門位置偏左(見圖5b)，頂背板向右伸出將雞肛門送到切肛刀位置，通過調(diào)整使雞肛門中心位置與引導(dǎo)桿中心位置重合(見圖5c)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切肛。

圖4 機(jī)器視覺系統(tǒng)工作示意圖

圖5 家禽胴體規(guī)格不一致時(shí)肛門位置示意圖

3 討論

智能化自動(dòng)切肛技術(shù)是在機(jī)械夾持肛門切肛技術(shù)的基礎(chǔ)上增加機(jī)器視覺系統(tǒng)，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)每只雞胴體進(jìn)行掃描，使每只雞肛門中心位置與引導(dǎo)桿中心位置重合，確保引導(dǎo)桿準(zhǔn)確插入禽體肛門，引導(dǎo)切肛刀沿正確路徑切肛，切肛合格率明顯提高，平均切肛合格率達(dá)到96%[3]。不論是體態(tài)均勻的白羽肉雞品種，還是重量和體形偏差大的中國土雞品種，通過智能化自動(dòng)切肛技術(shù)，針對(duì)每一只雞智能化定位，都能達(dá)到理想的切肛效果，見圖6。

圖6 三種切肛方法切肛合格率對(duì)比

4 結(jié)論

對(duì)3種切肛技術(shù)研究結(jié)果：第一種,真空吸附肛門切肛方法，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，適用于規(guī)模較小企業(yè)對(duì)品種單一、體態(tài)均勻的白羽肉雞自動(dòng)切肛；第二種，機(jī)械夾持肛門切肛方法，設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，效率高，適用于規(guī)模較大企業(yè)對(duì)白羽肉雞自動(dòng)切肛；第三種,智能化切肛方法，可以針對(duì)每一只雞進(jìn)行智能化定位，適用于自動(dòng)化管理規(guī)范、設(shè)備維護(hù)水平較高的企業(yè)對(duì)多種規(guī)格肉雞品種的自動(dòng)切肛。3種切肛技術(shù)的合格率依次為：75%、78%、96%，采用智能化切肛技術(shù)是自動(dòng)掏膛生產(chǎn)線的發(fā)展方向。