開蚌機自動開蚌技術及其創新

張澤　紀華偉

目前我國的開蚌方式還基本停留在人工開蚌的階段，而人工開蚌存在著巨大的安全隱患，且工作量大，成本高，效率低，為完成機械自動化開蚌的轉型升級，我們的項目應運而生。最初，我們對珍珠蚌的結構進行了研究，發現珍珠蚌尾部褶皺，前部緊閉，刀具如何插入成了我們開蚌的第一個難點，最后我們發現，靠近珍珠蚌前閉殼肌的端部有一較小的縫隙便于刀具插入，我們以此作為切入點，決定選取汽缸作為動力源推動刀具切割；難點二，蚌體濕滑，個體差異大給定位夾緊帶來了困難，經過一番研究整合，我們得出了最后的解決思路，首先上下對稱夾具夾緊，然后開設槽口定位，從而槽口提供進刀空間。解決了開蚌過程中的定位和切割的問題。為達到更加徹底的切割效果，我們采用了雙向二次切割的方式。最后利用汽缸推動V型托盤的方式實現了自動卸料的動能。隨后經過研究完善，我們實現了自動上料，定位夾緊，二次切割，自動卸料的流水線式開蚌流程。

開蚌取珍珠一直是珍珠生產的最大難題。傳統意義上的珍珠蚌切割工作多是由人工完成，但是人工切剖珍珠蚌存在諸多問題，主要表現在：切剖珍珠蚌難度大；勞動力成本高；威脅切剖工的身體健康；切剖效率低下。

我們通過對珍珠蚌的觀察研究設計研發了一種電氣化控制的珍珠蚌自動剖蚌設備。珍珠蚌自動剖蚌設備主要根據開采珍珠蚌的流程進行研發，分為自動上料、夾具夾緊、刀具切開珍珠蚌、自動落料四塊內容。項目一經實現完成，可以為蚌類養殖業帶來更高的效率，節省了開蚌所需的人力資源和成本，取得良好的經濟和社會效益。

開蚌機組成及功能

本項目研究主要是圍繞開蚌機的總體設計展開的，針對開蚌的一系列流程以及對蚌類總體形狀，內部結構，擬定一個模仿人工開蚌的工作方式進行高效率開蚌。關鍵技術在于運用珍珠蚌自動進料、定位夾緊、開蚌、卸料等工序，設計開蚌機整機機械本體結構和電氣控制裝置。

開蚌機的整體構造及工作流程介紹。開蚌機由整體由自動進料、定位夾緊、切割裝置、卸料裝置四部分組成。主要分為上料機構和開蚌機構兩大塊內容。

開蚌機構總體工作流程如下圖所示：自動上料裝置送入珍珠蚌、氣缸推動動夾具向下運動、夾緊珍珠蚌、汽缸推動刀具向下切開珍珠蚌縫隙、切縫完成、氣缸推動卸料裝置的V型托盤、托盤推動珍珠蚌向外運動、珍珠蚌被刀具刃面完全切開、刀具退回、汽缸再次推動卸料裝置、珍珠蚌落入斜坡、開蚌完成。

開蚌機關鍵裝置功能介紹。定位夾緊裝置：珍珠蚌豎直置于定夾具上，動夾具與兩個導塊固定在一起，通過控制氣缸帶動導塊沿導桿向下運動，以實現動夾具的向下壓緊，夾緊珍珠蚌。

切割裝置：我們設計了頭部鋒利尖銳，其中一面為刃面的刀具。壓刀塊起到連接刀具、固定刀具，使得刀具在切割受力時不會發生偏轉的作用，壓刀輪則起到引導刀具沿豎直方向進行切割的作用。

自動卸料裝置：通過v型托盤，對珍珠蚌進行一個推送，一方面使得珍珠蚌向刀具的刃面運動，達到二次切割的目的。另一方面將珍珠蚌完全推出下面的定夾具，從而實現自動卸料的功能。

開蚌機創新研究

二次切割設計。為了達到完全切開珍珠蚌，提高開蚌成功率的目的，我們設計了一種簡單可行的雙向切割方法。

第一步：利用刀具的鋒利的頭部和其尖角插入河蚌的縫隙使得刀具快速對珍珠蚌的閉殼肌進行一次縱向的切割。

第二步：利用卸料裝置的橫向推動，使得卸料裝置對珍珠蚌產生一個向外推動的力，此時珍珠蚌向外運動，其內部的閉殼肌同時向著刀具的鋒利刃面運動，使得在縱向切割時未被完全切開的閉殼肌主動向刀具運動進行了一個橫向的二次切割，達到了完全切斷珍珠蚌閉殼肌的目的。

定位夾緊裝置。根據珍珠蚌的中心對稱結構，我們設置了如下圖所示的v型夾具。使用v型夾具來固定珍珠蚌能夠對珍珠蚌進行中心定位，使得刀具沿著動夾具的進刀口進入時能夠準確的切入珍珠蚌縫隙，從而完成河蚌的切縫步驟。

對于實現珍珠蚌的定位夾緊功能而言，v型夾具的設計是最簡單，成本最低，并且能夠很好的實現對河蚌的定位夾緊功能的設計方式。

刀具導向塊和導輪設計。為了防止刀具切割方向偏離，因此需要對刀具進行導向，使得刀具沿豎直方向向下切割。本項目中，采用兩個相互對稱的刀具導向塊和一個裝備在導向塊之間的導輪來引導刀具沿固定方向進行切割。

同時采用導輪形式，由于刀背面積較小，受力偏轉后會產生較大的壓強，采用導輪形式可以將大部分的壓力轉化為導輪的切向力，有效的增加刀具的壽命。

自動上料裝置初步方案。珠蚌自動上料裝置。在珍珠蚌自動化加工中，自動上料裝置分為供給、上料、下料這三道工序。為了提高生產效率，減輕作業者的勞動強度。實現珍珠蚌自動上料是很有意義的。

自動上料裝置通常由供料機構、定位機構、上料機構這三個最基本的部分組成。各機構之間的連接通常使用傳送機構或料道。

上料裝置原理如下：當珍珠蚌倒入右邊料斗中時。從批量進入篩選機構到一個個出來，中間設置一排序裝置，三個不同寬度的門實現此功能。其間防止珍珠蚌卡住，所以加一振動電機，加以適當振動。

進料機構有六大部分組成：底座、支撐機架、加強筋、振動機機架、進料槽，震動電機。

根據設計需求，電機采用專用YZU系列振動電機。

創新研究的意義。經過一系列的創新技術研究，我們取得了以下成效：剖開珍珠蚌，在不破壞蚌殼的前提下，切開三角帆珍珠蚌；落料收集，剖開的珍珠蚌自動落入收集筐中，滿筐后取出；生產效率，每小時可切開1500個珍珠蚌；剖切質量，珍珠蚌開蚌率為98%以上。

由此可見，本項目研發完成后不僅能夠順利實現開蚌機自動開蚌的功能，還可以大大提高開蚌效率，同時，減少雇傭成本，增加了珍珠生產的利潤。

本項目在針對國內開蚌效率低下，市場上沒有自動開蚌機先例的情況下，積極進取，開拓創新。從人工開蚌的流程著手進行一系列的大膽發明研究。通過對剖切珍珠蚌的自動上料、夾具夾緊、切開珍珠蚌、自動落料四塊內容的研究以及整合，完成了對開蚌機的初步設計階段。項目如果得到很好的完成，對于國內的蚌類養殖業而言將是一個巨大的變革，意味著蚌類養殖業可以降低開蚌成本，提高開蚌效率，從人工開蚌轉換為機械化的自動開蚌。是蚌類養殖業面對開蚌這一難題時獻上的一份大大的解決方案。