劉 靜 張 帆 萬 鵬 譚鶴群

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

白鰱氣動式機(jī)械去頭方法研究

劉 靜 張 帆 萬 鵬 譚鶴群

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

淡水魚魚體去頭加工是淡水魚工業(yè)化前處理加工過程中的重要內(nèi)容，魚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。以白鰱作為研究對象，提出一種利用氣缸帶動仿形去頭刀具進(jìn)行魚體機(jī)械去頭加工的方法，設(shè)計(jì)并研制了仿形結(jié)構(gòu)刀具以及氣動式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)，以白鰱魚體去頭加工過程中的采肉率、去頭率以及切斷面評分為主要評價(jià)指標(biāo)，對影響白鰱氣動式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)性能參數(shù)的魚體頭部定位距離、魚體背部定位距離、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)對各因素的最優(yōu)組合進(jìn)行研究，通過正交試驗(yàn)可知：對去頭機(jī)去頭效果的影響從大到小依次為：魚體頭部定位距離>刀具仿形結(jié)構(gòu)>魚體背部定位距離>誤差。綜合評價(jià)分析結(jié)果顯示：淡水魚氣動式去頭機(jī)去頭工作時(shí)，將魚體水平放置，魚體頭部定位距離為107 mm，魚體背部定位距離為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，該條件下魚體去頭采肉率為76.8%，去頭率為90.6%。

魚體去頭機(jī)；氣動式；仿形刀具；定位距離；采肉率；去頭率

淡水魚肉質(zhì)細(xì)嫩、肉味鮮美，營養(yǎng)豐富，是人們?nèi)粘Ｗ钪匾牡鞍踪|(zhì)來源[1]。淡水魚產(chǎn)品的深加工是淡水魚養(yǎng)殖生產(chǎn)的延續(xù)[2]。目前，發(fā)達(dá)國家的水產(chǎn)品加工率在80%以上，而中國的水產(chǎn)品加工率不足30%，其中淡水魚產(chǎn)品加工率更低，不到10%，且加工基本以手工為主，鮮見有專業(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]。淡水魚加工裝備的滯后嚴(yán)重制約了淡水魚養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，因此加快淡水魚產(chǎn)品加工裝備的研究勢在必行[6]。

淡水魚的“三去”加工(去鱗、去頭、去內(nèi)臟)是淡水魚工業(yè)化前處理加工的重要內(nèi)容，直接關(guān)系著淡水魚工業(yè)化前處理加工的速度和質(zhì)量。由于淡水魚魚頭以骨質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，魚肉含量較少，經(jīng)常需要進(jìn)行“去頭”處理，以提高魚肉制品的加工質(zhì)量與產(chǎn)出[7]。目前，國外一些發(fā)達(dá)地區(qū)和國家，特別是歐美和日本對魚類前處理機(jī)械進(jìn)行了較多研究。Andrzej等[8-9]研究了不同刀具在魚頭加工過程中切頭速度以及切割線路對魚肉損失的影響，最終選擇了V-型圓盤旋轉(zhuǎn)切刀的切割方式；同時(shí)在采用V-型法對鯉魚進(jìn)行去魚頭時(shí)，比較了兩把圓形刀和一把盤型刀的使用效果，發(fā)現(xiàn)使用盤型刀可以降低魚體損傷區(qū)域、減小刀具直徑。德國和丹麥的公司針對遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)漁船研制了不同的魚體去頭機(jī)械[10]。而中國的淡水魚類前處理加工設(shè)備起步較晚，雖然也研制過淡水魚前處理加工機(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]研制了一臺典型海產(chǎn)小雜魚機(jī)械去頭加工試驗(yàn)平臺，尋求小雜魚最適合的去頭方法。陳福禮等[14]也研制了一種淡水魚加工設(shè)備，通過鑲有插針的輸送帶固定魚體運(yùn)動至由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動的圓盤，完成去魚頭工序。

本研究擬以大宗淡水魚中的白鰱魚作為對象，采用氣缸作為驅(qū)動部件，設(shè)計(jì)并研制仿形結(jié)構(gòu)刀具以及氣動式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)，通過試驗(yàn)對淡水魚魚體去頭機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為淡水魚前處理機(jī)械的開發(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)所用魚體樣本為新鮮白鰱，魚體重量范圍為(1.25±0.50) kg，采購自水產(chǎn)品批發(fā)市場。白鰱樣本采購回來后進(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體；弧刃平刀和弧刃U型刀按照魚頭鰓蓋骨的外沿輪廓結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿形加工，可以在切斷魚頭的同時(shí)使魚頭后部的魚肉更多地保留在魚體上。

本試驗(yàn)所用白鰱氣動式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2。

白鰱氣動式機(jī)械去頭機(jī)樣機(jī)由機(jī)架、魚體去頭平臺、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；魚體去頭平臺由平板、魚體限位板、魚頭限位板組成，通過限位板安裝長條孔可以調(diào)節(jié)魚體限位板和魚頭限位板的位置；魚體去頭刀片通過螺栓固定在魚體去頭刀架下面，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；氣缸固定在支撐板上面；氣動式機(jī)械去頭機(jī)上的氣缸通過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 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)評價(jià)指標(biāo)

白鰱魚體在去頭加工試驗(yàn)過程中要求采肉率、去頭率高，即切下的魚頭上連帶的魚肉越少越好，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。為了評價(jià)魚體去頭機(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——單尾魚的采肉率，%；

m0——魚體總重量，g；

m1——經(jīng)去頭機(jī)加工后的魚體頭部質(zhì)量，g。

定義魚體去頭率為：

(2)

式中：

P2——單尾魚的去頭率，%；

S0——去頭前魚頭鰓蓋骨曲線內(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相機(jī)拍照采集魚體去頭前以及去頭后的魚頭圖像，然后利用Photoshop將采集到的魚頭圖像和標(biāo)準(zhǔn)尺圖像分別進(jìn)行分割比對，并提取相應(yīng)的輪廓導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行面積的計(jì)算。

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

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.4.1 刀具結(jié)構(gòu)對魚體去頭效果影響試驗(yàn) 刀具結(jié)構(gòu)對魚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)刀具對魚體去頭效果的影響，其中切割刀具的安裝位置與魚體頭部吻端定位面及背部定位面之間的距離見圖3。

圖3 魚體定位尺寸示意圖Figure 3 Fish body positioning size diagram

為了保證試驗(yàn)時(shí)魚體在去頭加工平臺上放置位置的一致性，根據(jù)魚體形態(tài)特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果，設(shè)定切割刀具安裝平面與魚體頭部吻端定位面之間的魚體頭部定位距離L為107 mm，該長度可以保證試驗(yàn)魚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體背部定位面之間的魚體背部定位距離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)，對比研究刀具結(jié)構(gòu)對魚體去頭效果的影響，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 工作氣壓對魚體去頭效果的影響試驗(yàn) 魚體去頭刀具是在氣缸的驅(qū)動下進(jìn)行上下運(yùn)動對魚體頭部進(jìn)行切斷，不同工作氣壓下刀具的運(yùn)動速度各不相同，會影響魚體頭部切斷面的質(zhì)量。

試驗(yàn)中設(shè)定切割刀具安裝平面與魚體頭部吻端定位面之間的魚體頭部定位距離L為107 mm；切割刀具安裝中心法面與魚體背部定位面之間的魚體背部定位距離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，對比研究不同工作氣壓對魚體去頭效果的影響；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 頭部定位距離對魚體去頭效果影響試驗(yàn) 在對魚體進(jìn)行機(jī)械去頭加工時(shí)，應(yīng)能將魚體頭部完整切下，并使魚頭盡可能少的保留魚肉，因此魚體頭部的定位距離對魚體去頭效果會產(chǎn)生影響。

試驗(yàn)中設(shè)定切割刀具安裝中心法面與魚體背部定位面之間的魚體背部定位距離為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)魚體頭部的形態(tài)特征參數(shù)，以試驗(yàn)魚體樣本的魚頭長度平均值107 mm 為基準(zhǔn)，設(shè)定魚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)，對比研究魚體頭部定位距離對魚體去頭效果的影響，每個(gè)水平重復(fù)10次，計(jì)算分析魚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)利通過這些政策得到一定的補(bǔ)償。對于怒江的世居民族社區(qū)更為重要的是如何面對國家公園所帶的機(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，隨著外來投資進(jìn)入，本地居民資源開發(fā)權(quán)利邊緣化，大量游客涌入帶來的資源、能源消耗對生態(tài)系統(tǒng)也造成的巨大壓力。

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

試驗(yàn)中設(shè)定切割刀具安裝平面與魚體頭部吻端定位面之間的魚體頭部定位距離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)魚體頭部的形態(tài)特征參數(shù)，以試驗(yàn)魚體樣本的魚頭寬度平均值55 mm為基準(zhǔn)，設(shè)定魚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)，對比研究魚體背部定位距離對魚體去頭效果的影響，每個(gè)水平重復(fù)10次，計(jì)算分析魚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)對魚體去頭的影響

采用4種不同結(jié)構(gòu)的刀具進(jìn)行魚體去頭試驗(yàn)，則采肉率、去頭率和魚體切斷面評分結(jié)果見圖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)量等級范圍內(nèi)，雖然魚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)的魚頭切斷面評分要顯著高于直刃刀具(直刃平刀，直刃U型刀)的魚頭切斷面評分。

對比不同結(jié)構(gòu)刀具對魚體去頭的影響可知，仿魚頭鰓蓋骨外沿結(jié)構(gòu)的弧刃U型刀在進(jìn)行魚體去頭時(shí)采肉率和切斷面評分最高，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，盡管鰱魚體型特征各異，但本試驗(yàn)選用(1.25±0.50) kg的白鰱樣本，魚頭特征尺寸變化不大；采用仿魚頭鰓蓋骨外沿結(jié)構(gòu)的弧刃U型刀進(jìn)行魚體去頭加工時(shí)可以最大限度地保留魚體上的魚肉，提高采肉率；同時(shí)U型刀具在切割魚體過程中刃口逐步進(jìn)入魚體，與魚體接觸面由小增大，變直刃刀具的正切為滑切，增加了魚體與刀具的作用時(shí)間和實(shí)際切割距離，減小了切割阻力，對魚體的位置擾動較小，切口更加整齊明亮。因此，在本試驗(yàn)中采用弧刃U型刀作為魚頭切割刀具。

2.2 工作氣壓對魚體去頭的影響

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)過程中，魚頭切割刀具安裝平面與魚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體背部定位面間的魚體背部定位距離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體本身體型有關(guān)；而本試驗(yàn)選用的魚體樣本差異不是很大，故魚體采肉率與去頭率變化較小。同時(shí)，從圖6中可知，魚頭切斷面的評分顯著增加。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，帶動切割刀具運(yùn)動速度增加，切割魚頭瞬時(shí)作用力增加，魚體去頭加工時(shí)間變短，因此切斷面更加光滑。

2.3 頭部定位距離對魚體去頭的影響

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

圖7 魚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)，魚體的平均采肉率隨魚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100%，即存在魚頭切割不完整的現(xiàn)象，使得采肉率出現(xiàn)虛高；平均切斷面評分隨著魚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)，有部分魚體魚頭切割不完全，導(dǎo)致整體的切斷面評分較低，在定位距離為116 mm時(shí)，所有魚頭完整切割，切斷面整體都整齊明亮。

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

2.4 背部定位距離對魚體去頭的影響

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

由圖8可知，在工作氣壓為0.4 MPa，魚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)，魚體的平均采肉率隨著魚體背部定位距離的變化并沒有呈現(xiàn)明顯變化趨勢，采肉率保持在75.8%左右；魚體的平均去頭率呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，但變化不顯著，在背部定位距離D為55 mm時(shí)平均去頭率相對最高，為90.6%；魚體的平均切斷面評分則呈現(xiàn)顯著的先增加后減小的變化趨勢，且在背部定位距離D為55 mm時(shí)取得最大值。

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

圖8 魚體背部定位距離去頭效果Figure 8 The effect of back positioning distance

2.5 影響魚體去頭效果各因素的正交試驗(yàn)分析

由影響魚體去頭效果4種因素的試驗(yàn)分析結(jié)果，選定魚體的頭部定位距離、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)因素在魚體去頭機(jī)加工過程中的最優(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)過程中，提高魚體去頭加工產(chǎn)量是首要目標(biāo)，同時(shí)提高魚體采肉率比增加去頭率更重要，在此忽略魚體切斷面評分，計(jì)算魚體平均去頭率和采肉率。為了綜合評價(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，取值1或2，1 表示去頭率，2表示采肉率。

可見，對于轉(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)評價(jià)魚體的去頭效果，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)因素對去頭效果的影響從大到小依次為A魚體頭部定位距離>C刀具仿形結(jié)構(gòu)>B魚體背部定位距離。在不考慮交互作用的情況下，最優(yōu)方案為A3B2C3，即魚體去頭時(shí)，魚體頭部定位距離為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

以白鰱魚體去頭加工過程中的采肉率、去頭率以及斷面評分作為評價(jià)指標(biāo)，研究了不同結(jié)構(gòu)刀具、工作氣壓、魚體頭部定位距離、魚體背部定位距離等因素對氣動式白鰱魚體去頭機(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)刀具對魚體去頭加工過程中的采肉率、去頭率和切斷面評分都有顯著的影響；采用經(jīng)魚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%，魚頭切斷面評分最高；

(2) 不同的工作氣壓對魚體去頭加工過程中的采肉率、去頭率影響不顯著；但對魚體魚頭切斷面評分具有顯著影響。

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

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

(5) 通過正交試驗(yàn)確定了氣動式淡水魚去頭機(jī)樣機(jī)工作的最優(yōu)方案為魚體頭部定位距離為107 mm，魚體背部定位距離為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)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(編號：2013PY126)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(編號：CARS-46-23)

劉靜，女，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)講師，博士。

萬鵬(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