毛刷輥式扇貝清洗機

滕桂君 弋景剛 劉江濤 李 娜

(河北農業大學機電工程學院，河北保定 071001)

扇貝是世界重要的海洋漁業資源之一，其殼、肉、珍珠層具有極高的利用價值。然而，海灣扇貝原料表面沾有不少泥沙、雜草等雜質，還附著有寄生蟲和其他寄生物，嚴重影響后續加工中的貝柱、裙邊、內臟和貝殼的產品質量。目前國內外海灣扇貝加工過程中的清洗主要采用人工清洗，隨著海灣扇貝的需求量越來越高，生產效率更高的海灣扇貝清洗機也越來越受到重視。目前，國外市場上常見的清洗機主要有氣泡式、沉浸式、超聲波式、毛刷式、噴淋式、蒸發脫脂式、負壓吸干、滾筒式清洗機等，這些清洗機要么不適用于清洗海灣扇貝，要么就是價格昂貴。國內市場上尚未見專門用于海灣扇貝清洗的清洗機，目前大多數工廠里使用的清洗機都是帶式或者基于帶式的組合清洗機，主要利用帶傳動進行流水作業，去污清洗裝置主要有刷輥和噴水管。扇貝由進料口進入工作區域后，電動機帶動毛刷輥轉動，與噴水管噴出的高壓水產生的作用力共同作用，去除附著在海灣扇貝表面的污物;刷輥上的刷毛依靠摩擦力使物料表面的污物刷除洗凈。同時，螺旋毛刷輥還有傳送扇貝的作用。但整體清洗效果差、產量低、易損壞扇貝殼。本研究擬設計一種適于清洗海灣扇貝的設備，采用帶噴水管的空心螺旋毛刷輥，在刷洗的同時起到運輸的作用，旨在既能把海灣扇被清洗干凈，又不損壞海灣扇貝的貝殼。

1 毛刷輥式扇貝清洗機的結構及工作原理

該海灣扇貝清洗機采用毛刷輥和高壓水雙重作用，可以將扇貝刷洗干凈。整個裝置(見圖1)由機架支撐，空心螺旋毛刷輥分別安裝于支架上。驅動電機通過鏈條帶動毛刷輥轉動。鏈條上布置張緊輪，以保證傳動平穩順利。扇貝通過左側進料口上料，隨著毛刷輥的轉動，邊刷洗邊運輸，最后從右側出料。每個毛刷輥上方都有噴水管，噴水管上有多個噴水頭，提高了生產效率，清洗干凈徹底。在整個清洗過程中，物料隨著毛刷輥的轉動作低速運動，對物料本身的機械損傷小，可保證較低的破損率。

可以根據生產需要對毛刷輥之間的間隙進行調節，滿足厚度不同的扇貝品種的清洗要求。也可根據生產需要對毛輥轉速分別進行調節，增大生產效率。如圖1所示，擋板2安裝于毛刷輥工作長度兩端，軸承座內側，左側與進料裝置焊接在一起，上端高出噴水管，穿過擋板，在防止海灣扇貝從側面滑下的同時，可以起到支撐噴水管的作用，從而保證海灣扇貝被清洗干凈。

2 毛刷輥的設計

毛刷輥種類有帶軸刷輥，空心刷輥，組合刷輥，螺旋刷輥，彈簧刷輥;鋼帶纏繞式:鋼板夾毛式;鋼片穿毛式，打孔穿毛式。刷毛長度不限，刷絲直徑0.05～2.00 mm，刷體最小值25 mm。刷毛可按要求排列成特殊形狀，可以植毛加工和舊刷翻新。本設計中扇貝清洗機刷毛用尼龍，刷輥用45#鋼。

圖1 毛刷輥式扇貝清洗裝置［1］Figure 1 Brush roll washing machine of scallops

用尼龍的刷輥對海灣扇貝進行清洗，要求刷絲抗壓、彈性好，但又不能擦傷被清洗物。食品機械毛刷材料采用PA6、PA66、611、612、010 刷絲等，輥芯使用 45#圓鋼或不銹鋼件，注塑，植入耐高溫尼龍刷絲，用于清洗物質表面污垢;刷毛多選用防菌尼龍1010刷絲，耐溫耐磨，刷絲不回彎，不掉毛。

毛刷輥如圖2所示。

圖2 毛刷輥Figure 2 Brush roller

3 電動機的選用

(1)摩擦負載功率的計算:要求海灣扇貝清洗機的產量為500 kg/h，扇貝的平均質量為30 g，所以產量大約為300個/min，選毛刷輥長度600 mm，海灣扇貝平均直徑60 mm，所以機架上常有海灣扇貝質量為3 000 g。

海灣扇貝在毛刷輥上受到摩擦力的作用向前運動，產生負載功率。

直線運動，則

式中:

F——扇貝在毛刷輥上所受的摩擦力，N;

μ——扇貝在毛刷輥上的摩擦因數;

G——毛刷輥上扇貝的重量，N;

P——克服摩擦力的功率，W;

v——扇貝的運動速度，m/s。

(2)空載時，初定有10根毛刷輥，選用外徑為150 mm的毛刷輥，則傳送帶傳輸距離為1.5 m，海灣扇貝在放進去到清洗完畢所經過的時間為20 s。

傳動的功率:

式中:

K1——空載運行功率系數;

Lh——毛刷輥總長度，m;

v ——鏈速，m/s;

K2——物料水平運行功率系數;

Q ——輸送量，t/h;

K3——附加功率系數。

查文獻［2］可知，清洗機中毛刷輥的轉速大于等于500 r/min。

所以此海灣扇貝清洗機運行時所需的總功率為:

(3)計算電動機功率:查文獻［3］可知鏈輪與鏈條的傳動效率 η1=0.96，一對滾動軸承的傳動效率 η2=0.97，聯軸器的傳動效率η3=0.99。因為有10條毛刷輥，所以有10對滾動軸承，有9對鏈輪。則

由式(4)可以計算出P總，傳動效率已知，所以可以計算出 P電［4］。

4 鏈條的選擇

海灣扇貝清洗機有多個毛刷輥排列共同清洗海灣扇貝，則毛刷輥之間需要有傳動裝置鏈接。且海灣扇貝清洗機為實行機構，其性能的好壞直接影響清洗機的清洗效果，常用的傳動方式有帶傳動、蝸桿傳動、齒輪傳動和鏈傳動。根據文獻［5］比較各種傳動方式的優缺點，本設計選用鏈傳動。

已知:設計中要求毛刷輥的轉速為500 r/min，因為工作載荷較平穩，所以鏈輪懸臂裝于軸上。

(1)鏈輪齒數:因為各輥速度相同，所以選擇傳動比i=Z2/Z1=1。

(2)轉速:主動軸鏈輪轉速n1=500 r/min，從動鏈輪轉速n2=500 r/min。

(3)查文獻［5］可知，鏈條標記:根據設計計算結果采用單排08A滾子鏈，節距為12.7 mm。

(4)試驗中相鄰兩鏈輪的中心距是可調的，兩輥中心距按照試驗要求確定。

本試驗選擇的滾子鏈的基本尺寸見表1。

表1 滾子鏈的基本尺寸Table 1 The basic size of roller chain mm

5 試驗分析

通過試驗確定毛刷輥中心距對扇貝清潔度(扇貝清潔度可以用去除雜質比重表示，按式(6)計算)的影響。如圖3所示，把扇貝隨機分為4組，每組扇貝個數相等。設置輥與輥的間距分別為 95，100，105，110 mm 進行 4 次試驗［6］。

式中:

c——去除雜質比重，%;

m1——清洗前扇貝質量，g;

m2——清洗后扇貝質量，g。

試驗表明，扇貝上所帶雜質的質量不同，其比重也有差異。由圖3可知，當毛刷輥的距離分別為105，100，95 mm時折線的最大值與最小值相近，且平均值也相近，所以這三者刷洗效果相近;當毛刷輥距離為110 mm時，折線的最大值、最小值及平均值均小于前三者，刷洗效果也最差。當毛刷輥距離為100，95 mm時刷絲的彎曲率較大，是因為毛硬度較高，距離太近會使刷絲受損嚴重;此外，當刷絲相互交叉時，會增加設備的能耗。因此選用毛刷輥的距離為105 mm。

圖3 毛刷輥之間的距離與刷洗效果的關系Figure 3 The relationship between the roll distance and the brush effect

試驗結束后檢測海灣扇貝的損傷率及其存活率，結果(圖4)表明:當毛刷輥間的距離為105 mm時，無論是潔凈度，還是損傷率成活率都滿足要求。

6 結論

針對海灣扇貝機械加工生產困難，勞動力浪費嚴重問題，研究了海灣扇貝機加工的第一步——海灣扇貝的清洗。試驗證明海灣扇貝機械清洗是可以實現的。本清洗機改善了其它清洗機清洗扇貝時，貝殼破損率高、清洗效果不明顯等問題，為海灣扇貝后續加工奠定了基礎。而且用本清洗設備清洗扇貝時，扇貝在螺旋毛刷輥上運動，對物料的機械損傷小，且清洗的效率高。因此，本螺旋毛刷輥式扇貝清洗機的清洗效果和工作效率能夠很好地符合扇貝加工工廠的清洗要求，具有較高的生產效率和經濟效益，有較強的使用和推廣價值。但本設備耗水量大，所以在節約用水方面應繼續研究，實現水的循環利用，為水資源保護做出貢獻。

圖4 損傷率與存活率Figure 4 The damage rate and survival rate

海灣扇貝加工設備的研制在中國還處于初級階段。從前處理設備(如清洗設備)著手，不斷深入研究、開發海灣扇貝加工設備，對提高加工水平，促進海灣扇貝產業發展將起到積極的推動作用。

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