開蠔自動生產線的設計

□ 孫學瑜 □ 江嘉輝 □ 孔秀菁 □ 歐陽鵬 □ 馮柏奇 □ 馮嘉慧 □ 黃華斌 □ 馬靜娟 □ 陳銀清

廣東石油化工學院 機電工程學院 廣東茂名 525099

1 設計背景

針對生蠔、牡蠣類海產品的加工,國內相關技術研究仍處于起步階段,各類海產品以人工開殼為主要加工手段。傳統人工開蠔生產效率低,勞動強度大,耗費人力資源[1]。實現機械自動化開蠔的難點在于生蠔外殼形狀不規(guī)則,生蠔的準確定位與夾緊以目前的機械自動化水平難以實現。生蠔肉質鮮活度要求較高,除早期機械開蠔方式外,還有高溫處理法、冷凍處理法、微波處理法、高溫氣流開殼法等多種開蠔方式[2],這些開蠔方式對生蠔肉質鮮活度均有不同程度的影響。綜合考慮,還是機械開蠔方式最為穩(wěn)妥。筆者設計了開蠔自動生產線,可以有效提高開蠔效率,同時確保生蠔的肉質鮮活度。

2 設計要求

開蠔自動生產線要求結構緊湊、控制精準。開蠔過程減振效果好,噪聲低,在足夠的動力和穩(wěn)定的載荷下具有較高的開蠔效率。在高濕度的工作環(huán)境下,開蠔自動生產線能夠正常工作,生蠔能夠被準確定位和識別。

3 基本組成

開蠔自動生產線分為六個工作工位:下料、傳送、定位裝夾、打磨、開蠔、卸料,由圓盤式工作臺、下料口、傳送帶、檢測定位裝置、生蠔夾具裝置、刀具刀架等機構組成[3-4],結構如圖1所示,工藝流程如圖2所示。

4 關鍵技術

開蠔自動生產線采用推桿與測距傳感器配合對生蠔定位,有效解決了生蠔形狀不規(guī)則定位難的問題。生蠔夾具裝置設置壓力傳感器,控制夾緊壓力,保證生蠔定位后夾緊。通過模仿人工小刀撬開生蠔的動作,設計刀具刀架,采用氣壓傳動,實現準確快速撬開生蠔。控制系統采用可編程序控制器[5],控制步進電機的運動與氣動電路,實現生蠔夾具裝置的松緊、刀具的動作,以及圓盤式工作臺的間歇運動。

▲圖1 開蠔自動生產線結構

▲圖2 開蠔自動生產線工藝流程

將未處理的生蠔倒入下料口,在重力的作用下,生蠔自動滑入傳送帶。傳送帶兩側共設有六根推桿與六個測距傳感器,配合對生蠔進行定位[6]。當生蠔進入傳送帶指定位置,測距傳感器感應到生蠔后,推桿進行相應動作,使生蠔的開蠔方向與傳送帶的速度方向一致。在傳送帶的帶動下,生蠔落入生蠔夾具裝置,實現準確定位。

生蠔夾具裝置由滑塊、橡膠墊、絲桿、齒輪、擋片、軸承、缸體等組成,結構如圖3所示。在生蠔夾具裝置的底部和側面設置有壓力傳感器[7],當生蠔落入生蠔夾具裝置后,底部壓力傳感器接收到壓力信號,控制步進電機開始工作,通過絲桿滑塊傳動機構夾緊生蠔。生蠔夾具裝置將生蠔夾緊,位于側面的壓力傳感器接收到壓力達到預設值后,發(fā)出電信號控制步進電機停止運轉,此時絲桿滑塊機構自鎖,生蠔處于被夾緊狀態(tài),然后圓盤式工作臺運轉,進入下一工位。生蠔定位如圖4所示。

開蠔是開蠔自動生產線最重要的工步,所采用的刀具為氣壓傳動刀具[8]。生蠔的閉殼肌均生長在中心線偏右側,所以刀片的設計采用偏心刀刃[9],如圖5所示。當帶有生蠔的生蠔夾具裝置被傳送至刀具位置時,刀具由可編程序控制器進行控制,實現進刀、撬殼、退刀動作。具體流程如下:帶有生蠔的生蠔夾具裝置隨圓盤式工作臺運轉,將生蠔轉送至刀具開蠔工位;位于生蠔夾具裝置上的限位行程開關觸發(fā),刀具開始動作;當刀具插入生蠔5 mm左右時,上下刀片在氣缸拉力作用下張開,撬開上殼[10];在撬殼之前,生蠔夾具裝置先使生蠔稍微松開,避免在撬殼過程中對橡膠墊造成嚴重磨損,同時提高開蠔的成功率。這一工序在運作時,圓盤式工作臺停止運行,檢測定位裝置同步運行,以提高生產效率。刀具結構如圖6所示。

▲圖3 生蠔夾具裝置結構

▲圖4 生蠔定位

▲圖5 刀片設計

▲圖6 刀具結構

5 控制原理

開蠔自動生產線由可編程序控制器進行控制,通過脈沖信號輸出,實現步進電機的啟動、停止、正轉、反轉。在生蠔夾具裝置上設有兩個壓力傳感器,當生蠔滑落到生蠔夾具裝置底部時,底部壓力傳感器向控制中心發(fā)出脈沖信號,步進電機正轉,使生蠔夾具裝置不斷縮緊。當側面壓力傳感器不斷受壓,壓力達到預設值后,電路斷開,步進電機停止運轉,此時生蠔剛好被夾緊。在傳送帶運送生蠔滑落至生蠔夾具裝置后,圓盤式工作臺轉動到刀具開蠔工位,限位行程開關啟動,輸出脈沖信號,使刀具開始工作。刀具撬開生蠔殼后,反向脈沖信號使步進電機反轉,生蠔夾具裝置松開,刀具復位,圓盤式工作臺轉到下個工位。卸料推桿開始工作,將生蠔推入收集箱。完成收集工作后,卸料推桿復位。

6 主要技術指標

6.1 生產效率

開蠔自動生產線采用多工位結構,將生蠔按照規(guī)定方向放置于下料口,同時開蠔工位同步運作,因此開蠔時間短。生蠔夾具裝置停止的時間為3 s,圓盤式工作臺轉速設定為60(°)/s,在生蠔夾具裝置停止時運轉,刀具功作時間為1 s,則開蠔自動生產線開一個生蠔的時間共4 s。

6.2 加工能力

生蠔自身形狀大小不一,開蠔自動生產線采用機械定位,先通過砂輪機打磨開蠔位置。樣機測試結果顯示,95%以上的生蠔都可以使用開蠔自動生產線進行加工。

7 結束語

筆者設計了開蠔自動生產線,上下料快捷、準確,自動化程度高,勞動強度低。充分應用傳感器的檢測功能,解決了生蠔定位難的問題,同時確保了夾緊力的大小。開蠔自動生產線適用于大批量加工生產,可以合理放置多個夾具在圓盤式工作臺上,裝夾、打磨、開蠔多個工位同時工作,在圓盤式工作臺上有序精確加工,不斷循環(huán),實現高效自動化加工。這一自動生產線也可以推廣應用于其它貝殼類產品。