河蟹高效自動捆扎裝置結構設計與試驗*

孫龍霞 ，朱 虹 ，劉思源 ，沈啟揚 ，葛迅一 ，肖茂華

（1.江蘇省農機具開發應用中心，江蘇 南京 210017；2.南京農業大學工學院，江蘇 南京 210031）

0 引言

河蟹，學名中華絨螯蟹，廣泛分布于我國沿海各大水系，是我國重要的養殖蟹類與江蘇淡水經濟的重要農產品[1-3]。近10 年來，由于過度捕撈等原因，野生河蟹資源急劇下降，難以滿足市場需求[4]。在市場需求推動下，河蟹人工養殖在我國大部分地區迅速發展，據悉，近年來河蟹養殖年產量基本保持在75 萬t～82 萬t，河蟹市場規模在2020 年已達1 500 億元左右[5]。《中國漁業統計年鑒》表明，2014—2018年，全國有河蟹生產記錄的城市已達到29 個，其中江蘇河蟹產量占全國半壁江山[6-7]。

但是，當下河蟹的捆扎方法主要是依靠人工進行捆扎，勞動強度大，且人工捆扎效率低。此外，對于上游的河蟹加工方而言，活潑的河蟹對人工捆綁工作也會造成不小的困難，使得人工捆扎效率相對低下。例如在涵蓋碼爪、按鉗、棉線打圈捆綁的工序中，不僅要時刻小心被蟹鉗夾住，還要謹防河蟹逃脫。

面對不斷蓬勃發展的河蟹產業，相關河蟹養殖技術以及自動化養殖機械方面仍然比較落后，不能滿足工業化、規?；酿B殖需求，阻礙了河蟹產業進一步擴大發展[8-9]。在科技不斷發展的大背景下，加速推動食品機械的革新是滿足生產需求的重要助力，在此背景下，創新打造河蟹捆扎設備也將成為產業發展的內在驅動。為此，本文提出了一種改進現有捆扎機的河蟹高效自動化捆扎裝置，并進行實地試驗驗證其性能。

1 河蟹自動捆扎裝置整體結構

河蟹自動化捆扎裝置主要是由機架、拿蟹組件、整形組件、捆蟹組件、切繩機構、裝扣機構、氣源供應組件以及控制系統等組成。

河蟹自動捆扎裝置工作時，將河蟹放置在載蟹平臺內，推蟹至整形工位，將河蟹兩側腿向體下收攏；下側兩個推蟹氣缸伸出，將河蟹推到捆蟹位置，一次纏繞后，一個推蟹氣缸縮回從而實現讓位功能，轉蟹馬達將河蟹旋轉90°，再次纏繞；纏繞完成后壓繩氣缸將捆蟹繩壓住，并將蟹移動到切繩工位，切斷捆蟹繩后再移動至裝扣工位，將捆蟹的兩個繩頭進行固定；完成捆扎后的河蟹通過滑道落入河蟹收集框內，計數器此時完成一次計數。此外，操作者能夠在觸摸屏上調整參數，捆扎不同規格大小的河蟹，該捆扎裝置還具有松緊調節功能，以更好地實現對河蟹的捆扎功能。

2 河蟹自動捆扎裝置結構設計

2.1 推料機構

捆扎裝置的推料機構采用直線氣缸將河蟹推送到指定位置并進行夾緊，以便于進行捆扎，由于要保證在推行過程中的平穩性，該氣缸采用帶導桿氣缸。氣缸前推板固定一個方形推塊將河蟹兩側腿向體下收攏并夾緊[10]。

2.2 下拉拖板機構

當河蟹被運到指定位置后，采用雙軸氣缸將河蟹推送至捆蟹位置，其中一個氣缸設置后拖板機構，以便于對河蟹進行另一個方向的捆扎。氣缸后加鉸接裝置以便于整體機構進行旋轉運動。氣缸前推板同樣安裝一個河蟹仿形塊，以便于固定，減少對河蟹的損傷。

2.3 旋轉拖板機構

旋轉拖板機構與下拉拖板機構相同，推塊同樣需要仿形，同時整個機構靠氣缸實現90°的旋轉，以便繩子進行纏繞。其中旋轉拖板機構采用雙軸氣缸，雙軸氣缸采用標準的嵌入式安裝固定形式，可以節省大量空間。安裝板上的安裝孔是三邊形的，允許多位置加載。

2.4 供線機構

供線機構由電機帶動齒輪，齒輪上固定旋轉橫桿，通過帶動線對河蟹進行纏繞，線團放在線籠里，在繞線桿上固定環，此機構還包括夾線機構，將線的另一端固定好，采用氣缸加帽將線壓住，從而實現對河蟹進行捆扎的動作。

2.5 送料裝置

河蟹捆扎完需要將線剪斷，同時將下一河蟹運送到指定位置進行捆扎，送料裝置選擇直線傳動的方式，本設計采用絲杠導軌傳動機構。

3 實地試驗

3.1 試驗方法

1）規格范圍的測定：取河蟹若干，測量得所選河蟹規格范圍為100 g～275 g，將河蟹劃分為100 g～124 g、125 g～149 g、150 g～174 g、175 g～199 g、200 g～224 g、225 g～249 g、250 g～275 g，共7 組，每組隨機選取20只河蟹依次投入捆扎裝置捆扎，觀察所選河蟹是否能夠完成捆扎。

2）捆扎速度的測定：在規格范圍測定后進行，取足夠數量符合捆扎裝置規格范圍的河蟹，將其依次投入捆扎裝置，待1 h 后記錄捆扎河蟹數量，重復3 次，按式（1）計算捆扎裝置捆扎速度。

式中：V為捆扎速度，只/h；N為試驗中河蟹數，只；T為試驗所費時間，h。

3）失效率的測定：在規格范圍測定后進行，取品貌完好的公母混雜河蟹，規格范圍為100 g～275 g。將河蟹按照規格范圍分為3 組，分別為100 g～149 g、150 g～199 g、200 g～275 g，每組又按雌雄劃分為2組。試驗時，捆扎機在規定作業速度下工作，以1 只河蟹由自由狀態進入捆扎裝置為起始，以河蟹通過滑道落入河蟹收集框內、計數器完成1 次計數為結束，記為1 次作業行程。在作業行程中若有河蟹脫離捆扎裝置的運行流程或作業行程結束后河蟹未被捆扎成功，記為1 次失效。記錄總作業行程內的失效次數，按式（2）計算失效率。

式中：A為失效率；N0為試驗中捆扎裝置作業行程總數，次；N1為總作業后失效次數，次。

4）損傷率的測定：與失效率測定同時進行，測定總作業行程內的河蟹總數和損傷河蟹數，按式（3）計算損傷率。

式中：B為損傷率；S0為試驗中捆扎裝置捆扎的河蟹總數，只；S1為試驗中損傷河蟹數，只。

3.2 試驗數據

試驗數據如表1、表2、表3、表4所示。

表1 捆扎規格試驗數據

表2 捆扎速度試驗數據

表3 失效率試驗數據

表4 損傷率試驗數據

3.3 試驗分析

本研究進行實地試驗以驗證所設計機械結構的可行性。試驗所選河蟹具有隨機性，包括100 g～275 g的規格范圍，完成了300多次捆扎作業，具有一定的普適性。所得到的失效率為0.49%，損傷率為0.17%，證明了該機械結構具有可行性。所得到的捆扎速度最終取值為330只/h，動作響應快，節約了時間成本，在降低人工成本、提高工作效率方面具有一定的應用價值。

4 結論

1）本設計內容為河蟹高效自動捆扎裝置，根據河蟹捆扎的要求，設計了推料機構、下拉拖板機構、旋轉拖板機構、供線機構、送料裝置等部件。

2）使用該河蟹捆扎裝置進行實地試驗，測得捆扎裝置規格范圍為100 g～275 g；通過計數規定時間內河蟹捆扎裝置所捆扎河蟹數量，測得捆扎速度為330 只/h；取300 只河蟹進行了捆扎后，測得失效率為0.49%，損傷率僅為0.17%。

3）試驗結果說明該河蟹捆扎機具備調節靈活、穩定性好等優點，能夠有效替代手工捆扎操作，且在一定程度上提高捆扎效率，可以在實際工作中完成進一步的結構優化，具有一定的實用價值和推廣前景。