環形仿形異形弧面夾持深度可調對蝦開背機

河北農業大學 孟巾凱 樊鉞驕 孫銘遠 宋汝晨 張秀花

我國擁有廣闊的內陸水域與遼闊的近海，海洋資源豐富，生物種類繁多，開發潛力巨大。隨著南美白對蝦人工繁殖與人工養殖技術的不斷提高，以及南美白對蝦低鹽度及淡水水域馴化的發展，我國南美白對蝦產量呈現井噴式發展，成為我國單一品種產量和產值最高的蝦種。2018年我國南美白對蝦總產量達到154.69萬t，其中海水養殖86.55萬t，淡水養殖69.14萬t。2019年我國南美白對蝦產量達到160.47萬t，其中海水養殖89.32萬t，淡水養殖71.15萬t，同比增長3.73%。同時2019年我國南美白對蝦產量位居世界第一。研制實用可靠的開背設備對推動我國南美白對蝦機械化加工進程具有重要意義，但是目前國內的對蝦開背機發展不成熟，缺乏相應的開背裝置，因此亟待研發與設計一款適合我國南美白對蝦的開背裝置，以配合脫殼設備的使用推廣。

1 研究對象

南美白對蝦，體型特征如圖1所示，其蝦體呈長筒形，左右側扁，自然狀態下呈一定蜷曲狀，分為頭胸部和腹部，腹部由六節構成，前五節較短，第六節最長，腹部自前到后逐節變細，最后一節最細，末端甚尖。腹部各體節均包裹有堅硬的甲殼，前一片的后緣均覆于后一片之上，前后折疊，且腹部重心位于第三節中間處且靠近背部。

圖1 南美白對蝦

2 國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀

國外關于蝦類開背技術研究較早，并經過多年的改進完善與技術積累，取得了多項專利和成果，目前其機器的加工質量和效率有了大幅度提高。

2.2 國內研究現狀

目前國內市場上自主研制的南美白對蝦開背相關的加工設備還未成形，只可查到少量的專利和文獻。國內比較具有代表性的有關對蝦開背加工的專利與文獻，按輸送方式的不同大致可分為V型槽輸送式開背裝置、輪槽輸送式對蝦開背裝置、輸送帶式對蝦開背裝置、轉盤輸送式對蝦開背裝置。

3 研究目的及意義

3.1 研究目的

本研究旨在研制實用、高效的對蝦開背設備。針對當今對蝦開背機存在的一些主要問題，通過對南美白對蝦體型參數的研究，研制一臺實用的環形仿形異形弧面夾持深度可調對蝦開背機，為南美白對蝦的機械化脫殼做好預處理準備，進而提高我國對蝦產業的機械化加工水平。

3.2 研究意義

我國是漁業大國，隨著養殖技術和海洋資源的不斷開發，水產品的產量逐年遞增，而水產品的加工技術卻不能滿足日益增長的產量需求。因此對蝦開背設備的研究不僅有利于推動我國對蝦的機械化加工進程，還能帶來良好的社會效益和經濟效益。

4 研究設計內容

研究主要集中在南美白對蝦的體型參數、開背切割、專用夾具的設計、對蝦開背機的設計及相關的開背試驗，其主要內容如下：

（1）以南美白對蝦作為研究對象，設計一種符合對蝦體型特征的蝦體夾具，并在蝦體夾具上完成對蝦開背切割力學特性的測定，為開背機的設計提供理論依據。

（2）構思開背方案，進行三維建模、試驗對比與改進設計，以確定較優的開背方案。

（3）對開背機的總體結構及關鍵部件進行詳細設計

5 環形仿形異形弧面夾持深度可調對蝦開背機的設計

5.1 開背方案介紹

開背裝置如圖2所示，通過對開背機的三維建模試驗與設計可知，其具體工作原理分以下三個環節。

圖2 三維模型

5.1.1 篩選環節

蝦體由1處的a、b兩口進入蝦頭方向調整機構。蝦被放入后會沿著傾斜方向滑到底部粗糙履帶處，蝦體頭尾交錯卡入蝦履帶運行。c處為蝦體擋板，如果蝦腿朝下或朝上會使得蝦碰到擋板滑落，滑落的蝦將會被重新收集填入a、b口。其余蝦則順利通過c處到達d處傳送帶從而使得蝦體可以有效通過下一環節。

圖3 開背整體裝置

圖4 蝦頭方向調整機構

5.1.2 傳動環節

篩選環節分離出來到達d處的蝦將會被傳送到e處，e處為兩個輥輪，左輪逆時針轉動，右輪順時針轉動，輥輪表面粗糙。蝦的腿部為粗糙面背部為光滑面。當蝦被傳送到e處時蝦接觸兩個輥輪，蝦腿與輥輪相對摩擦力大于蝦背與輥輪的相對摩擦力。輥輪的摩擦力會帶動蝦的轉動使其進入相應的下滑道內。

圖5 蝦背朝向區分機構

圖6 蝦身定位機構

5.1.3 開背環節

傳動環節順斜坡滑下后落入旋轉的環形輪盤f中，環形輪盤f從上看是布滿了形狀和蝦體相似的蝦槽內。蝦槽頭尾固定朝向使得蝦腿在內側，蝦背在外側，兩個f輪左輪逆時針旋轉，右輪順時針旋轉。蝦隨著f輪轉動到g（刀片）處后，完成開背，蝦體直接順利流入盛放裝置。

5.2 開背機主要機構介紹

5.2.1 蝦頭方向調整機構

該機構由左右兩個長傾斜板、蝦頭調整擋板、進蝦口以及安裝在傾斜板下方的兩個安裝有格擋板的鏈式旋轉機構組成；其進蝦口由三塊擋板和長傾斜板組合而成，左右進蝦口交錯放置，垂直于長傾斜板的兩塊擋板傾斜放置，從上至下間隙不斷縮小，豎直擋板蓋于兩垂直板上形成環形進蝦口；所述鏈式旋轉機構由格擋班和鏈條組成，格擋板左右交錯，同一條鏈條的擋板相距稍大，左右兩條鏈條上的格擋板相距稍小，鏈條同速向前運動。

5.2.2 蝦背朝向區分機構

該機構由兩個旋轉方向相反的輥輪構成，所述輥輪使蝦背朝向不同的蝦分開分別通過斜槽進入不同的蝦身定位機構。

5.2.3 蝦身定位機構

該機構由兩組具有蝦形槽的環形輪盤構成，其蝦形槽蝦腹朝向內環，蝦背朝向外環，以便于固定刀片切割

6 創新點

根據蝦體楔角特征，提出了一種弧面夾持的方法，從而保證了夾持穩定性與定位準確，以便于等深度切割。