淡水魚加工前處理裝置設計

彭三河

(長江大學機械工程學院,湖北 荊州434023)

淡水魚加工前處理裝置設計

彭三河

(長江大學機械工程學院,湖北 荊州434023)

將剖切、去除內臟工藝結合在一起是魚加工前期處理的關鍵問題，前處理不僅要求生產率高，還要保證處理后的品質好。從魚結構特點及對其品質要求出發(fā)，設計了魚加工前處理裝置，并簡述了其工藝流程、結構特點及主要設計參數(shù)。該裝置采用鏈盒固魚輸送、圓盤刀剖切魚腹、掏鏟去內臟及清水沖洗聯(lián)合處理工藝，試驗證明該裝置結構緊湊、處理能力20尾/min左右、操作安全、運行可靠，能夠滿足實際生產的要求。

淡水魚加工；前處理；裝置

近年來，隨著農業(yè)產業(yè)結構的調整和優(yōu)勢農產品區(qū)域布局的推進，我國淡水水產養(yǎng)殖業(yè)有了迅速發(fā)展，其產量持續(xù)高速增長。然而，由于包括加工技術及裝備在內的諸多因素的制約，淡水魚的消費至今仍以鮮活為主，加工量很少。目前，在國內市場上，鮮活、冷凍、加工淡水魚的比例大約是75∶20∶5[1-4]。但是作為初級加工的冷凍產品已經不能滿足人們對水產水產品數(shù)量、質量、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、擴大加工品種、改進加工技術、提高產品質量，生產適銷對路、優(yōu)質優(yōu)價、供銷靈活、品種多樣的魚糜制品及魚肉罐頭等風味食品或飼料。

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

1 設計方案

1.1 設計要求

圖1 淡水魚加工前處理裝置三維結構示意圖

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、去除內臟等任務的加工方式，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臟，保證魚的味覺新鮮。去內臟應掏挖干凈而不傷及內腔。同時還要考慮安全、環(huán)保及節(jié)能等要求。

1.2 總體結構設計

淡水魚加工前處理裝置主要由機架、鏈條輸送機構、剖腹機構、撐腹機構、內臟剔除機構及卸魚部分等組成，其結構三維示意圖如圖1所示。

機架是剖魚機各零部件的支撐體;鏈條輸送機構由輸送主動鏈輪、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;剖腹機構由驅動電機、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；內臟剔除機構設置有類似人手的掏挖鏟，用于剔除內臟；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，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，夾魚盒運行至旋轉的剖腹刀下方時，夾魚盒中的魚體被高速旋轉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 主要工作部件的結構設計

2.1 輸送鏈的選型與改造

圖3 輸送鏈結構示意圖

圖4 魚盒結構示意圖

根據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/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;內鏈節(jié)內寬37.85mm;銷軸直徑19.85mm; 內鏈板高度60.33mm。

為了便于魚盒與鏈條的安裝連接，對鏈條進行相應的改進設計，將滾子鏈一側的部分外鏈板重新加高設計，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，異形鏈板外側邊應采用圓角，如圖3所示。

2.2 魚盒結構設計

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，單個魚盒結構如圖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 魚盒布置結構示意圖

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為40A，其節(jié)距為63.5mm，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尾魚，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3個節(jié)距(190.5mm)，這樣足夠裝夾1尾魚(圖5)。

圖6 魚盒與輸送鏈連結結構示意圖

2.3 魚盒與輸送鏈的連結設計

為了保持魚盒的平衡，采用2條滾子鏈傳動，魚盒兩邊的盒壁分別與2條滾子鏈的異形鏈板連結。魚盒與異形鏈板之間采用螺栓連結。由于加工的魚體大小不同，魚體長度不一樣，故需要改變2個魚盒的相對位置?；诖耍隰~盒壁和異形鏈板上都加工有滑槽，這樣就可以根據被加工魚體大小調節(jié)魚盒在傳動鏈上的縱向位置。在加工之前應將魚按大小分類，按同一規(guī)格調節(jié)2個魚盒相對位置然后分批加工。

考慮到人工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臟從傳動鏈上脫落并掉入機架下預設的盒子中，使廢棄物收集再利用，而不污染環(huán)境。魚盒與輸送鏈連結結構見如圖6所示。

2.4 剖腹刀結構設計

剖腹刀用來切開魚腹，魚體倒立裝夾在魚盒內，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將魚腹完全撐開[8-9]。圓盤切刀結構如圖7所示。

2.5 撐腹板結構設計

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剖腹之后的魚體，撐腹板是對稱設置于輸送鏈中心線兩側的一對薄板，其前端尖銳部分相互鄰接，其后端分開，形成“V”型。撐腹板結構如圖8所示。

圖7剖腹刀結構示意圖

圖8撐腹板結構示意圖

2.6 內臟剔除鏟結構設計

經上一步工序將魚腹撐開后，接下來就要將魚內臟掏出來，根據手工掏魚內臟的特點和人手外形特征，設計出帶有尖爪的人手形內臟剔除鏟。

魚腹被撐開后，由于傳動鏈還在帶動著魚體繼續(xù)向前行進，所以必須在魚腹被撐開的同時要將魚內臟掏出來。這里設計將內臟剔除鏟安裝在撐腹板內部，在傳動鏈帶動魚體走過撐腹板的同時，內臟剔除鏟將內臟刮出來。剔除鏟結構如圖9所示。

內臟剔除鏟焊接在撐腹板內，其帶爪端必須要露出撐腹板下端才能刮到魚內臟。安裝內臟剔除鏟時，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，達不到設計預想的效果。剔除鏟與撐腹板安裝見圖10。傳動鏈帶動魚體的向前行進，當魚體完全走過剔除鏟后，剔除刀鏟將魚內臟從魚腹中帶出，當2個魚盒完全走過撐腹板后，魚內臟脫離魚體，并從剔除刀上掉下來。

圖9剔除刀結構示意圖

圖10剔除鏟與撐腹板安裝示意圖

3 主要工藝參數(shù)設計的確定

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

E=1000T/(60D·H·W)

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

經過計算可得，E≈21尾/min

(2)輸送鏈速 人工裝魚有漏裝情況，設漏裝概率為15%，即每分鐘漏裝3尾魚，故理論設計的生產率應為24尾/min，考慮各工序執(zhí)行結構尺寸關系以及人工裝魚的適應的移動速度，取2尾魚之間的間距為4個鏈節(jié)距,即4×63.5=254mm。

V=S·E0/60

式中，V：鏈速，m/s；S：魚間距，m；E0：理論生產率，尾/min。

經過計算可得，V=0.1m/s

圖11 刀盤結構尺寸示意圖

(3)刀盤直徑C根據試驗，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。撐腹板后端開口設計為40mm。

撐腹板要進入魚體內，魚體高約100mm，魚體倒立(魚脊朝下、魚腹朝上)裝夾在魚盒內，通過試驗檢測，魚肚內空高度平均約50mm，撐腹板內置剔除鏟，為了順利剔除出內臟，剔除鏟最低點應位于撐腹板下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計為60mm。

4 經濟效益

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

5 結論

(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方向移動和相對固緊，為后續(xù)高效優(yōu)質工作提供保證。

(2)該裝置仿人手的內臟掏挖鏟，可以使內臟去得干凈，又不破壞內臟和內壁。

(3)該裝置兩魚盒轉向時空間位置的相對變化實現(xiàn)自動卸魚。

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

[1]陳 奇,袁木平.淡水魚工業(yè)化生產的探討[J].食品與機械，2005，(1):40-42.

[2]張 慜,段振華,湯 堅.低值淡水魚加工利用研究進展[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2003，(3):30-31

[3]周 彤，徐 皓.北歐漁業(yè)裝備情況考察[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2000, (6):3-6.

[4]賈公樹．我國水產品加工技術與裝備綜述[J]．漁業(yè)現(xiàn)代化，2000,(2)：12-14.

[5]張俊杰,段 蕊，淺談淡水魚的綜合加工[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2004,(1):36-37.

[6]戴新明，熊善柏．湖北省淡水魚加工與綜合利用[J]．漁業(yè)現(xiàn)代化，2004，(2)：42-43．

[7]張 慜,張 駿.國內外低值淡水魚加工與下腳料利用的研究進展[J].食品與生物技術學報，2006,(5):115-120.

[8]朱 國，譚鶴群.魚體在剖魚機夾片中受力有限元分析[J].農業(yè)工程學報，2008,(4):44-48.

[9]趙正龍.鯪魚的機械化加工[J].漁業(yè)現(xiàn)代化, 2005(3):36-37.

2012-09-20

湖北省教育廳資助項目(D20121202)。

彭三河(1963-) 男,湖北紅安人,副教授,主要從事肉產食品加工機械設計研究。

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

S226

A

1673-1409(2012)10-S031-04