對輥上料對蝦開背裝置的設計與試驗

王澤河 張秀花 張麗麗 弋景剛

（河北農業大學機電工程學院，河北 保定 071001）

對蝦機械化脫殼中開背是較為關鍵的一個環節。目前機械式對蝦開背發展不成熟，開背裝置種類較少，以美國Jonsson公司生產的蝦剝殼系統，以及美國Prawnto公司旗下的Shrimperfect系統為主的兩種開背方法。二者均需人工以一定的方式喂入蝦體，且設備成本高。采用相同直徑的雙輥相背轉動可實現去頭對蝦的粗排序，輥子的轉速大小，輥子軸線與水平面的夾角大小可決定對蝦在輥子上的滑動速度，可根據對蝦開背工序的效率對這兩者進行調整，達到設備整體運行的協調。本設計擬采用雙輥調節系統實現對蝦的粗定向，以3個不同直徑的馬鞍形圓輥實現對蝦蝦體的二次定向，配合圓輥下方的切割刀，旨在實現對蝦自動上料和開背，提高開背效率。

1 總體結構及工作原理

1.1 總體結構

輥式對蝦開背裝置由電機、機架、雙輥調節系統、圓弧擋板、夾持轉向系統、開背刀等構成，其整體結構配置及開背部分見圖1。

圖1 對蝦開背裝置Figure 1 Test device for cutting an opening at the back of the shrimp

開背部分由電機、機架、主動輪、第一從動輪、第二從動輪、第一開背刀、第二開背刀等構成。其中電機驅動鏈輪，帶動主動輪、第一從動輪順時針旋轉，第二從動輪通過齒輪嚙合與第一從動輪轉向相反，即第二從動輪逆時針旋轉。對蝦蝦體呈長筒形，截面近似橢圓，根據這一特點設計主動輪、第一從動輪和第二從動輪均具有馬鞍型凹槽，主動輪和第一從動輪的輪凹槽相向形成第一間隙，形狀為近似橢圓，與對蝦截面相似。第一從動輪和第二從動輪的輪凹槽相向形成第二間隙，形狀也為近似橢圓。在第一間隙下方和第二間隙下方放置對蝦開背圓盤刀，開背刀均逆時針旋轉。

1.2 工作原理

開背裝置啟動后，對蝦落到雙輥調節系統上方，雙輥傾斜角度可調，在電機的帶動下背向轉動，對蝦受重力作用在傾斜的調節輥上翻滾下落，調節輥的轉動能夠保持蝦身的脊背側和腹部側基本位于同一豎直面內，防止蝦身偏轉為后續開背造成困難，實現對蝦開背前的粗定向。對蝦繼續前進至雙輥的下端，雙輥的下端與圓弧擋板相連，圓弧擋板的間隙略大于對蝦蝦體短軸直徑，防止對蝦翻轉，對蝦自圓弧擋板處落下，進入夾持轉向系統，對蝦與主動輪接觸時若對蝦的彎曲方向與主動輪的彎曲方向相同，則通過第一間隙落下，遇到第一開背刀片被順利開背，被開背的蝦體隨刀片的作用力和重力作用自此間隙處落下；若對蝦彎曲方向與主動輪的彎曲方向相反，則在第一從動輪的作用下進行翻轉并進入第二間隙，在第一從動輪和第二從動輪的作用下下行并被第二開背刀開背，已開背的對蝦自此間隙處落下［1］。

2 對蝦開背深度的確定

2.1 對蝦切面結構

對蝦在加工儲藏過程中，如蝦肉直接暴露在空氣中，容易滋生細菌，因此加工時盡可能減小蝦仁損傷，提高蝦仁質量。為更好地觀察對蝦內部結構，選取蝦體無損傷的對蝦，用高頻切割刀，切除對蝦頭部，觀察對蝦切面，見圖2。發現對蝦肉質顏色不同，分成上下兩部分，切面上部分為附著于外骨骼內的肌肉，呈半透明色，與對蝦切面相比所占比例很小，切面下部分肉質呈白色，分成左右兩部分，中間有凹槽，占據切面的大部分。從蝦體每個體節連接處，用高頻切割刀對蝦體進行切割，觀察每個切面，發現蝦體每個體節連接處的切面形狀大體相似，尺寸不同。切面中附著于外骨骼內的肌肉與對蝦切面下側的肌肉之間有一條貫穿背部的黑線，此為對蝦的消化系統。輕輕剝離對蝦背板，附著于外骨骼內的肌肉與對蝦切面下側的肌肉結合力很小，輕輕觸摸，附著于外骨骼內的肌肉便隨即剝落下來。

因為對蝦的這種特殊結構，開背時，可以不考慮附著于外骨骼內的肌肉，僅保留蝦線下面的主體部分。為盡可能減小對蝦仁的損傷，應保證刀刃的對稱面與對蝦的對稱面即蝦體的豎切面重合，即開背時刀刃位置正好在對蝦背部的凹槽處，開背深度到達蝦線處，此時刀刃可順利對蝦開背，又不會損傷蝦仁主體，可實現對蝦無損開背［2，3］。

圖2 對蝦切面圖Figure 2 The section figure of shrimp

2.2 對蝦蝦線深度測量

2013年8月份在河北保定水產市場采購鮮活對蝦，體長為130～160mm，質量為16～22g，進行去頭處理后，測定蝦體背部蝦線深度，結果見表1。

表1 對蝦的蝦線深度Table 1 The depth of gland of shrimp mm

3 對蝦開背參數的確定

3.1 試驗設備與試驗原料

試驗設備包括機械開背裝置、游標卡尺、安川電機。試驗原料選擇第一體節短軸尺寸12.0～14.0mm，去頭，－18℃低溫貯藏30min后的南美白對蝦。

3.2 試驗方法

在試驗臺上進行開背試驗，改變刀具類型、改變刀具旋轉方向以及刀具旋轉速度，觀察對蝦的開背效果和外觀質量。試驗中組織5名專家成立評定小組，對蝦體開背效果進行感官質量評定。感官評定標準見表2。

表2 感官評定標準Table 2 Standard of sensory evaluation

3.3 結果分析

3.3.1 無齒刀與有齒刀開背效果比較試驗 采用無齒圓盤刀和有齒圓盤刀（圖3）進行試驗，由于對蝦存在個體差異，采用SC/T 3016—2004《水產品抽樣方法》中的破壞性檢驗標準，蝦類產品抽樣每組試驗≥10尾，重復取樣，每組試驗取10尾對蝦進行開背。感官評定結果見表3，不同刀型對蝦開背的典型效果見圖4。試驗中觀察到，無齒圓盤刀開背后蝦殼切面光滑程度和蝦仁的完好程度在感官質量方面明顯優于有齒圓盤刀，這是由于對蝦體形細小，背部肉質細嫩，使用有齒圓盤刀時，背部肌肉組織容易被刀齒鉤扯和撕裂。所以對蝦開背宜選用無齒圓盤刀［4－6］。

圖3 不同刀型圖Figure 3 Figure of different type of knives

表3 感官評定結果Table 3 The result of sensory evaluation

圖4 加工效果圖Figure 4 Processed effect diagram

3.3.2 無齒圓盤刀轉速和轉向的變化對開背效果的影響試驗 采用無齒圓盤刀分別以正向、逆向不同轉向對對蝦進行加工，當圓盤刀以正向旋轉時，圓盤刀對蝦體產生垂直于蝦體的壓力和向下的分力，使得蝦體順利通過圓盤刀。當圓盤刀以逆向旋轉時，圓盤刀對蝦體產生向上的分力，造成蝦體擺動，使得蝦體對中性不好，定位不準，且易使蝦體卡在間隙處不下落，剖切后的蝦體見圖5。所以無齒圓盤刀以正向切割為優。

圖5 逆向切割效果Figure 5 Reverse cutting effect

3.3.3 對蝦開背刀速度特性曲線 以開背刀轉速為試驗因素，以蝦背是否被完全切開和切面質量為評價指標，改變對蝦開背刀轉速，觀察對蝦開背質量。

圖6 不同轉速切割效果Figure 6 Different speed of cutting effect

當圓盤刀以較低的轉速切割時，蝦體只有一定程度的劃痕，不能被切開，隨著圓盤刀轉速的提高，蝦體有的被切開，但仍有部分蝦體不能被完全切開（圖6（a））；當轉速提高到一定程度時，所有蝦殼都被順利切開，且蝦殼切面平整、光滑，蝦體切面完好無明顯缺損（圖6（b））。隨著圓盤刀轉速的進一步提高，肉眼無法明顯區別蝦體切面質量。根據試驗繪制的對蝦開背刀速度特性曲線見圖7。由圖7可知，圓盤刀轉速選擇350～400r/min可滿足要求［7，8］。

圖7 速度特性曲線圖Figure 7 Graph showing of speed characteristic

4 結論

（1）設計了一種對蝦開背裝置，裝置帶有對輥與輪式相結合的上料裝置，可提高開背生產率。

（2）通過試驗觀察蝦仁內部結構，提出了對蝦無損傷開背，即沿對蝦豎切面直接開到蝦線處，對蝦仁主體損傷最小。

（3）通過改變對蝦圓盤開背刀刀型、轉向和轉速，通過試驗得到了一種蝦仁損傷較小的開背方式，即采用無齒圓盤刀正向以350～400r/min切割。

1 王澤河，張麗麗，張秀花，等.雙輥式對蝦粗定向方法的試驗與研究［J］.食品與機械，2013，29（6）：99～101.

2 許玉德，孫晟，朱云.不同蝦種間肌肉組織蛋白質的比較［J］.臺灣海峽，2001，20（2）：177～181.

3 姜明，汝少國，劉曉云.中國對蝦（Penaeus chinensis）糠蝦肌肉組織中球形病毒的超微結構研究［J］.海洋湖沼通報，1999（3）：30～34.

4 陳慶余，沈健，傅潤澤，等.典型海產小雜魚機械去頭方法研究［J］.漁業現代化，2012，39（5）：38～42.

5 陳慶余，沈健，歐陽杰，等.典型海產小雜魚機械去臟試驗［J］.農業工程學報，2013，29（20）：278～285.

6 彭三河，徐武.鏈式淡水魚加工前處理裝置的研制［J］.食品與機械，2013，29（2）：139～142.

7 雷樹德，譚鶴群.鏈式剖魚機的研制與試驗研究［J］.農機化研究，2009（9）：81～84.

8 朱國.小型淡水魚剖魚機設計與關鍵工藝參數研究［D］.武漢：華中農業大學，2008.