淡水魚(yú)加工前處理裝置設(shè)計(jì)

彭三河

(長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 荊州434023)

淡水魚(yú)加工前處理裝置設(shè)計(jì)

彭三河

(長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 荊州434023)

將剖切、去除內(nèi)臟工藝結(jié)合在一起是魚(yú)加工前期處理的關(guān)鍵問(wèn)題，前處理不僅要求生產(chǎn)率高，還要保證處理后的品質(zhì)好。從魚(yú)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)其品質(zhì)要求出發(fā)，設(shè)計(jì)了魚(yú)加工前處理裝置，并簡(jiǎn)述了其工藝流程、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要設(shè)計(jì)參數(shù)。該裝置采用鏈盒固魚(yú)輸送、圓盤刀剖切魚(yú)腹、掏鏟去內(nèi)臟及清水沖洗聯(lián)合處理工藝，試驗(yàn)證明該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、處理能力20尾/min左右、操作安全、運(yùn)行可靠，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

淡水魚(yú)加工；前處理；裝置

近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局的推進(jìn)，我國(guó)淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有了迅速發(fā)展，其產(chǎn)量持續(xù)高速增長(zhǎng)。然而，由于包括加工技術(shù)及裝備在內(nèi)的諸多因素的制約，淡水魚(yú)的消費(fèi)至今仍以鮮活為主，加工量很少。目前，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，鮮活、冷凍、加工淡水魚(yú)的比例大約是75∶20∶5[1-4]。但是作為初級(jí)加工的冷凍產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人們對(duì)水產(chǎn)水產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量、花色品種上日趨增長(zhǎng)的要求。淡水魚(yú)必須通過(guò)深加工、精加工、擴(kuò)大加工品種、改進(jìn)加工技術(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)適銷對(duì)路、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)、供銷靈活、品種多樣的魚(yú)糜制品及魚(yú)肉罐頭等風(fēng)味食品或飼料。

原料魚(yú)的前處理工序是魚(yú)制品、食品或飼料生產(chǎn)的頭道工序。通常包括除魚(yú)鱗、除頭、剖魚(yú)腹、去內(nèi)臟、魚(yú)體洗滌等，在目前實(shí)際生產(chǎn)中，前處理工序大都采用手工操作，其生產(chǎn)效率低、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不容易控制，尤其是在處理大量魚(yú)時(shí)，操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。去除的魚(yú)內(nèi)臟等廢棄物不能回收利用，并且污染環(huán)境[5-7]。人工預(yù)處理的生產(chǎn)方式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于加工魚(yú)類食品機(jī)械化大生產(chǎn)的要求。所以，急需研究一種適合我國(guó)國(guó)情、具有普遍意義，且可以滿足機(jī)械化大生產(chǎn)要求的有效的前處理方法。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)要求

圖1 淡水魚(yú)加工前處理裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖

淡水魚(yú)加工前處理裝置采取鏈條輸送、魚(yú)盒夾魚(yú)，順次完成剖切魚(yú)肚、去除內(nèi)臟等任務(wù)的加工方式，鏈盒式的固魚(yú)輸送要求能快速可靠夾魚(yú)，魚(yú)體前行方向要穩(wěn)定，抖動(dòng)小。刨切要求不能切破內(nèi)臟，保證魚(yú)的味覺(jué)新鮮。去內(nèi)臟應(yīng)掏挖干凈而不傷及內(nèi)腔。同時(shí)還要考慮安全、環(huán)保及節(jié)能等要求。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

淡水魚(yú)加工前處理裝置主要由機(jī)架、鏈條輸送機(jī)構(gòu)、剖腹機(jī)構(gòu)、撐腹機(jī)構(gòu)、內(nèi)臟剔除機(jī)構(gòu)及卸魚(yú)部分等組成，其結(jié)構(gòu)三維示意圖如圖1所示。

機(jī)架是剖魚(yú)機(jī)各零部件的支撐體;鏈條輸送機(jī)構(gòu)由輸送主動(dòng)鏈輪、輸送鏈條、夾魚(yú)盒、輸送從動(dòng)鏈輪等組成，魚(yú)體在夾魚(yú)盒中由輸送鏈條帶動(dòng)完成魚(yú)體的輸送;剖腹機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、剖腹刀盤組成，作用是剖開(kāi)魚(yú)腹；撐腹裝置將剖切的魚(yú)腹撐開(kāi)；內(nèi)臟剔除機(jī)構(gòu)設(shè)置有類似人手的掏挖鏟，用于剔除內(nèi)臟；出料部分由一卸魚(yú)滑槽組成，完成處理后魚(yú)體的收集。

1.3 加工流程和工作原理

淡水魚(yú)加工預(yù)處理裝置的加工流程如圖2所示。

圖2 淡水魚(yú)加工前處理裝置加工流程

淡水魚(yú)加工前處理裝置工作過(guò)程如下：工作時(shí)，人工將待處理魚(yú)體按照尾部朝前、魚(yú)腹朝上的方式依次放入夾魚(yú)盒，輸送鏈條帶動(dòng)夾魚(yú)盒前進(jìn)，夾魚(yú)盒運(yùn)行至旋轉(zhuǎn)的剖腹刀下方時(shí)，夾魚(yú)盒中的魚(yú)體被高速旋轉(zhuǎn)的刀盤從尾部至頭部剖開(kāi)，接著撐腹板將魚(yú)腹撐開(kāi)，掏挖鏟將內(nèi)臟剔除，魚(yú)體行至換向區(qū)域，由于夾魚(yú)的兩魚(yú)盒有相對(duì)空間位置改變，加上魚(yú)盒朝下，魚(yú)體脫離魚(yú)盒進(jìn)入卸魚(yú)槽，完成魚(yú)加工前處理工作。

2 主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 輸送鏈的選型與改造

圖3 輸送鏈結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 魚(yú)盒結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)主要加工魚(yú)類的體長(zhǎng)范圍、魚(yú)盒安裝及運(yùn)動(dòng)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(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬37.85mm;銷軸直徑19.85mm; 內(nèi)鏈板高度60.33mm。

為了便于魚(yú)盒與鏈條的安裝連接，對(duì)鏈條進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，將滾子鏈一側(cè)的部分外鏈板重新加高設(shè)計(jì)，以下簡(jiǎn)稱異形鏈板，異形鏈板用于安裝魚(yú)盒。異形鏈板是夾魚(yú)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(cè)邊應(yīng)采用圓角，如圖3所示。

2.2 魚(yú)盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于加工時(shí)魚(yú)體要承受剖刀及掏挖鏟的工作力，所以必須要把魚(yú)體夾緊才能保證加工的準(zhǔn)確進(jìn)行，單個(gè)魚(yú)盒結(jié)構(gòu)如圖4所示。

如圖4所示，魚(yú)盒是由2塊仿形夾魚(yú)板、壓縮彈簧和U型盒構(gòu)成，彈簧用來(lái)連接夾魚(yú)板和U型盒，彈簧與夾魚(yú)板和U型盒壁采用焊接方式。

圖5 魚(yú)盒布置結(jié)構(gòu)示意圖

魚(yú)盒安裝于輸送鏈上，U型盒的長(zhǎng)度與滾子鏈上的異形鏈板相等，由于所選的滾子鏈型號(hào)為40A，其節(jié)距為63.5mm，1個(gè)魚(yú)盒的長(zhǎng)度和1個(gè)異形鏈板的長(zhǎng)度相等，而主要加工魚(yú)體長(zhǎng)平均約200mm，故需要采用2個(gè)魚(yú)盒裝夾1尾魚(yú)，2個(gè)魚(yú)盒之間相隔1個(gè)鏈節(jié)距，故2個(gè)魚(yú)盒的總長(zhǎng)度大于3個(gè)節(jié)距(190.5mm)，這樣足夠裝夾1尾魚(yú)(圖5)。

圖6 魚(yú)盒與輸送鏈連結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 魚(yú)盒與輸送鏈的連結(jié)設(shè)計(jì)

為了保持魚(yú)盒的平衡，采用2條滾子鏈傳動(dòng)，魚(yú)盒兩邊的盒壁分別與2條滾子鏈的異形鏈板連結(jié)。魚(yú)盒與異形鏈板之間采用螺栓連結(jié)。由于加工的魚(yú)體大小不同，魚(yú)體長(zhǎng)度不一樣，故需要改變2個(gè)魚(yú)盒的相對(duì)位置。基于此，在魚(yú)盒壁和異形鏈板上都加工有滑槽，這樣就可以根據(jù)被加工魚(yú)體大小調(diào)節(jié)魚(yú)盒在傳動(dòng)鏈上的縱向位置。在加工之前應(yīng)將魚(yú)按大小分類，按同一規(guī)格調(diào)節(jié)2個(gè)魚(yú)盒相對(duì)位置然后分批加工。

考慮到人工放魚(yú)的速度和鏈條傳動(dòng)的速度差異，在傳動(dòng)鏈上每隔3個(gè)鏈節(jié)裝2個(gè)魚(yú)盒，這樣有利于掏出的內(nèi)臟從傳動(dòng)鏈上脫落并掉入機(jī)架下預(yù)設(shè)的盒子中，使廢棄物收集再利用，而不污染環(huán)境。魚(yú)盒與輸送鏈連結(jié)結(jié)構(gòu)見(jiàn)如圖6所示。

2.4 剖腹刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剖腹刀用來(lái)切開(kāi)魚(yú)腹，魚(yú)體倒立裝夾在魚(yú)盒內(nèi)，魚(yú)脊朝下，魚(yú)

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(kāi)魚(yú)腹的同時(shí)，能將魚(yú)腹預(yù)先撐開(kāi)一小部分，這樣能保證撐腹板更好的進(jìn)入魚(yú)腹內(nèi)將魚(yú)腹完全撐開(kāi)[8-9]。圓盤切刀結(jié)構(gòu)如圖7所示。

2.5 撐腹板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剖腹刀切開(kāi)魚(yú)腹后，下一步工序就是要將魚(yú)腹撐開(kāi)，撐腹板就是用來(lái)?yè)伍_(kāi)經(jīng)剖腹之后的魚(yú)體，撐腹板是對(duì)稱設(shè)置于輸送鏈中心線兩側(cè)的一對(duì)薄板，其前端尖銳部分相互鄰接，其后端分開(kāi)，形成“V”型。撐腹板結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7剖腹刀結(jié)構(gòu)示意圖

圖8撐腹板結(jié)構(gòu)示意圖

2.6 內(nèi)臟剔除鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)上一步工序?qū)Ⅳ~(yú)腹撐開(kāi)后，接下來(lái)就要將魚(yú)內(nèi)臟掏出來(lái)，根據(jù)手工掏魚(yú)內(nèi)臟的特點(diǎn)和人手外形特征，設(shè)計(jì)出帶有尖爪的人手形內(nèi)臟剔除鏟。

魚(yú)腹被撐開(kāi)后，由于傳動(dòng)鏈還在帶動(dòng)著魚(yú)體繼續(xù)向前行進(jìn)，所以必須在魚(yú)腹被撐開(kāi)的同時(shí)要將魚(yú)內(nèi)臟掏出來(lái)。這里設(shè)計(jì)將內(nèi)臟剔除鏟安裝在撐腹板內(nèi)部，在傳動(dòng)鏈帶動(dòng)魚(yú)體走過(guò)撐腹板的同時(shí)，內(nèi)臟剔除鏟將內(nèi)臟刮出來(lái)。剔除鏟結(jié)構(gòu)如圖9所示。

內(nèi)臟剔除鏟焊接在撐腹板內(nèi)，其帶爪端必須要露出撐腹板下端才能刮到魚(yú)內(nèi)臟。安裝內(nèi)臟剔除鏟時(shí)，剔除鏟的爪端所處的水平線一定不能超過(guò)剖腹刀所切割到的魚(yú)體水平線之下，否則，剔除鏟會(huì)將魚(yú)體從魚(yú)盒中拖出來(lái)，達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)想的效果。剔除鏟與撐腹板安裝見(jiàn)圖10。傳動(dòng)鏈帶動(dòng)魚(yú)體的向前行進(jìn)，當(dāng)魚(yú)體完全走過(guò)剔除鏟后，剔除刀鏟將魚(yú)內(nèi)臟從魚(yú)腹中帶出，當(dāng)2個(gè)魚(yú)盒完全走過(guò)撐腹板后，魚(yú)內(nèi)臟脫離魚(yú)體，并從剔除刀上掉下來(lái)。

圖9剔除刀結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的確定

(1)生產(chǎn)率 以年加工4000t原料魚(yú)的中型企業(yè)為例，使用一臺(tái)前處理機(jī)完成工作，設(shè)每尾魚(yú)平均重2kg，每年工作200d，單班制。

E=1000T/(60D·H·W)

式中,E：生產(chǎn)率，尾/min;T：年處理魚(yú)量，t;D: 年均工作時(shí)間，d;H: 單班制工作時(shí)間，h;W: 魚(yú)的平均重量，kg。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得，E≈21尾/min

(2)輸送鏈速 人工裝魚(yú)有漏裝情況，設(shè)漏裝概率為15%，即每分鐘漏裝3尾魚(yú)，故理論設(shè)計(jì)的生產(chǎn)率應(yīng)為24尾/min，考慮各工序執(zhí)行結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系以及人工裝魚(yú)的適應(yīng)的移動(dòng)速度，取2尾魚(yú)之間的間距為4個(gè)鏈節(jié)距,即4×63.5=254mm。

V=S·E0/60

式中，V：鏈速，m/s；S：魚(yú)間距，m；E0：理論生產(chǎn)率，尾/min。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得，V=0.1m/s

圖11 刀盤結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

(3)刀盤直徑C根據(jù)試驗(yàn)，將魚(yú)肚完全剖開(kāi)，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(yú)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(yú)體厚約40mm，魚(yú)體由2個(gè)夾魚(yú)板固定，要將魚(yú)腹撐開(kāi)所以撐腹板的寬度必然要比兩夾魚(yú)板間距寬一些，這樣才能將魚(yú)夾板撐開(kāi)。根據(jù)魚(yú)盒以及夾魚(yú)板外形尺寸，可得出撐腹板的外形尺寸。撐腹板后端開(kāi)口設(shè)計(jì)為40mm。

撐腹板要進(jìn)入魚(yú)體內(nèi)，魚(yú)體高約100mm，魚(yú)體倒立(魚(yú)脊朝下、魚(yú)腹朝上)裝夾在魚(yú)盒內(nèi)，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，魚(yú)肚內(nèi)空高度平均約50mm，撐腹板內(nèi)置剔除鏟，為了順利剔除出內(nèi)臟，剔除鏟最低點(diǎn)應(yīng)位于撐腹板下20mm(圖10)，則撐腹板深入魚(yú)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(shè)計(jì)為60mm。

4 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)魚(yú)加工的人工預(yù)處理，每人每天可處理250kg鮮魚(yú)[5]，若剖切和除內(nèi)臟的成本為0.1元/kg，按年加工4000t的企業(yè)計(jì)算，則魚(yú)加工前期人工預(yù)處理每年的總支出為40萬(wàn)元；如果采用機(jī)械處理，按設(shè)計(jì)要求，每分鐘處理20條魚(yú)，每條魚(yú)平均重2kg，每年工作200d，每臺(tái)前處理設(shè)備8萬(wàn)元，設(shè)備使用年限為10年，設(shè)企業(yè)購(gòu)一臺(tái)設(shè)備，那每臺(tái)設(shè)備每天需工作(4000×1000)/(200×20×2×60)=8.33h，按電功率計(jì)算每小時(shí)耗電20度，每年所需電費(fèi)8.33h/d×20度/h×200d×0.7元/度=23324元，設(shè)備折舊費(fèi)每年0.8萬(wàn)元，設(shè)備維修費(fèi)平均0.4萬(wàn)元/年，每臺(tái)設(shè)備需匹配人員3人，每人年工資1.8萬(wàn)元，那么使用一臺(tái)預(yù)處理設(shè)備每年總支出為0.8(折舊)+2.3324(電費(fèi))+0.4(維修費(fèi))+1.8×3(工資)=9.1324萬(wàn)元，加工4000t的企業(yè)使用一臺(tái)預(yù)處理設(shè)備每年可節(jié)約費(fèi)用40-9.1324=30.8676萬(wàn)元。全國(guó)1千多家魚(yú)產(chǎn)品加工企業(yè)年加工量達(dá)1500萬(wàn)t，如全部使用預(yù)前處理設(shè)備，則需此設(shè)備1500/0.4=3700臺(tái)，每年可節(jié)約費(fèi)用3700×30.8676=114210.12萬(wàn)元，即11億多元。由此可見(jiàn)，該前處理設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益可觀。

5 結(jié)論

(1)該裝置采用魚(yú)盒夾魚(yú)鏈條輸送的魚(yú)加工形式，能夠保證魚(yú)體按正確的引導(dǎo)方向移動(dòng)和相對(duì)固緊，為后續(xù)高效優(yōu)質(zhì)工作提供保證。

(2)該裝置仿人手的內(nèi)臟掏挖鏟，可以使內(nèi)臟去得干凈，又不破壞內(nèi)臟和內(nèi)壁。

(3)該裝置兩魚(yú)盒轉(zhuǎn)向時(shí)空間位置的相對(duì)變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸魚(yú)。

(4)該裝置各參數(shù)可調(diào)性強(qiáng)，適應(yīng)性較廣，適合大部分魚(yú)種的前處理加工。

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2012-09-20

湖北省教育廳資助項(xiàng)目(D20121202)。

彭三河(1963-) 男,湖北紅安人,副教授,主要從事肉產(chǎn)食品加工機(jī)械設(shè)計(jì)研究。

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

S226

A

1673-1409(2012)10-S031-04