趙玉達 張秀花 王澤河 弋景剛 劉江濤

摘要：蝦體定向排列是對蝦深加工過程中的重要工序，在一定程度上決定著自動加工生產線的可行性。本研究設計了一種對蝦背腹定向裝置，以實現(xiàn)加工的自動化。試驗結果證明，該裝置適用于死亡2 h以內的去頭蝦體，定向輥間隙為7 mm時，對厚度為12～13 mm的對蝦的定向率為90%。

關鍵詞：對蝦背腹定向裝置；深加工；定向輥

中圖分類號： TS254.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0356-02

收稿日期：2013-07-02

基金項目：公益性行業(yè)（海洋）科研專項（編號：201205031）；河北省科技支撐計劃（編號：12227169）。

作者簡介：趙玉達（1986—），男，河北邢臺人，碩士研究生，主要從事機械制造及其自動化技術研究。E-mail：zhaoyuda77@163.com。

通信作者：張秀花，博士，碩士生導師，主要從事機械設計、機械制造及自動化方面的研究。E-mail：zhang72xh@163.com。對蝦營養(yǎng)豐富且肉質松軟，易消化，蛋白質含量高，脂肪含量低，并富含多種礦物質，深受人們喜愛，蝦仁是主要產品之一。對蝦是歐美日等國家餐桌上的美味，約占日常使用水產品的35%，近幾年來其需求有上升趨勢。我國為水產大國，但水產品加工遠落后于發(fā)達國家，主要表現(xiàn)在水產品加工的技術裝備落后、深加工產品少等方面[1]。蝦體定向排序是對蝦深加工的前處理工序，是蝦類加工自動化生產線的重要組成部分，在一定程度上決定資源利用率和加工效率。目前，國內關于這方面的研究還比較少，主要以人工定向排列為主，勞動強度大且效率低，因此，研制出適合我國國情的淡水蝦蝦體定向整體設備很有必要。

1定向技術及其裝置

1.1定向技術在漁業(yè)機械中的發(fā)展

淡水魚、蝦類的機械化加工必須經過清洗、分級和定向排列等環(huán)節(jié)，它們在某種程度上決定了自動化加工生產線的可行程度，因此淡水魚、蝦頭尾與腹背定向裝置顯得尤為重要。國外魚類加工技術起步早，發(fā)展較成熟，有先進的魚類加工生產線，魚體定向技術較發(fā)達，但是國外魚類加工機械多是運用于海水魚的加工。高星星等完成了一種新的淡水魚魚體頭尾與腹背定向裝置的研制，該定向裝置使用0.75～1.00 kg的鰱魚進行定向試驗，可在0.65～3.75 s內完成頭尾定向動作，定向成功率97.53%，在0.39～5.03 s內完成腹背定向動作，定向成功率為97.5%[2]。李玲等研究了魚體定向整理技術和裝備，指出魚體的機械化腹背定向整理主要通過腹背顏色、重心位置、腹背形狀等差異來實現(xiàn)[3]。Kosmowski等研究了3種識別魚腹背的方法：第1種方法是利用魚背和魚腹寬度的差異，使魚背向上；第2種方法是利用魚體兩側對稱原理，使魚背向上；第3種方法是利用魚體重心位置橫向不對稱原理，使魚背向下[4]。但是，至今還未發(fā)現(xiàn)對蝦定向技術的相關研究報道。

1.2對蝦背腹定向裝置的設計[5-6]

1.2.1對蝦背腹定向裝置及工作原理整機分為定向部分、輸送部分和導向部分。定向部分由直徑不等的雙輥組成，大輥120 mm，小輥100 mm，輥長1 m，斜置30°，表面附有4 mm的食品橡膠，橡膠層開有深1 mm、寬1 mm的直線溝槽，雙輥由電機通過齒輪驅動，相向轉動，輥距可調，可以將對蝦定向；輸送部分將定向完成的對蝦向導向輥方向輸送，在導向輥的作用下使對蝦按照對加工有利的姿態(tài)進入下一道工序；導向輥置于傳送帶的一側，與帶輥的間隙可調，能滿足不同級別的對蝦，一般略小于蝦體的厚度，保證對蝦能完好通過，對蝦通過該裝置之后呈腹部朝下的姿態(tài)進入下一道工序。整機結構如圖1所示。

對蝦腹部和和背部的光滑程度不一樣，即對蝦腹部和背部接觸到定向輥時產生的摩擦力不同。因此，當對蝦落到定向輥上之后，隨著定向輥的相向轉動，定向輥表面的直線溝槽會帶著腹部朝下的蝦體發(fā)生翻轉，姿態(tài)變?yōu)楸巢砍拢挥捎诒巢抗饣?，所以背部跟定向輥接觸之后處于向下滑動的狀態(tài)，不再發(fā)生翻轉，并且在下滑過程中使蝦體向輥徑小的一側傾斜，以向一邊平躺的姿態(tài)落到傳送帶上；傳送帶將完成定向后的對蝦向前輸送，對蝦落離傳送帶時，在導向輥的作用下又使對蝦變回腹部朝下的姿態(tài)，最終使雜亂的對蝦按照統(tǒng)一的姿態(tài)排列好進入下一道工序。

1.2.2受力分析圖2、圖3選取的是定向輥某一截面上對蝦的受力狀態(tài)。由于雙輥直徑不等，導致蝦體所受的切向力不同，2個切向力對蝦體中心位置的力矩不同，所以當對蝦腹部朝下時，力矩差使蝦體發(fā)生翻轉，姿態(tài)變?yōu)楸巢砍拢▓D4）。圖3選取的是對蝦在雙輥工作位置的中心面上的受力狀態(tài)，F(xiàn)NH、FH二力綜合作用使蝦體對定向輥表面的正壓力減小，從而蝦體與定向輥表面摩擦力變小，小于重力沿軸線向下的分力，使蝦體在定向的過程中向下滑動，逐一排列（圖4）。

2材料與方法

2.1材料

試驗所用對蝦為采購于當?shù)爻械膬鑫r和水產市場的活蝦，將凍蝦蝦體解凍，活蝦置于空氣中待其自然死亡。取長度為150 mm、厚度為12～13 mm的對蝦進行分組，每組20尾，去頭處理。

2.2方法

在該裝置中2個定向輥間隙是蝦體定向的一個重要參數(shù)，以間隙為變量進行試驗，驗證定向效果。根據(jù)初步試驗要求，定向輥轉速設為20 r/min，手工將對蝦置于定向輥之上大約100 mm處，單一自由落下，以隨機的姿態(tài)落入到定向輥上，觀察蝦體的最終姿態(tài)。

2.3試驗參數(shù)

以蝦體在定向輥上的排列情況、堆疊情況及定向率作為該裝置的判定標準。

3結果與分析

凍蝦解凍后蝦體蜷縮幅度較大，將蝦腿包裹在彎曲的蝦體內側，結果如圖5所示。鮮蝦死亡時間在2 h內時，蝦體舒展，如圖6所示。

凍蝦由于蝦體蜷縮幅度太大，當對蝦落到定向輥上時，會直接快速地向下滾動。定向輥的定向作用是通過定向輥與蝦腿之間的作用力來實現(xiàn)的，而凍蝦的蝦腿被彎曲的蝦體包裹，定向輥和蝦腿不能接觸，導致蝦體不會發(fā)生翻轉，得不到所需要的姿態(tài)。當以鮮蝦為試驗對像時，效果如表1所示。

4結論

針對對蝦的生物特征設計了一種背腹定向裝置，利用雙輥的相向轉動實現(xiàn)對蝦的背腹定向，得到對后續(xù)加工工序有

利的姿態(tài)。試驗驗證了該定向裝置的可行性，凍蝦和鮮蝦的試驗對比結果表明該裝置只適用于蝦體舒展的對蝦（死亡時間不超過2 h且未經冷凍的對蝦）。針對長度為 150 mm、厚度為12～13 mm的對蝦，最佳定向間隙為7 mm，說明不同長度和厚度的蝦體可以找到最佳的定向間隙。本研究結果可為蝦類連續(xù)化加工中定向連續(xù)喂料設備的產品開發(fā)提供技術依據(jù)。

參考文獻：

[1]陳曉漢，陳琴，謝達祥. 南美白對蝦含肉率及肌肉營養(yǎng)價值的評定[J]. 水產科技情報，2001，28（4）：165-168.

[2]高星星，譚鶴群. 淡水魚頭尾與腹背定向裝置的設計與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2011，27（5）：342-347.

[3]李玲，宗力，王玖玖，等. 大宗淡水魚加工前處理技術和裝備的研究現(xiàn)狀及方向[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化，2010，37（5）：43-46，71.

[4]Kosmowski M，Gerlach K. The newmethod of setting the small fishes backs in the desired direction[J]. Journal of Food Engineering，2007，83（1）：99-105.

[5]呂長安.大棗自動定向輸送切片機的研究設計方案[J]. 現(xiàn)代農業(yè)科技，2010（12）：225，227.

[6]張素梅.竹片自動定向排序裝置研究[J]. 林業(yè)機械與木工設備，2008，36（6）：14-15.