基于對蝦體型特征的定向排序裝置設計

趙慶龍　張秀花　王澤河等

摘要： 為了解決凡納濱對蝦在自動化剝殼過程中定向排序的難題，設計了由機架、料斗、對蝦輸送機構、剔除機構及滑板組成的對蝦定向裝置。并根據對蝦的體型特征及對蝦在不同姿態時重心位置的變化對定向裝置各關鍵部件的設計進行了探討。對蝦定向裝置結構簡單、操作方便，能夠利用對蝦的體型特征對對蝦進行定向，有效地解決了對蝦的定向排序難、人工排序效率低的問題。研究結果可為對蝦連續化加工中定向設備的產品開發提供技術依據。

關鍵詞： 對蝦；體型特征；定向；裝置設計

中圖分類號：S985 2+1；TS254 3 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0394-03

凡納濱對蝦（以下簡稱對蝦）具有很高的營養價值 [1-2]，肉質松軟，味道鮮美，深受人們的喜愛。國外對蝦機械化加工歷史悠久，美國、丹麥、德國等都進行了自動化剝蝦機的研制 [3-7]。國內對于對蝦加工的研究主要集中在儲藏、保鮮、品質、剝殼預處理等幾個方面 [8-12]，對于剝殼機的研制還處于起步階段，對蝦的加工主要靠引進國外昂貴的機械產品和人工剝殼。目前國內外對對蝦的定向排序工作需靠人工來完成，對蝦定向排序設備的研制在國內外的資料文獻中還是空白 [13]。對蝦定向排序是對蝦機械自動化剝殼 [14]作業中的一個重要環節，然而對蝦定向排序難的問題往往使人們無法高效地對對蝦進行去頭、開背等機械自動化剝殼作業，設計一種對蝦的定向排序裝置非常有必要。本研究主要針對分級后某一級別的對蝦，并根據其體型特征，設計了一種對蝦定向排序裝置，以期為對蝦自動化剝殼過程快速地提供自動排列成隊的同一姿態的對蝦。

1 對蝦體型特征的測量

1 1 對蝦的體型特征

對蝦蝦體呈長筒形，左右側扁。其身體可分為頭胸部和腹部，蝦腹部較長，肌肉發達，分節明顯，共由21節構成，除最前和最后一節外，對蝦各節皆具有一對附肢。對蝦外殼堅韌、光滑。由圖1可見，對蝦長有甲殼、附肢、長須，其背部曲線呈弧形。附肢倒向頭部方向時，較強壯的附肢會被腹部兩側的甲殼包住，呈現順滑姿態；若附肢倒向尾部，則附肢會發生蜷縮的姿態。腹部各體節的背面及兩側均包被比較堅硬的甲殼，前一片的后緣均覆于后一片之上，相連處的甲殼薄而柔軟，前后折疊，以便于體節的活動。

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1 2 體型特征的測量

2014年8月從水產市場上購買一批新鮮對蝦，隨機選取分級后體長為130～150 mm的10尾對蝦進行體型特征的測量。由表1可知，對蝦頭胸部寬度和高度值最大，寬度均值為14 17 mm，高度均值為17 75 mm，D1均值為65 68 mm，D2均值為49 95 mm，其中D1、D2所代表尺寸見圖2。用分割法測量對蝦重心所在截面位于對蝦第一體節靠近與第二體節連接處。

2 定向裝置整體結構的設計

2 1 整機結構

根據對蝦體型特征，設計的對蝦定向排序裝置如圖3所示。該裝置由電機、機架、料斗、對蝦輸送機構、剔除機構及滑板等構成。料斗置于機架上，對蝦輸送機構傾斜安裝在機架和料斗之間。剔除機構由刷子、刷子軸、支撐Ⅰ、支撐Ⅱ、接蝦板組成，通過支撐Ⅰ、支撐Ⅱ固定于料斗上并與對蝦輸送機構間保持一定間隙，滑板固定在對蝦輸送裝置末端。輸送機構包括驅動輪、輸送板帶、側擋板、擋板Ⅰ、擋板Ⅱ及減速電機，輸送板帶由掛蝦板組成，掛蝦板之間通過銷釘聯接組成封閉環，掛蝦板由對稱布置的對蝦掛鉤與承載板通過螺釘聯接而成。承載板下板面設有圓柱形凸起可與驅動輪上圓柱形凹槽相嚙合，擋板Ⅱ上端靠于料斗下端置于擋板Ⅰ上并與輸送板帶圍成裝蝦區。對蝦輸送機構和剔除機構可以輸出保持一定節拍的對蝦進而完成對蝦的定向排序工作。

2 2 工作原理

裝置的工作對象為分級后長度為130～150 mm的對蝦。減速電機驅動傳動軸Ⅰ運動，固定在傳動軸Ⅰ上的驅動輪驅動對蝦輸送板帶運動。對蝦輸送機構進料端置于料斗中，當所述對蝦輸送板帶經過裝蝦區時，對蝦掛鉤將帶出如圖4所示姿態的對蝦。這時的對蝦腹部緊貼對蝦掛鉤的上表面，蝦背朝上，當輸送板運動到輸送帶頂部時，此時的板開始帶著蝦繞頂部輪作圓周運動，對蝦背部開始逐步朝下，當自身重力大于蝦與板之間的摩擦力時，蝦開始脫離輸送板，進入滑板。經過剔除機構和滑板的對蝦輸送至下一加工工序。所述裝蝦區是由擋板Ⅱ與輸送板帶圍成，能夠保證對蝦不進入2個掛蝦板閉合位置及料斗的死角，確保對蝦不被壓潰或長時間不被對蝦輸送機構輸送出去而腐爛變質。

3 關鍵部件的設計

3 1 掛蝦板的設計

經過試驗及對對蝦形態的分析發現，當將對蝦以圖5所示2種姿態置于“S”形曲面（不同級別的對蝦對應不同尺寸的“S”形曲面）上時，圖5-a所示對蝦保持不動，圖5-b所示對蝦將順頭部方向滑下。以曲面上最高點為界分為左右2個部分。分析對蝦體型特征后發現，圖5-a中，蝦體左側部分的質量大于右側部分的質量，使得對蝦保持該姿態不動；圖5-b 中蝦頭朝右，此時對蝦右側部分的質量大于左側部分的質量，使得對蝦不能保持靜止而下滑，利用這一基本現象作為出發點，設計掛蝦板功能面。根據以上數據及考慮到板寬對驅動輪的影響，設計出如圖6所示的功能面。

板與板之間用銷鏈接，拼接到一起的板上會使上下2個半徑155 mm的圓弧拼成一個完整的圓弧，這樣就可以有效地減小板塊，使得結構緊湊。設計左右對稱的對蝦掛鉤，可提高效率。掛鉤厚15 mm，上下2個對蝦掛鉤之間的最小距離為 33 mm，可以防止對蝦堆疊現象，另外2個突起的巧妙組合又可以直接排除圖5中姿態的對蝦。為了使對蝦更容易進入圓弧與“S”形曲面組成的凹槽中，將組合圓弧面作倒角。

3 2 剔除機構的設計

為了提高效率，采用對稱式的裝置可能使對蝦呈現如圖7的姿態。為了避免其對定向排序產生影響，需要剔除這種姿態的蝦。針對這個情況設計的對蝦剔除機構如圖8。endprint

剔除機構由刷子、支撐Ⅰ、支撐Ⅱ、接蝦板組成，刷子置于掛蝦板中心線的正上方，工作時刷子旋轉，旋轉的刷子可以接觸到對蝦輸送板帶，當對蝦被輸送到與刷子接觸時，有一定轉速的刷子將會把該對蝦剔除出去，被剔除的對蝦落到接蝦板上。接蝦板設有接蝦斜面，通過支撐Ⅱ固定在料斗上，接蝦板底面與斜置的對蝦輸送板帶平行，且保持不相互接觸，當對蝦輸送板帶運動時，被剔除到接蝦板的對蝦會重新裝填到未裝對蝦的對蝦掛鉤上。只有當對蝦的姿態符合設計輸送的姿態時隨對蝦輸送板帶輸送出去，否則會在對蝦掛鉤上保持不穩定姿態，最終掉入料斗的裝蝦區。這套剔除機構實現了被剔除對蝦的二次裝填，提高了效率。

4 結論

對對蝦的體型特征進行觀察并測量發現，對蝦整體呈現自然弧形彎曲，頭胸部寬度和高度值最大，其中寬度均值為14 17 mm，高度均值為17 75 mm。測量對蝦頭胸部尖端到曲面最高處距離D1均值為65 68 mm，D2均值為 49 95 mm。用分割法測量對蝦重心所在截面位于對蝦第一體節靠近第二體節連接處。

根據對蝦的體型特征及對蝦不同姿態時重心位置的不同，設計了一種對蝦定向排序裝置。該裝置由電機、機架、料斗、輸送機構、剔除機構及滑板等構成，可以同時進行對蝦的頭尾與背腹定向。

該對蝦定向排序裝置中掛蝦板、剔除機構等關鍵部件的設計，可以防止對蝦堆疊以及完成被剔除對蝦的二次裝填，以提高效率。

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