對(duì)輥上料對(duì)蝦開背裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王澤河 張秀花 張麗麗 弋景剛

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001）

對(duì)蝦機(jī)械化脫殼中開背是較為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前機(jī)械式對(duì)蝦開背發(fā)展不成熟，開背裝置種類較少，以美國(guó)Jonsson公司生產(chǎn)的蝦剝殼系統(tǒng)，以及美國(guó)Prawnto公司旗下的Shrimperfect系統(tǒng)為主的兩種開背方法。二者均需人工以一定的方式喂入蝦體，且設(shè)備成本高。采用相同直徑的雙輥相背轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)去頭對(duì)蝦的粗排序，輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速大小，輥?zhàn)虞S線與水平面的夾角大小可決定對(duì)蝦在輥?zhàn)由系幕瑒?dòng)速度，可根據(jù)對(duì)蝦開背工序的效率對(duì)這兩者進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到設(shè)備整體運(yùn)行的協(xié)調(diào)。本設(shè)計(jì)擬采用雙輥調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦的粗定向，以3個(gè)不同直徑的馬鞍形圓輥實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦蝦體的二次定向，配合圓輥下方的切割刀，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦自動(dòng)上料和開背，提高開背效率。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

輥式對(duì)蝦開背裝置由電機(jī)、機(jī)架、雙輥調(diào)節(jié)系統(tǒng)、圓弧擋板、夾持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、開背刀等構(gòu)成，其整體結(jié)構(gòu)配置及開背部分見圖1。

圖1 對(duì)蝦開背裝置Figure 1 Test device for cutting an opening at the back of the shrimp

開背部分由電機(jī)、機(jī)架、主動(dòng)輪、第一從動(dòng)輪、第二從動(dòng)輪、第一開背刀、第二開背刀等構(gòu)成。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)主動(dòng)輪、第一從動(dòng)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二從動(dòng)輪通過齒輪嚙合與第一從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向相反，即第二從動(dòng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。對(duì)蝦蝦體呈長(zhǎng)筒形，截面近似橢圓，根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)主動(dòng)輪、第一從動(dòng)輪和第二從動(dòng)輪均具有馬鞍型凹槽，主動(dòng)輪和第一從動(dòng)輪的輪凹槽相向形成第一間隙，形狀為近似橢圓，與對(duì)蝦截面相似。第一從動(dòng)輪和第二從動(dòng)輪的輪凹槽相向形成第二間隙，形狀也為近似橢圓。在第一間隙下方和第二間隙下方放置對(duì)蝦開背圓盤刀，開背刀均逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

1.2 工作原理

開背裝置啟動(dòng)后，對(duì)蝦落到雙輥調(diào)節(jié)系統(tǒng)上方，雙輥傾斜角度可調(diào)，在電機(jī)的帶動(dòng)下背向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)蝦受重力作用在傾斜的調(diào)節(jié)輥上翻滾下落，調(diào)節(jié)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠保持蝦身的脊背側(cè)和腹部側(cè)基本位于同一豎直面內(nèi)，防止蝦身偏轉(zhuǎn)為后續(xù)開背造成困難，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦開背前的粗定向。對(duì)蝦繼續(xù)前進(jìn)至雙輥的下端，雙輥的下端與圓弧擋板相連，圓弧擋板的間隙略大于對(duì)蝦蝦體短軸直徑，防止對(duì)蝦翻轉(zhuǎn)，對(duì)蝦自圓弧擋板處落下，進(jìn)入夾持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對(duì)蝦與主動(dòng)輪接觸時(shí)若對(duì)蝦的彎曲方向與主動(dòng)輪的彎曲方向相同，則通過第一間隙落下，遇到第一開背刀片被順利開背，被開背的蝦體隨刀片的作用力和重力作用自此間隙處落下；若對(duì)蝦彎曲方向與主動(dòng)輪的彎曲方向相反，則在第一從動(dòng)輪的作用下進(jìn)行翻轉(zhuǎn)并進(jìn)入第二間隙，在第一從動(dòng)輪和第二從動(dòng)輪的作用下下行并被第二開背刀開背，已開背的對(duì)蝦自此間隙處落下［1］。

2 對(duì)蝦開背深度的確定

2.1 對(duì)蝦切面結(jié)構(gòu)

對(duì)蝦在加工儲(chǔ)藏過程中，如蝦肉直接暴露在空氣中，容易滋生細(xì)菌，因此加工時(shí)盡可能減小蝦仁損傷，提高蝦仁質(zhì)量。為更好地觀察對(duì)蝦內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選取蝦體無損傷的對(duì)蝦，用高頻切割刀，切除對(duì)蝦頭部，觀察對(duì)蝦切面，見圖2。發(fā)現(xiàn)對(duì)蝦肉質(zhì)顏色不同，分成上下兩部分，切面上部分為附著于外骨骼內(nèi)的肌肉，呈半透明色，與對(duì)蝦切面相比所占比例很小，切面下部分肉質(zhì)呈白色，分成左右兩部分，中間有凹槽，占據(jù)切面的大部分。從蝦體每個(gè)體節(jié)連接處，用高頻切割刀對(duì)蝦體進(jìn)行切割，觀察每個(gè)切面，發(fā)現(xiàn)蝦體每個(gè)體節(jié)連接處的切面形狀大體相似，尺寸不同。切面中附著于外骨骼內(nèi)的肌肉與對(duì)蝦切面下側(cè)的肌肉之間有一條貫穿背部的黑線，此為對(duì)蝦的消化系統(tǒng)。輕輕剝離對(duì)蝦背板，附著于外骨骼內(nèi)的肌肉與對(duì)蝦切面下側(cè)的肌肉結(jié)合力很小，輕輕觸摸，附著于外骨骼內(nèi)的肌肉便隨即剝落下來。

因?yàn)閷?duì)蝦的這種特殊結(jié)構(gòu)，開背時(shí)，可以不考慮附著于外骨骼內(nèi)的肌肉，僅保留蝦線下面的主體部分。為盡可能減小對(duì)蝦仁的損傷，應(yīng)保證刀刃的對(duì)稱面與對(duì)蝦的對(duì)稱面即蝦體的豎切面重合，即開背時(shí)刀刃位置正好在對(duì)蝦背部的凹槽處，開背深度到達(dá)蝦線處，此時(shí)刀刃可順利對(duì)蝦開背，又不會(huì)損傷蝦仁主體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦無損開背［2，3］。

圖2 對(duì)蝦切面圖Figure 2 The section figure of shrimp

2.2 對(duì)蝦蝦線深度測(cè)量

2013年8月份在河北保定水產(chǎn)市場(chǎng)采購鮮活對(duì)蝦，體長(zhǎng)為130～160mm，質(zhì)量為16～22g，進(jìn)行去頭處理后，測(cè)定蝦體背部蝦線深度，結(jié)果見表1。

表1 對(duì)蝦的蝦線深度Table 1 The depth of gland of shrimp mm

3 對(duì)蝦開背參數(shù)的確定

3.1 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)原料

試驗(yàn)設(shè)備包括機(jī)械開背裝置、游標(biāo)卡尺、安川電機(jī)。試驗(yàn)原料選擇第一體節(jié)短軸尺寸12.0～14.0mm，去頭，－18℃低溫貯藏30min后的南美白對(duì)蝦。

3.2 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行開背試驗(yàn)，改變刀具類型、改變刀具旋轉(zhuǎn)方向以及刀具旋轉(zhuǎn)速度，觀察對(duì)蝦的開背效果和外觀質(zhì)量。試驗(yàn)中組織5名專家成立評(píng)定小組，對(duì)蝦體開背效果進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)定。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard of sensory evaluation

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 無齒刀與有齒刀開背效果比較試驗(yàn) 采用無齒圓盤刀和有齒圓盤刀（圖3）進(jìn)行試驗(yàn)，由于對(duì)蝦存在個(gè)體差異，采用SC/T 3016—2004《水產(chǎn)品抽樣方法》中的破壞性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，蝦類產(chǎn)品抽樣每組試驗(yàn)≥10尾，重復(fù)取樣，每組試驗(yàn)取10尾對(duì)蝦進(jìn)行開背。感官評(píng)定結(jié)果見表3，不同刀型對(duì)蝦開背的典型效果見圖4。試驗(yàn)中觀察到，無齒圓盤刀開背后蝦殼切面光滑程度和蝦仁的完好程度在感官質(zhì)量方面明顯優(yōu)于有齒圓盤刀，這是由于對(duì)蝦體形細(xì)小，背部肉質(zhì)細(xì)嫩，使用有齒圓盤刀時(shí)，背部肌肉組織容易被刀齒鉤扯和撕裂。所以對(duì)蝦開背宜選用無齒圓盤刀［4－6］。

圖3 不同刀型圖Figure 3 Figure of different type of knives

表3 感官評(píng)定結(jié)果Table 3 The result of sensory evaluation

圖4 加工效果圖Figure 4 Processed effect diagram

3.3.2 無齒圓盤刀轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變化對(duì)開背效果的影響試驗(yàn) 采用無齒圓盤刀分別以正向、逆向不同轉(zhuǎn)向?qū)?duì)蝦進(jìn)行加工，當(dāng)圓盤刀以正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤刀對(duì)蝦體產(chǎn)生垂直于蝦體的壓力和向下的分力，使得蝦體順利通過圓盤刀。當(dāng)圓盤刀以逆向旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤刀對(duì)蝦體產(chǎn)生向上的分力，造成蝦體擺動(dòng)，使得蝦體對(duì)中性不好，定位不準(zhǔn)，且易使蝦體卡在間隙處不下落，剖切后的蝦體見圖5。所以無齒圓盤刀以正向切割為優(yōu)。

圖5 逆向切割效果Figure 5 Reverse cutting effect

3.3.3 對(duì)蝦開背刀速度特性曲線 以開背刀轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，以蝦背是否被完全切開和切面質(zhì)量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，改變對(duì)蝦開背刀轉(zhuǎn)速，觀察對(duì)蝦開背質(zhì)量。

圖6 不同轉(zhuǎn)速切割效果Figure 6 Different speed of cutting effect

當(dāng)圓盤刀以較低的轉(zhuǎn)速切割時(shí)，蝦體只有一定程度的劃痕，不能被切開，隨著圓盤刀轉(zhuǎn)速的提高，蝦體有的被切開，但仍有部分蝦體不能被完全切開（圖6（a））；當(dāng)轉(zhuǎn)速提高到一定程度時(shí)，所有蝦殼都被順利切開，且蝦殼切面平整、光滑，蝦體切面完好無明顯缺損（圖6（b））。隨著圓盤刀轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，肉眼無法明顯區(qū)別蝦體切面質(zhì)量。根據(jù)試驗(yàn)繪制的對(duì)蝦開背刀速度特性曲線見圖7。由圖7可知，圓盤刀轉(zhuǎn)速選擇350～400r/min可滿足要求［7，8］。

圖7 速度特性曲線圖Figure 7 Graph showing of speed characteristic

4 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)了一種對(duì)蝦開背裝置，裝置帶有對(duì)輥與輪式相結(jié)合的上料裝置，可提高開背生產(chǎn)率。

（2）通過試驗(yàn)觀察蝦仁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出了對(duì)蝦無損傷開背，即沿對(duì)蝦豎切面直接開到蝦線處，對(duì)蝦仁主體損傷最小。

（3）通過改變對(duì)蝦圓盤開背刀刀型、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，通過試驗(yàn)得到了一種蝦仁損傷較小的開背方式，即采用無齒圓盤刀正向以350～400r/min切割。

1 王澤河，張麗麗，張秀花，等.雙輥式對(duì)蝦粗定向方法的試驗(yàn)與研究［J］.食品與機(jī)械，2013，29（6）：99～101.

2 許玉德，孫晟，朱云.不同蝦種間肌肉組織蛋白質(zhì)的比較［J］.臺(tái)灣海峽，2001，20（2）：177～181.

3 姜明，汝少國(guó)，劉曉云.中國(guó)對(duì)蝦（Penaeus chinensis）糠蝦肌肉組織中球形病毒的超微結(jié)構(gòu)研究［J］.海洋湖沼通報(bào)，1999（3）：30～34.

4 陳慶余，沈健，傅潤(rùn)澤，等.典型海產(chǎn)小雜魚機(jī)械去頭方法研究［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2012，39（5）：38～42.

5 陳慶余，沈健，歐陽杰，等.典型海產(chǎn)小雜魚機(jī)械去臟試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（20）：278～285.

6 彭三河，徐武.鏈?zhǔn)降~加工前處理裝置的研制［J］.食品與機(jī)械，2013，29（2）：139～142.

7 雷樹德，譚鶴群.鏈?zhǔn)狡属~機(jī)的研制與試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2009（9）：81～84.

8 朱國(guó).小型淡水魚剖魚機(jī)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝參數(shù)研究［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.