開蚌機自動開蚌技術(shù)及其創(chuàng)新

張澤　紀華偉

目前我國的開蚌方式還基本停留在人工開蚌的階段，而人工開蚌存在著巨大的安全隱患，且工作量大，成本高，效率低，為完成機械自動化開蚌的轉(zhuǎn)型升級，我們的項目應(yīng)運而生。最初，我們對珍珠蚌的結(jié)構(gòu)進行了研究，發(fā)現(xiàn)珍珠蚌尾部褶皺，前部緊閉，刀具如何插入成了我們開蚌的第一個難點，最后我們發(fā)現(xiàn)，靠近珍珠蚌前閉殼肌的端部有一較小的縫隙便于刀具插入，我們以此作為切入點，決定選取汽缸作為動力源推動刀具切割；難點二，蚌體濕滑，個體差異大給定位夾緊帶來了困難，經(jīng)過一番研究整合，我們得出了最后的解決思路，首先上下對稱夾具夾緊，然后開設(shè)槽口定位，從而槽口提供進刀空間。解決了開蚌過程中的定位和切割的問題。為達到更加徹底的切割效果，我們采用了雙向二次切割的方式。最后利用汽缸推動V型托盤的方式實現(xiàn)了自動卸料的動能。隨后經(jīng)過研究完善，我們實現(xiàn)了自動上料，定位夾緊，二次切割，自動卸料的流水線式開蚌流程。

開蚌取珍珠一直是珍珠生產(chǎn)的最大難題。傳統(tǒng)意義上的珍珠蚌切割工作多是由人工完成，但是人工切剖珍珠蚌存在諸多問題，主要表現(xiàn)在：切剖珍珠蚌難度大；勞動力成本高；威脅切剖工的身體健康；切剖效率低下。

我們通過對珍珠蚌的觀察研究設(shè)計研發(fā)了一種電氣化控制的珍珠蚌自動剖蚌設(shè)備。珍珠蚌自動剖蚌設(shè)備主要根據(jù)開采珍珠蚌的流程進行研發(fā)，分為自動上料、夾具夾緊、刀具切開珍珠蚌、自動落料四塊內(nèi)容。項目一經(jīng)實現(xiàn)完成，可以為蚌類養(yǎng)殖業(yè)帶來更高的效率，節(jié)省了開蚌所需的人力資源和成本，取得良好的經(jīng)濟和社會效益。

開蚌機組成及功能

本項目研究主要是圍繞開蚌機的總體設(shè)計展開的，針對開蚌的一系列流程以及對蚌類總體形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，擬定一個模仿人工開蚌的工作方式進行高效率開蚌。關(guān)鍵技術(shù)在于運用珍珠蚌自動進料、定位夾緊、開蚌、卸料等工序，設(shè)計開蚌機整機機械本體結(jié)構(gòu)和電氣控制裝置。

開蚌機的整體構(gòu)造及工作流程介紹。開蚌機由整體由自動進料、定位夾緊、切割裝置、卸料裝置四部分組成。主要分為上料機構(gòu)和開蚌機構(gòu)兩大塊內(nèi)容。

開蚌機構(gòu)總體工作流程如下圖所示：自動上料裝置送入珍珠蚌、氣缸推動動夾具向下運動、夾緊珍珠蚌、汽缸推動刀具向下切開珍珠蚌縫隙、切縫完成、氣缸推動卸料裝置的V型托盤、托盤推動珍珠蚌向外運動、珍珠蚌被刀具刃面完全切開、刀具退回、汽缸再次推動卸料裝置、珍珠蚌落入斜坡、開蚌完成。

開蚌機關(guān)鍵裝置功能介紹。定位夾緊裝置：珍珠蚌豎直置于定夾具上，動夾具與兩個導(dǎo)塊固定在一起，通過控制氣缸帶動導(dǎo)塊沿導(dǎo)桿向下運動，以實現(xiàn)動夾具的向下壓緊，夾緊珍珠蚌。

切割裝置：我們設(shè)計了頭部鋒利尖銳，其中一面為刃面的刀具。壓刀塊起到連接刀具、固定刀具，使得刀具在切割受力時不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的作用，壓刀輪則起到引導(dǎo)刀具沿豎直方向進行切割的作用。

自動卸料裝置：通過v型托盤，對珍珠蚌進行一個推送，一方面使得珍珠蚌向刀具的刃面運動，達到二次切割的目的。另一方面將珍珠蚌完全推出下面的定夾具，從而實現(xiàn)自動卸料的功能。

開蚌機創(chuàng)新研究

二次切割設(shè)計。為了達到完全切開珍珠蚌，提高開蚌成功率的目的，我們設(shè)計了一種簡單可行的雙向切割方法。

第一步：利用刀具的鋒利的頭部和其尖角插入河蚌的縫隙使得刀具快速對珍珠蚌的閉殼肌進行一次縱向的切割。

第二步：利用卸料裝置的橫向推動，使得卸料裝置對珍珠蚌產(chǎn)生一個向外推動的力，此時珍珠蚌向外運動，其內(nèi)部的閉殼肌同時向著刀具的鋒利刃面運動，使得在縱向切割時未被完全切開的閉殼肌主動向刀具運動進行了一個橫向的二次切割，達到了完全切斷珍珠蚌閉殼肌的目的。

定位夾緊裝置。根據(jù)珍珠蚌的中心對稱結(jié)構(gòu)，我們設(shè)置了如下圖所示的v型夾具。使用v型夾具來固定珍珠蚌能夠?qū)φ渲榘鲞M行中心定位，使得刀具沿著動夾具的進刀口進入時能夠準確的切入珍珠蚌縫隙，從而完成河蚌的切縫步驟。

對于實現(xiàn)珍珠蚌的定位夾緊功能而言，v型夾具的設(shè)計是最簡單，成本最低，并且能夠很好的實現(xiàn)對河蚌的定位夾緊功能的設(shè)計方式。

刀具導(dǎo)向塊和導(dǎo)輪設(shè)計。為了防止刀具切割方向偏離，因此需要對刀具進行導(dǎo)向，使得刀具沿豎直方向向下切割。本項目中，采用兩個相互對稱的刀具導(dǎo)向塊和一個裝備在導(dǎo)向塊之間的導(dǎo)輪來引導(dǎo)刀具沿固定方向進行切割。

同時采用導(dǎo)輪形式，由于刀背面積較小，受力偏轉(zhuǎn)后會產(chǎn)生較大的壓強，采用導(dǎo)輪形式可以將大部分的壓力轉(zhuǎn)化為導(dǎo)輪的切向力，有效的增加刀具的壽命。

自動上料裝置初步方案。珠蚌自動上料裝置。在珍珠蚌自動化加工中，自動上料裝置分為供給、上料、下料這三道工序。為了提高生產(chǎn)效率，減輕作業(yè)者的勞動強度。實現(xiàn)珍珠蚌自動上料是很有意義的。

自動上料裝置通常由供料機構(gòu)、定位機構(gòu)、上料機構(gòu)這三個最基本的部分組成。各機構(gòu)之間的連接通常使用傳送機構(gòu)或料道。

上料裝置原理如下：當珍珠蚌倒入右邊料斗中時。從批量進入篩選機構(gòu)到一個個出來，中間設(shè)置一排序裝置，三個不同寬度的門實現(xiàn)此功能。其間防止珍珠蚌卡住，所以加一振動電機，加以適當振動。

進料機構(gòu)有六大部分組成：底座、支撐機架、加強筋、振動機機架、進料槽，震動電機。

根據(jù)設(shè)計需求，電機采用專用YZU系列振動電機。

創(chuàng)新研究的意義。經(jīng)過一系列的創(chuàng)新技術(shù)研究，我們?nèi)〉昧艘韵鲁尚В浩书_珍珠蚌，在不破壞蚌殼的前提下，切開三角帆珍珠蚌；落料收集，剖開的珍珠蚌自動落入收集筐中，滿筐后取出；生產(chǎn)效率，每小時可切開1500個珍珠蚌；剖切質(zhì)量，珍珠蚌開蚌率為98%以上。

由此可見，本項目研發(fā)完成后不僅能夠順利實現(xiàn)開蚌機自動開蚌的功能，還可以大大提高開蚌效率，同時，減少雇傭成本，增加了珍珠生產(chǎn)的利潤。

本項目在針對國內(nèi)開蚌效率低下，市場上沒有自動開蚌機先例的情況下，積極進取，開拓創(chuàng)新。從人工開蚌的流程著手進行一系列的大膽發(fā)明研究。通過對剖切珍珠蚌的自動上料、夾具夾緊、切開珍珠蚌、自動落料四塊內(nèi)容的研究以及整合，完成了對開蚌機的初步設(shè)計階段。項目如果得到很好的完成，對于國內(nèi)的蚌類養(yǎng)殖業(yè)而言將是一個巨大的變革，意味著蚌類養(yǎng)殖業(yè)可以降低開蚌成本，提高開蚌效率，從人工開蚌轉(zhuǎn)換為機械化的自動開蚌。是蚌類養(yǎng)殖業(yè)面對開蚌這一難題時獻上的一份大大的解決方案。