珍珠河蚌自動化開殼設備技術研究

劉燦

（浙江工業職業技術學院，浙江 紹興 312000）

珍珠河蚌作為珍珠形成的天然載體，受到了水產養殖業的青睞，同時用作中藥材、化妝品等，需求量極大；但天然珍珠形成周期長，且資源稀少，而通過人工育珠的方法卻可以大大提高珍珠的產量。由于養殖年份的不同和個體差異的存在，每個珍珠蚌大小規格也有較大的差異，這些特征造成了大規模從河蚌中取出珍珠時存在技術瓶頸。以往的開殼方式均是借助于人工將刀片嵌入上下蚌殼間并利用錐度進一步在力的作用下切開蚌體，生產效率較低，操作者始終保持固定的姿勢，極易造成疲勞，因此有必要研究新的自動化的開殼方式來簡化操作，降低操作者的工作量。

1 研究基礎與發展趨勢

通過查閱國內外相關文獻資料，結果表明100多年來并沒有成熟的珍珠蚌開蚌機出現?？傮w來看，一方面，現有的開蚌技術和設備主要側重于解決開蚌中某一個環節的技術問題，并未對整個開蚌環節進行整體規劃和設計，有些技術的機械自動化程度低，作業不連續，僅能部分替代人工或者需要配置專用設備才能使用，這些設備并不能有效改善當前人工開蚌效率低下的現狀。另一方面，由于珍珠蚌的采收季節性強，主要集中在每年10月至次年2月，設備的閑置率較高，生產成本和維護成本過高的設備性價比低。因此，開發造價低、維護方便簡單的設備就顯得尤為重要。此外，絕大部分的已有研究并未專門針對育珠珍珠蚌的開蚌過程進行，因此，使用熱能、化學、高壓電等方法有可能造成對珍珠的損壞，不適合珍珠蚌。同時，這些方法在工人操作時有一定的危險性，職業病風險高。

開蚌取珠處于珍珠蚌養殖與珍珠加工的中間環節，該環節是珍珠由蚌內轉到蚌外的關鍵一環，也是阻礙珍珠產業鏈提升的瓶頸之一。近幾年來，隨著珍珠行業科技投入的加大，珠貝育苗、珠核植入以及珍珠的初加工及深加工等都有了一定發展，開蚌取珠的前端生產鏈和后續生產鏈都在一定程度上實現了自動化，具有較高的科技含量。目前開蚌取珠仍然處于純手工階段，顯然，與珍珠相關的技術或產業的長遠發展的基礎是開蚌取珠技術的充足發展。因此，采用機械化方式開蚌是珍珠產業取珠環節的趨勢。

2 自動開蚌系統研究

本研究針對珍珠蚌養殖業加工的現狀，為提高開蚌效率，降低環境污染，增加安全性，提升技術含量，降低成本，對珍珠蚌的機械化自動分揀、上下料、開蚌、蚌珠分離、蚌肉烘干、蚌殼粉碎進行研究，旨在開發相關的一體化開蚌設備，提高珍珠蚌養殖業的整體技術含量。推動傳統產業的轉型升級，以機器換人大幅度減輕開蚌操作工人的勞動強度，節省開蚌所需的人力資源和成本，為蚌類養殖業帶來更高的效率。同時，可以提高產品附加值，提升行業競爭力。圖1為本研究的技術路線圖。

圖1 自動開蚌系統研究技術路線圖

下面，結合技術路線圖，對自動開蚌系統各部分組成進行分析與闡述。

2.1 珍珠蚌的大小分級

珍珠蚌大小規格存在較大的個體差異，即使同年份的珍珠蚌也存在大小不一的情況。珍珠蚌的大小直接影響到夾緊機構的尺寸，由于珍珠蚌的大小與蚌中珍珠大小直接相關，而規格過小的珍珠并沒有太大商業價值，所以珍珠蚌分篩裝置設定一個尺寸最小標準值，小于該標準值的珍珠蚌將不進入加工程序。可以繼續投放養殖或者改為人工切剖，以降低設備損耗。高于最小標準值的珍珠蚌根據尺寸分為2～3級，分別對應不同規格的夾具和刀具。本研究中的自動開蚌系統的第一道工序是珍珠蚌大小的分級。珍珠蚌大小分級有助于簡化開蚌設備，提高開蚌準確率。

2.2 珍珠蚌的自動上下料

珍珠蚌是水產生物，表面潮濕，同時多伴有粘液、污物和苔蘚等物質，表面比較光滑，摩擦系數較小，在上料時容易偏離軌道或滑落。采用正確的結構和技術來保持珍珠蚌在輸送過程中的穩定性成為自動上料技術的關鍵。而蚌體切割后的分離(即下料)通過機構的運行方式和輸送軌道的形狀來實現。圖2為自動下料原理圖。

圖2 自動下料原理圖

珍珠蚌放置于圖2中的楔塊夾緊裝置中，夾緊裝置放置在鏈傳送帶上，利用鏈傳動的周期運動實現珍珠蚌切割后在鏈輪轉彎處自動下料。

2.3 不規則形狀珍珠蚌的定位夾緊

珍珠蚌一般采用三角河蚌進行養殖，其外形一般中間高，周邊低，且在手術植入介質后在蚌體現在留下外突疤痕，這些因素使珍珠蚌的定位成為整個開蚌技術的關鍵。本課題在分析相關文獻和專利的基礎上充分考慮這些因素，使珍珠蚌能夠自動定位夾緊，并保持一定的柔性，使珍珠蚌殼體不會因夾緊力過大而發生破壞。同時，夾具的制造成本和維護成本也是重點考慮的因素，因此設計一種結構巧妙、成本低廉的夾緊定位裝置非常重要。

2.4 珍珠蚌的切割

珍珠蚌具有不同的大小，采取切割技術時必須充分考慮蚌的大小和蚌表面的摩擦系統以及蚌的對中性，同時蚌體切割時會對夾具產生強大的夾緊作用力，使切割的阻力大大加強。如何選擇合適的刀具大小和刀具材料，以及設計合適的力矩成為開蚌面臨的又一關鍵技術。該裝置由電動機帶動砂輪片實現對珍珠蚌的切剖。電動機選用多級調速的變頻電機。利用變頻電機高轉速，能寬范圍調速的優良特性，實現對珍珠蚌的順利切剖。通過電機驅動砂輪的切剖裝置切剖珍珠蚌，能高度模仿人工開蚌方式，整體機構簡單，易于裝調。通過調換砂輪片的直徑大小，能實現對不同年份，不同大小珍珠蚌的切剖。

2.5 蚌珠分離、蚌肉烘干、蚌殼粉碎

開蚌的最終目的是獲取珍珠，因此如何從開蚌后的蚌殼中取出珍珠是該研究的最終目的。蚌珠分離分為兩步，第一步是使用特制刀具將切剖后的蚌體中的肉珠混合物（河蚌內臟）挖出，第二步對挖出的混合物進行攪拌分離。珍珠蚌的蚌肉可以食用，也可以作為飼料使用，蚌殼中的蚌肉與珍珠分離后，蚌肉必須及時處理才能確保蚌肉的質量，因此，蚌肉烘干可以作為自動開蚌系統的一道工序。蚌殼可用為化妝品的原料或制作藥品，研究蚌殼的粉碎技術是保證珍珠蚌被充分利用的關鍵技術之一。

2.6 多工位節拍式的流水線集成裝置技術

開蚌技術的目的是解放勞動力，如何使開蚌技術實現連續操作是該技術必須重點考慮的內容，否則就起不到應有的作用。本研究使用PLC技術控制節拍，使上料、鏈傳送、夾緊、切割、蚌珠分離等操作完全自動化，由此形成一套完備的流水線式的機械化裝備，為開蚌技術走向產業化打下基礎。圖3為珍珠蚌自動開蚌系統中的核心機構原理圖，包括自動上下料、定位夾緊、切割。

圖3 自動開蚌系統核心機構原理圖

3 結語

本文通過研究珍珠河蚌的開殼工藝，探討自動化生產珍珠的過程和方法，提出了技術路線圖；同時，結合實際應用，設計了河蚌自動化開殼的關鍵技術環節，為珍珠河蚌養殖業的連續自動化生產提供理論和方法支持。

參考文獻：

[1]張莉,李世敏.中國珍珠產業技術創新研究[J].海洋科學,2008,32(4):19-23.