對蝦背腹定向裝置試驗

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（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達國家，主要表現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定向技術在漁業機械中的發展

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節，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，發展較成熟，有先進的魚類加工生產線，魚體定向技術較發達，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[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，至今還未發現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生翻轉，姿態變為背部朝下；由于背部光滑，所以背部跟定向輥接觸之后處于向下滑動的狀態，不再發生翻轉，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，最終使雜亂的對蝦按照統一的姿態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。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，力矩差使蝦體發生翻轉，姿態變為背部朝下（圖4）。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，FNH、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地超市的凍蝦和水產市場的活蝦，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，以間隙為變量進行試驗，驗證定向效果。根據初步試驗要求，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，以隨機的姿態落入到定向輥上，觀察蝦體的最終姿態。

2.3試驗參數

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，導致蝦體不會發生翻轉，得不到所需要的姿態。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對蝦的背腹定向，得到對后續加工工序有

利的姿態。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化加工中定向連續喂料設備的產品開發提供技術依據。

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狀及方向[J]. 漁業現代化，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.

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