白鰱氣動(dòng)式機(jī)械去頭方法研究

劉 靜 張 帆 萬(wàn) 鵬 譚鶴群

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

白鰱氣動(dòng)式機(jī)械去頭方法研究

劉 靜 張 帆 萬(wàn) 鵬 譚鶴群

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

淡水魚(yú)魚(yú)體去頭加工是淡水魚(yú)工業(yè)化前處理加工過(guò)程中的重要內(nèi)容，魚(yú)體去頭加工的效果直接影響并制約著后期深加工產(chǎn)品的質(zhì)量。以白鰱作為研究對(duì)象，提出一種利用氣缸帶動(dòng)仿形去頭刀具進(jìn)行魚(yú)體機(jī)械去頭加工的方法，設(shè)計(jì)并研制了仿形結(jié)構(gòu)刀具以及氣動(dòng)式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)，以白鰱魚(yú)體去頭加工過(guò)程中的采肉率、去頭率以及切斷面評(píng)分為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)影響白鰱氣動(dòng)式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)性能參數(shù)的魚(yú)體頭部定位距離、魚(yú)體背部定位距離、刀具仿形結(jié)構(gòu)、工作氣壓等關(guān)鍵因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，探究各因素的變化規(guī)律，并設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)對(duì)各因素的最優(yōu)組合進(jìn)行研究，通過(guò)正交試驗(yàn)可知：對(duì)去頭機(jī)去頭效果的影響從大到小依次為：魚(yú)體頭部定位距離>刀具仿形結(jié)構(gòu)>魚(yú)體背部定位距離>誤差。綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果顯示：淡水魚(yú)氣動(dòng)式去頭機(jī)去頭工作時(shí)，將魚(yú)體水平放置，魚(yú)體頭部定位距離為107 mm，魚(yú)體背部定位距離為55 mm，并采用厚度為2 mm的弧刃U型刀進(jìn)行切割時(shí)去頭效果最好，該條件下魚(yú)體去頭采肉率為76.8%，去頭率為90.6%。

魚(yú)體去頭機(jī)；氣動(dòng)式；仿形刀具；定位距離；采肉率；去頭率

淡水魚(yú)肉質(zhì)細(xì)嫩、肉味鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，是人們?nèi)粘Ｗ钪匾牡鞍踪|(zhì)來(lái)源[1]。淡水魚(yú)產(chǎn)品的深加工是淡水魚(yú)養(yǎng)殖生產(chǎn)的延續(xù)[2]。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的水產(chǎn)品加工率在80%以上，而中國(guó)的水產(chǎn)品加工率不足30%，其中淡水魚(yú)產(chǎn)品加工率更低，不到10%，且加工基本以手工為主，鮮見(jiàn)有專(zhuān)業(yè)的前處理機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)線，導(dǎo)致漁業(yè)生產(chǎn)效益低下[3-5]。淡水魚(yú)加工裝備的滯后嚴(yán)重制約了淡水魚(yú)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，因此加快淡水魚(yú)產(chǎn)品加工裝備的研究勢(shì)在必行[6]。

淡水魚(yú)的“三去”加工(去鱗、去頭、去內(nèi)臟)是淡水魚(yú)工業(yè)化前處理加工的重要內(nèi)容，直接關(guān)系著淡水魚(yú)工業(yè)化前處理加工的速度和質(zhì)量。由于淡水魚(yú)魚(yú)頭以骨質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，魚(yú)肉含量較少，經(jīng)常需要進(jìn)行“去頭”處理，以提高魚(yú)肉制品的加工質(zhì)量與產(chǎn)出[7]。目前，國(guó)外一些發(fā)達(dá)地區(qū)和國(guó)家，特別是歐美和日本對(duì)魚(yú)類(lèi)前處理機(jī)械進(jìn)行了較多研究。Andrzej等[8-9]研究了不同刀具在魚(yú)頭加工過(guò)程中切頭速度以及切割線路對(duì)魚(yú)肉損失的影響，最終選擇了V-型圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)切刀的切割方式；同時(shí)在采用V-型法對(duì)鯉魚(yú)進(jìn)行去魚(yú)頭時(shí)，比較了兩把圓形刀和一把盤(pán)型刀的使用效果，發(fā)現(xiàn)使用盤(pán)型刀可以降低魚(yú)體損傷區(qū)域、減小刀具直徑。德國(guó)和丹麥的公司針對(duì)遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)漁船研制了不同的魚(yú)體去頭機(jī)械[10]。而中國(guó)的淡水魚(yú)類(lèi)前處理加工設(shè)備起步較晚，雖然也研制過(guò)淡水魚(yú)前處理加工機(jī)械設(shè)備，但是由于機(jī)器本身可調(diào)節(jié)性能差、適用面窄，未被廣泛使用[11-12]。陳慶宇等[13]研制了一臺(tái)典型海產(chǎn)小雜魚(yú)機(jī)械去頭加工試驗(yàn)平臺(tái)，尋求小雜魚(yú)最適合的去頭方法。陳福禮等[14]也研制了一種淡水魚(yú)加工設(shè)備，通過(guò)鑲有插針的輸送帶固定魚(yú)體運(yùn)動(dòng)至由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的圓盤(pán)，完成去魚(yú)頭工序。

本研究擬以大宗淡水魚(yú)中的白鰱魚(yú)作為對(duì)象，采用氣缸作為驅(qū)動(dòng)部件，設(shè)計(jì)并研制仿形結(jié)構(gòu)刀具以及氣動(dòng)式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)淡水魚(yú)魚(yú)體去頭機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為淡水魚(yú)前處理機(jī)械的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行前期研究并提供參數(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用魚(yú)體樣本為新鮮白鰱，魚(yú)體重量范圍為(1.25±0.50) kg，采購(gòu)自水產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)。白鰱樣本采購(gòu)回來(lái)后進(jìn)行去鱗、洗凈處理，并放于冰箱中在-4℃的條件下進(jìn)行保存。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

電子分析天平：AUE-210型，長(zhǎng)沙湘儀天平儀器廠；

本試驗(yàn)所用自制不同刃口結(jié)構(gòu)刀具見(jiàn)圖1。

1. 直刃平刀 2. 直刃U型刀 3. 弧刃平刀 4. 弧刃U型刀

其中，直刃平刀為常見(jiàn)平口砍刀結(jié)構(gòu)；直刃U型刀將直刃平口加工為U型結(jié)構(gòu)，可以使刀具刃口更容易切入魚(yú)體；弧刃平刀和弧刃U型刀按照魚(yú)頭鰓蓋骨的外沿輪廓結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿形加工，可以在切斷魚(yú)頭的同時(shí)使魚(yú)頭后部的魚(yú)肉更多地保留在魚(yú)體上。

本試驗(yàn)所用白鰱氣動(dòng)式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

白鰱氣動(dòng)式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)由機(jī)架、魚(yú)體去頭平臺(tái)、去頭刀片、去頭刀架、去頭刀架導(dǎo)軌、氣缸、氣缸控制按鈕等組成。其中機(jī)架由方鋼搭建構(gòu)成上下兩層框架結(jié)構(gòu)，機(jī)架下層的框架邊緣設(shè)置有氣缸控制按鈕；魚(yú)體去頭平臺(tái)由平板、魚(yú)體限位板、魚(yú)頭限位板組成，通過(guò)限位板安裝長(zhǎng)條孔可以調(diào)節(jié)魚(yú)體限位板和魚(yú)頭限位板的位置；魚(yú)體去頭刀片通過(guò)螺栓固定在魚(yú)體去頭刀架下面，去頭刀架的4個(gè)角上有導(dǎo)向孔，沿著去頭刀架導(dǎo)軌上下移動(dòng)；氣缸固定在支撐板上面；氣動(dòng)式機(jī)械去頭機(jī)上的氣缸通過(guò)管路與氣缸控制按鈕和空氣壓縮機(jī)相連。

1. 機(jī)架 2. 去頭平臺(tái) 3. 刀片 4. 氣缸 5. 刀架導(dǎo)軌 6. 刀架 7. 氣缸控制按鈕

1.3 試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

白鰱魚(yú)體在去頭加工試驗(yàn)過(guò)程中要求采肉率、去頭率高，即切下的魚(yú)頭上連帶的魚(yú)肉越少越好，其次是要求切斷面光滑整齊，在保證產(chǎn)量的同時(shí)做到美觀。為了評(píng)價(jià)魚(yú)體去頭機(jī)樣機(jī)的去頭性能指標(biāo)的效果，定義采肉率為：

(1)

式中：

P1——單尾魚(yú)的采肉率，%；

m0——魚(yú)體總重量，g；

m1——經(jīng)去頭機(jī)加工后的魚(yú)體頭部質(zhì)量，g。

定義魚(yú)體去頭率為：

(2)

式中：

P2——單尾魚(yú)的去頭率，%；

S0——去頭前魚(yú)頭鰓蓋骨曲線內(nèi)的總面積，mm2；

S1——經(jīng)去頭機(jī)加工去掉的魚(yú)頭總面積，mm2。

其中，S0和S1數(shù)據(jù)該部分面積的獲得首先通過(guò)相機(jī)拍照采集魚(yú)體去頭前以及去頭后的魚(yú)頭圖像，然后利用Photoshop將采集到的魚(yú)頭圖像和標(biāo)準(zhǔn)尺圖像分別進(jìn)行分割比對(duì)，并提取相應(yīng)的輪廓導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行面積的計(jì)算。

通過(guò)感官檢驗(yàn)訓(xùn)練的食品專(zhuān)業(yè)人士5人組成評(píng)定小組，根據(jù)食品質(zhì)量感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剪切試驗(yàn)切斷面結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，感官評(píng)定得分取平均分，以100分計(jì)，則魚(yú)體去頭切斷面質(zhì)量感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為：一等切斷面感官評(píng)分為80～100分，標(biāo)準(zhǔn)為魚(yú)體外形保持完好，魚(yú)身切斷面十分光滑平整有光澤，去頭后魚(yú)身無(wú)明顯缺損；二等切段面感官評(píng)分為60～80分，標(biāo)準(zhǔn)為魚(yú)體外形保持比較完好，無(wú)明顯損傷或缺肉；三等切段面感官評(píng)分為40～60分，標(biāo)準(zhǔn)為魚(yú)身橫斷面平整但略微粗糙，魚(yú)體外形遭到破壞，有一些缺損或撕裂；四等切段面感官評(píng)分為20～40分，標(biāo)準(zhǔn)為魚(yú)身橫斷面不平整且比較粗糙，魚(yú)體外形遭受破壞，有多處損傷及缺肉，魚(yú)肉有部分脫落。

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.4.1 刀具結(jié)構(gòu)對(duì)魚(yú)體去頭效果影響試驗(yàn) 刀具結(jié)構(gòu)對(duì)魚(yú)體去頭效率及去頭效果產(chǎn)生直接影響，本試驗(yàn)采用弧刃平刀、直刃平刀、弧刃U型刀、直刃U型刀研究不同結(jié)構(gòu)刀具對(duì)魚(yú)體去頭效果的影響，其中切割刀具的安裝位置與魚(yú)體頭部吻端定位面及背部定位面之間的距離見(jiàn)圖3。

圖3 魚(yú)體定位尺寸示意圖Figure 3 Fish body positioning size diagram

為了保證試驗(yàn)時(shí)魚(yú)體在去頭加工平臺(tái)上放置位置的一致性，根據(jù)魚(yú)體形態(tài)特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果，設(shè)定切割刀具安裝平面與魚(yú)體頭部吻端定位面之間的魚(yú)體頭部定位距離L為107 mm，該長(zhǎng)度可以保證試驗(yàn)魚(yú)體頭部均能被切割刀具進(jìn)行完整切割；切割刀具安裝中心法面與魚(yú)體背部定位面之間的魚(yú)體背部定位距離D為55 mm；此外，去頭機(jī)的工作氣壓設(shè)定p為 0.4 MPa。以4種結(jié)構(gòu)的刀具為4個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比研究刀具結(jié)構(gòu)對(duì)魚(yú)體去頭效果的影響，每個(gè)水平重復(fù)10次，計(jì)算分析刀具結(jié)構(gòu)與各試驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系。

1.4.2 工作氣壓對(duì)魚(yú)體去頭效果的影響試驗(yàn) 魚(yú)體去頭刀具是在氣缸的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)對(duì)魚(yú)體頭部進(jìn)行切斷，不同工作氣壓下刀具的運(yùn)動(dòng)速度各不相同，會(huì)影響?hù)~(yú)體頭部切斷面的質(zhì)量。

試驗(yàn)中設(shè)定切割刀具安裝平面與魚(yú)體頭部吻端定位面之間的魚(yú)體頭部定位距離L為107 mm；切割刀具安裝中心法面與魚(yú)體背部定位面之間的魚(yú)體背部定位距離D為55 mm；切割刀具采用弧刃U型刀。調(diào)整氣缸的工作氣壓p分別為 0.2，0.4，0.6 MPa，對(duì)比研究不同工作氣壓對(duì)魚(yú)體去頭效果的影響；每個(gè)壓力水平重復(fù)10次，計(jì)算分析去頭機(jī)樣機(jī)的工作氣壓與各試驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系。

1.4.3 頭部定位距離對(duì)魚(yú)體去頭效果影響試驗(yàn) 在對(duì)魚(yú)體進(jìn)行機(jī)械去頭加工時(shí)，應(yīng)能將魚(yú)體頭部完整切下，并使魚(yú)頭盡可能少的保留魚(yú)肉，因此魚(yú)體頭部的定位距離對(duì)魚(yú)體去頭效果會(huì)產(chǎn)生影響。

試驗(yàn)中設(shè)定切割刀具安裝中心法面與魚(yú)體背部定位面之間的魚(yú)體背部定位距離為D=55 mm；調(diào)節(jié)氣缸工作氣壓為p=0.4 MPa；切割刀具采用弧刃U型刀。根據(jù)魚(yú)體頭部的形態(tài)特征參數(shù)，以試驗(yàn)魚(yú)體樣本的魚(yú)頭長(zhǎng)度平均值107 mm 為基準(zhǔn)，設(shè)定魚(yú)體頭部定位距離分別為98，107，116 mm 3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比研究魚(yú)體頭部定位距離對(duì)魚(yú)體去頭效果的影響，每個(gè)水平重復(fù)10次，計(jì)算分析魚(yú)體頭部定位距離與各試驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系。

而怒江大峽谷國(guó)家公園在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，就為社區(qū)發(fā)展預(yù)留了空間。加之這些區(qū)域與國(guó)家退耕還林，異地扶貧搬遷政策相重疊，社區(qū)失去的一些資源權(quán)利通過(guò)這些政策得到一定的補(bǔ)償。對(duì)于怒江的世居民族社區(qū)更為重要的是如何面對(duì)國(guó)家公園所帶的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。機(jī)遇是較好的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效率，并帶動(dòng)其它產(chǎn)業(yè)，如生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)，而面臨的挑戰(zhàn)則是，隨著外來(lái)投資進(jìn)入，本地居民資源開(kāi)發(fā)權(quán)利邊緣化，大量游客涌入帶來(lái)的資源、能源消耗對(duì)生態(tài)系統(tǒng)也造成的巨大壓力。

1.4.4 背部定位距離對(duì)魚(yú)體去頭效果影響試驗(yàn) 魚(yú)體的背部定位可以使魚(yú)體頭部切斷面位于切割刀具的切斷范圍之內(nèi)，保證魚(yú)體去頭效果。

試驗(yàn)中設(shè)定切割刀具安裝平面與魚(yú)體頭部吻端定位面之間的魚(yú)體頭部定位距離L為107 mm；氣缸工作氣壓p為 0.4 MPa；切割刀具采用弧刃U型刀。根據(jù)魚(yú)體頭部的形態(tài)特征參數(shù)，以試驗(yàn)魚(yú)體樣本的魚(yú)頭寬度平均值55 mm為基準(zhǔn)，設(shè)定魚(yú)體背部定位距離分別為51，55，59 mm 3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比研究魚(yú)體背部定位距離對(duì)魚(yú)體去頭效果的影響，每個(gè)水平重復(fù)10次，計(jì)算分析魚(yú)體背部定位與各試驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 刀具結(jié)構(gòu)對(duì)魚(yú)體去頭的影響

采用4種不同結(jié)構(gòu)的刀具進(jìn)行魚(yú)體去頭試驗(yàn)，則采肉率、去頭率和魚(yú)體切斷面評(píng)分結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同結(jié)構(gòu)刀具去頭試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 The effect of different knives specification

由圖4可知：在本試驗(yàn)所用樣本的質(zhì)量等級(jí)范圍內(nèi)，雖然魚(yú)體的體型特征有所差異，但采用平刀結(jié)構(gòu)刀具(直刃平刀和弧刃平刀)進(jìn)行魚(yú)體去頭時(shí)平均采肉率為69.8%，采用U型結(jié)構(gòu)刀具(直刃U型刀和弧刃U型刀)進(jìn)行魚(yú)體去頭時(shí)平均采肉率為75.6%，采用U型結(jié)構(gòu)刀具的平均采肉率要高于平刀結(jié)構(gòu)刀具的；采用平刀結(jié)構(gòu)刀具的平均去頭率為75.8%，采用U型結(jié)構(gòu)刀具的平均去頭率為91.0%，采用經(jīng)魚(yú)頭鰓蓋骨外沿仿形設(shè)計(jì)的U型結(jié)構(gòu)刀具的平均去頭率要顯著高于平刀結(jié)構(gòu)刀具的；同時(shí)，由圖4可以看出，弧形刃口刀具(弧刃平刀、弧刃U型刀)的魚(yú)頭切斷面評(píng)分要顯著高于直刃刀具(直刃平刀，直刃U型刀)的魚(yú)頭切斷面評(píng)分。

對(duì)比不同結(jié)構(gòu)刀具對(duì)魚(yú)體去頭的影響可知，仿魚(yú)頭鰓蓋骨外沿結(jié)構(gòu)的弧刃U型刀在進(jìn)行魚(yú)體去頭時(shí)采肉率和切斷面評(píng)分最高，去頭率略小于直刃U型刀，其綜合去頭效果最優(yōu)?；∪蠻型刀與直刃平刀去頭效果見(jiàn)圖5。

圖5 U型刀和平刀的去頭效果比較Figure 5 The effect of U-shaped knife and flat knife

分析其原因可知，盡管鰱魚(yú)體型特征各異，但本試驗(yàn)選用(1.25±0.50) kg的白鰱樣本，魚(yú)頭特征尺寸變化不大；采用仿魚(yú)頭鰓蓋骨外沿結(jié)構(gòu)的弧刃U型刀進(jìn)行魚(yú)體去頭加工時(shí)可以最大限度地保留魚(yú)體上的魚(yú)肉，提高采肉率；同時(shí)U型刀具在切割魚(yú)體過(guò)程中刃口逐步進(jìn)入魚(yú)體，與魚(yú)體接觸面由小增大，變直刃刀具的正切為滑切，增加了魚(yú)體與刀具的作用時(shí)間和實(shí)際切割距離，減小了切割阻力，對(duì)魚(yú)體的位置擾動(dòng)較小，切口更加整齊明亮。因此，在本試驗(yàn)中采用弧刃U型刀作為魚(yú)頭切割刀具。

2.2 工作氣壓對(duì)魚(yú)體去頭的影響

圖6 不同工作氣壓的去頭效果Figure 6 The effect of different working pressure

由圖6可知，在不同工作氣壓下進(jìn)行魚(yú)體去頭試驗(yàn)，采肉率與去頭率變化不大。這是因?yàn)樵谠囼?yàn)過(guò)程中，魚(yú)頭切割刀具安裝平面與魚(yú)體頭部吻端定位面間的定位距離L2確定為107 mm，切割刀具安裝中心法面與魚(yú)體背部定位面間的魚(yú)體背部定位距離D2確定為55 mm，切割刀具為弧刃U型刀，即相關(guān)的3個(gè)參數(shù)已經(jīng)確定了魚(yú)體的實(shí)際切割去頭加工區(qū)域，故采肉率和去頭率的變化僅與魚(yú)體本身體型有關(guān)；而本試驗(yàn)選用的魚(yú)體樣本差異不是很大，故魚(yú)體采肉率與去頭率變化較小。同時(shí)，從圖6中可知，魚(yú)頭切斷面的評(píng)分顯著增加。這是因?yàn)殡S著工作氣壓的升高，氣缸活塞桿的最大工作速度加大，帶動(dòng)切割刀具運(yùn)動(dòng)速度增加，切割魚(yú)頭瞬時(shí)作用力增加，魚(yú)體去頭加工時(shí)間變短，因此切斷面更加光滑。

2.3 頭部定位距離對(duì)魚(yú)體去頭的影響

在不同魚(yú)體頭部定位距離下進(jìn)行魚(yú)體去頭試驗(yàn)，則魚(yú)體采肉率、去頭率和切斷面評(píng)分結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 魚(yú)體頭部定位距離去頭效果Figure 7 The effect of head positioning distance

由圖7可知，在工作氣壓為0.4 MPa、采用弧刃U型刀進(jìn)行去頭試驗(yàn)時(shí)，魚(yú)體的平均采肉率隨魚(yú)體頭部定位距離的增加逐步下降，但幅度不是很大；平均去頭率隨著魚(yú)體頭部定位距離的增大而顯著減小，但在定位距離為98 mm時(shí)，平均去頭率超過(guò)100%，即存在魚(yú)頭切割不完整的現(xiàn)象，使得采肉率出現(xiàn)虛高；平均切斷面評(píng)分隨著魚(yú)體頭部定位距離的增大而顯著增加，但在定位距離為98 mm時(shí)，有部分魚(yú)體魚(yú)頭切割不完全，導(dǎo)致整體的切斷面評(píng)分較低，在定位距離為116 mm時(shí)，所有魚(yú)頭完整切割，切斷面整體都整齊明亮。

這是因?yàn)?，?dāng)魚(yú)體頭部定位距離過(guò)小時(shí)，一些魚(yú)體會(huì)出現(xiàn)魚(yú)頭切割不完全的現(xiàn)象，使得部分魚(yú)頭還留在魚(yú)身上，切下的魚(yú)頭重量輕，其面積比實(shí)際魚(yú)頭面積小，切口血肉模糊不整齊，所以出現(xiàn)采肉率較高、去頭率大于100%、切斷面等級(jí)卻很差的現(xiàn)象；而當(dāng)魚(yú)體頭部定位距離過(guò)大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)魚(yú)體魚(yú)頭過(guò)切的現(xiàn)象，使得大部分魚(yú)肉還留在魚(yú)頭上，切下的魚(yú)頭重量重，其面積比實(shí)際魚(yú)頭面積大，但由于切割部位都是在魚(yú)身，切斷面整齊明亮，所以出現(xiàn)采肉率和去頭率較低、切斷面評(píng)分較高的現(xiàn)象。為了達(dá)到最優(yōu)的去頭效果，魚(yú)體頭部定位距離應(yīng)取與魚(yú)體質(zhì)量等級(jí)相對(duì)應(yīng)的魚(yú)頭均長(zhǎng)。在本試驗(yàn)中，根據(jù)魚(yú)體質(zhì)量等級(jí)，取魚(yú)體頭部定位距離為107 mm時(shí)，綜合去頭效果最好。

2.4 背部定位距離對(duì)魚(yú)體去頭的影響

在不同魚(yú)體背部定位距離下進(jìn)行魚(yú)體去頭試驗(yàn)，則魚(yú)體采肉率、去頭率和切斷面評(píng)分結(jié)果見(jiàn)圖8。

由圖8可知，在工作氣壓為0.4 MPa，魚(yú)體的頭部定位距離為107 mm，采用弧刃U型刀進(jìn)行去頭試驗(yàn)時(shí)，魚(yú)體的平均采肉率隨著魚(yú)體背部定位距離的變化并沒(méi)有呈現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)，采肉率保持在75.8%左右；魚(yú)體的平均去頭率呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，但變化不顯著，在背部定位距離D為55 mm時(shí)平均去頭率相對(duì)最高，為90.6%；魚(yú)體的平均切斷面評(píng)分則呈現(xiàn)顯著的先增加后減小的變化趨勢(shì)，且在背部定位距離D為55 mm時(shí)取得最大值。

這是因?yàn)轸~(yú)體外觀為紡錘型結(jié)構(gòu)，當(dāng)魚(yú)體背腹軸的垂直法面與切割刀具安裝中心法面重合時(shí)，大部分魚(yú)體都能進(jìn)行完美切割；但當(dāng)魚(yú)體背部定位距離取值過(guò)大時(shí)，魚(yú)體的切割曲面往魚(yú)腹的方向偏移，導(dǎo)致試樣魚(yú)體的頭背骨被部分切掉，并使腹上的肉連同魚(yú)頭一起被切除，因此表現(xiàn)為平均去頭率降低，切斷面評(píng)分也較低；當(dāng)魚(yú)體背部定位距離取值過(guò)小時(shí)，切割曲面往魚(yú)背的方向偏移，導(dǎo)致試樣魚(yú)體的魚(yú)鰓骨被部分切掉，并使魚(yú)背上的肉連同魚(yú)頭一起被切掉，因此也表現(xiàn)為平均去頭率降低，切斷面評(píng)分也較低；此外，由于魚(yú)頭背部頭骨顱腔內(nèi)為魚(yú)體腦組織，魚(yú)頭腹部處為魚(yú)肉實(shí)體，兩處組織結(jié)構(gòu)不同，密度不一樣，造成影響去頭效果的各項(xiàng)指標(biāo)在魚(yú)體背部定位距離過(guò)大時(shí)的變化量比魚(yú)體背部定位距離過(guò)小時(shí)的變化量要小。在本試驗(yàn)中，綜合對(duì)比魚(yú)體去頭的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，取魚(yú)體腹背定位距離為55 mm時(shí)，綜合去頭效果最好。

圖8 魚(yú)體背部定位距離去頭效果Figure 8 The effect of back positioning distance

2.5 影響?hù)~(yú)體去頭效果各因素的正交試驗(yàn)分析

由影響?hù)~(yú)體去頭效果4種因素的試驗(yàn)分析結(jié)果，選定魚(yú)體的頭部定位距離、背部定位距離、刀具仿形結(jié)構(gòu)(主要是U型刀和平刀的區(qū)別)作為主要因素進(jìn)行魚(yú)體去頭加工試驗(yàn)；利用正交試驗(yàn)探尋3種試驗(yàn)因素在魚(yú)體去頭機(jī)加工過(guò)程中的最優(yōu)條件組合。本試驗(yàn)所用正交表的試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1 去頭機(jī)試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels ofhead-cutting machine

在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，提高魚(yú)體去頭加工產(chǎn)量是首要目標(biāo)，同時(shí)提高魚(yú)體采肉率比增加去頭率更重要，在此忽略魚(yú)體切斷面評(píng)分，計(jì)算魚(yú)體平均去頭率和采肉率。為了綜合評(píng)價(jià)去頭效果，將去頭率和采肉率兩項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的指標(biāo)隸屬度，指標(biāo)隸屬度按式(3)計(jì)算：

(3)

式中：

IMi——指標(biāo)隸屬度；

IDi——指標(biāo)值，%；

INi——指標(biāo)最小值，%；

IAi——指標(biāo)最大值，%；

i——指標(biāo)序號(hào)，取值1或2，1 表示去頭率，2表示采肉率。

可見(jiàn)，對(duì)于轉(zhuǎn)換后的各指標(biāo)隸屬度存在如下關(guān)系：

0 ≤IMi≤ 1，i=1,2。

采用綜合分?jǐn)?shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)魚(yú)體的去頭效果，則綜合分?jǐn)?shù)指標(biāo)按式(4)計(jì)算：

CD=IM1×0.4+IM2×0.6，

(4)

式中：

CD——綜合分?jǐn)?shù)；

IM1——去頭率指標(biāo)隸屬度；

IM2——采肉率指標(biāo)隸屬度。

其中，0.6為采肉率權(quán)重，0.4為去頭率權(quán)重，綜合分?jǐn)?shù)指標(biāo)滿分為1.00。則試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣機(jī)試驗(yàn)方案與結(jié)果Table 2 Scheme and result of experiment

由表2可以看出，本試驗(yàn)的3個(gè)因素對(duì)去頭效果的影響從大到小依次為A魚(yú)體頭部定位距離>C刀具仿形結(jié)構(gòu)>B魚(yú)體背部定位距離。在不考慮交互作用的情況下，最優(yōu)方案為A3B2C3，即魚(yú)體去頭時(shí)，魚(yú)體頭部定位距離為107 mm，背部軸定位距離為55 mm，采用弧刃U型刀。按此最優(yōu)組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，白鰱魚(yú)體去頭采肉率可達(dá)到76.8%，去頭率可達(dá)到90.6%。

3 結(jié)論

以白鰱魚(yú)體去頭加工過(guò)程中的采肉率、去頭率以及斷面評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了不同結(jié)構(gòu)刀具、工作氣壓、魚(yú)體頭部定位距離、魚(yú)體背部定位距離等因素對(duì)氣動(dòng)式白鰱魚(yú)體去頭機(jī)去頭效果的影響，得到了各因素的變化規(guī)律以及最佳參數(shù)值，并通過(guò)正交試驗(yàn)驗(yàn)證了各因素的最優(yōu)參數(shù)組合。結(jié)論如下：

(1) 不同結(jié)構(gòu)刀具對(duì)魚(yú)體去頭加工過(guò)程中的采肉率、去頭率和切斷面評(píng)分都有顯著的影響；采用經(jīng)魚(yú)頭鰓蓋骨外沿仿形設(shè)計(jì)的弧刃U型刀的平均采肉率為75.6%，平均去頭率為91.0%，魚(yú)頭切斷面評(píng)分最高；

(2) 不同的工作氣壓對(duì)魚(yú)體去頭加工過(guò)程中的采肉率、去頭率影響不顯著；但對(duì)魚(yú)體魚(yú)頭切斷面評(píng)分具有顯著影響。

(3) 隨著魚(yú)體頭部定位距離的增加，魚(yú)體平均采肉率逐步下降，去頭率顯著減小，且存在魚(yú)頭切割不完整的現(xiàn)象，并導(dǎo)致平均切斷面評(píng)分的顯著變化。

(4) 隨著魚(yú)體背部定位距離的變化，魚(yú)體的平均采肉率沒(méi)有明顯變化；平均去頭率呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，但變化不顯著；魚(yú)體的平均切斷面評(píng)分則呈現(xiàn)顯著先增加后減小的變化趨勢(shì)。

(5) 通過(guò)正交試驗(yàn)確定了氣動(dòng)式淡水魚(yú)去頭機(jī)樣機(jī)工作的最優(yōu)方案為魚(yú)體頭部定位距離為107 mm，魚(yú)體背部定位距離為55 mm，去頭刀具為弧刃U型刀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，魚(yú)體去頭加工的采肉率為76.8%，去頭率為90.6%。

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Freshwater fish pneumatic machinery to head-cutting method research

LIU JingZHANGFanWANPengTANHe-qun

(CollegeofEngineering,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan,Hubei430070,China)

Freshwater fish head before processing as a freshwater fish processing a difficult point in the process of automated processing, to head the processing effect directly affects and restricts the freshwater fish late deep processing of the quality of the products. This paper presents A use of pneumatic cylinders contour design tool for freshwater fish mechanical processing way to head, is designed and developed A pneumatic head machine prototype, to go head machine prototype meat rate and recovery rate of head as the main performance indexes, performance parameters affecting the freshwater fish head machine prototype of fish head positioning distance, the back of the fish body position distance, tool shape structure, the working pressure, etc. The key factor to determine the test index and orthogonal experiment design and analysis, it is concluded that: to go head to head machine effect from large to small in the order: A fish head positioning distance > C cutter contour structure > B > fish back positioning distance D error. Comprehensive evaluation of the results of the analysis shows that: freshwater fish go pneumatic head machine head work, put the fish body horizontal, fish head positioning distance is 107 mm, the back of the fish body positioning distance is 55 mm, and the thickness of 2 mm of u-shaped arc blade knife cutting head effect is best, at this time the fish head meat at a rate of 76.8%, to head a rate of 90.6%.

fish head-cutting machine; pneumatic; profiling tool; positioning distance; the flesh rate; the head off rate

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(編號(hào)：2013PY126)；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(編號(hào)：CARS-46-23)

劉靜，女，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)講師，博士。

萬(wàn)鵬(1980—)，男，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，博士。 E-mail：wanpeng09@mail.hzau.edu.cn

2016—09—21

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.01.021