对虾背腹定向装置试验

赵玉达 张秀花 王泽河 弋景刚 刘江涛

摘要：虾体定向排列是对虾深加工过程中的重要工序，在一定程度上决定着自动加工生产线的可行性。本研究设计了一种对虾背腹定向装置，以实现加工的自动化。试验结果证明，该装置适用于死亡2 h以内的去头虾体，定向辊间隙为7 mm时，对厚度为12～13 mm的对虾的定向率为90%。

关键词：对虾背腹定向装置；深加工；定向辊

中图分类号： TS254.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）02-0356-02

收稿日期：2013-07-02

基金项目：公益性行业（海洋）科研专项（编号：201205031）；河北省科技支撑计划（编号：12227169）。

作者简介：赵玉达（1986—），男，河北邢台人，硕士研究生，主要从事机械制造及其自动化技术研究。E-mail：zhaoyuda77@163.com。

通信作者：张秀花，博士，硕士生导师，主要从事机械设计、机械制造及自动化方面的研究。E-mail：zhang72xh@163.com。对虾营养丰富且肉质松软，易消化，蛋白质含量高，脂肪含量低，并富含多种矿物质，深受人们喜爱，虾仁是主要产品之一。对虾是欧美日等国家餐桌上的美味，约占日常使用水产品的35%，近几年来其需求有上升趋势。我国为水产大国，但水产品加工远落后于发达国家，主要表现在水产品加工的技术装备落后、深加工产品少等方面[1]。虾体定向排序是对虾深加工的前处理工序，是虾类加工自动化生产线的重要组成部分，在一定程度上决定资源利用率和加工效率。目前，国内关于这方面的研究还比较少，主要以人工定向排列为主，劳动强度大且效率低，因此，研制出适合我国国情的淡水虾虾体定向整体设备很有必要。

1定向技术及其装置

1.1定向技术在渔业机械中的发展

淡水鱼、虾类的机械化加工必须经过清洗、分级和定向排列等环节，它们在某种程度上决定了自动化加工生产线的可行程度，因此淡水鱼、虾头尾与腹背定向装置显得尤为重要。国外鱼类加工技术起步早，发展较成熟，有先进的鱼类加工生产线，鱼体定向技术较发达，但是国外鱼类加工机械多是运用于海水鱼的加工。高星星等完成了一种新的淡水鱼鱼体头尾与腹背定向装置的研制，该定向装置使用0.75～1.00 kg的鲢鱼进行定向试验，可在0.65～3.75 s内完成头尾定向动作，定向成功率97.53%，在0.39～5.03 s内完成腹背定向动作，定向成功率为97.5%[2]。李玲等研究了鱼体定向整理技术和装备，指出鱼体的机械化腹背定向整理主要通过腹背颜色、重心位置、腹背形状等差异来实现[3]。Kosmowski等研究了3种识别鱼腹背的方法：第1种方法是利用鱼背和鱼腹宽度的差异，使鱼背向上；第2种方法是利用鱼体两侧对称原理，使鱼背向上；第3种方法是利用鱼体重心位置横向不对称原理，使鱼背向下[4]。但是，至今还未发现对虾定向技术的相关研究报道。

1.2对虾背腹定向装置的设计[5-6]

1.2.1对虾背腹定向装置及工作原理整机分为定向部分、输送部分和导向部分。定向部分由直径不等的双辊组成，大辊120 mm，小辊100 mm，辊长1 m，斜置30°，表面附有4 mm的食品橡胶，橡胶层开有深1 mm、宽1 mm的直线沟槽，双辊由电机通过齿轮驱动，相向转动，辊距可调，可以将对虾定向；输送部分将定向完成的对虾向导向辊方向输送，在导向辊的作用下使对虾按照对加工有利的姿态进入下一道工序；导向辊置于传送带的一侧，与带辊的间隙可调，能满足不同级别的对虾，一般略小于虾体的厚度，保证对虾能完好通过，对虾通过该装置之后呈腹部朝下的姿态进入下一道工序。整机结构如图1所示。

对虾腹部和和背部的光滑程度不一样，即对虾腹部和背部接触到定向辊时产生的摩擦力不同。因此，当对虾落到定向辊上之后，随着定向辊的相向转动，定向辊表面的直线沟槽会带着腹部朝下的虾体发生翻转，姿态变为背部朝下；由于背部光滑，所以背部跟定向辊接触之后处于向下滑动的状态，不再发生翻转，并且在下滑过程中使虾体向辊径小的一侧倾斜，以向一边平躺的姿态落到传送带上；传送带将完成定向后的对虾向前输送，对虾落离传送带时，在导向辊的作用下又使对虾变回腹部朝下的姿态，最终使杂乱的对虾按照统一的姿态排列好进入下一道工序。

1.2.2受力分析图2、图3选取的是定向辊某一截面上对虾的受力状态。由于双辊直径不等，导致虾体所受的切向力不同，2个切向力对虾体中心位置的力矩不同，所以当对虾腹部朝下时，力矩差使虾体发生翻转，姿态变为背部朝下（图4）。图3选取的是对虾在双辊工作位置的中心面上的受力状态，FNH、FH二力综合作用使虾体对定向辊表面的正压力减小，从而虾体与定向辊表面摩擦力变小，小于重力沿轴线向下的分力，使虾体在定向的过程中向下滑动，逐一排列（图4）。

2材料与方法

2.1材料

试验所用对虾为采购于当地超市的冻虾和水产市场的活虾，将冻虾虾体解冻，活虾置于空气中待其自然死亡。取长度为150 mm、厚度为12～13 mm的对虾进行分组，每组20尾，去头处理。

2.2方法

在该装置中2个定向辊间隙是虾体定向的一个重要参数，以间隙为变量进行试验，验证定向效果。根据初步试验要求，定向辊转速设为20 r/min，手工将对虾置于定向辊之上大约100 mm处，单一自由落下，以随机的姿态落入到定向辊上，观察虾体的最终姿态。

2.3试验参数

以虾体在定向辊上的排列情况、堆叠情况及定向率作为该装置的判定标准。

3结果与分析

冻虾解冻后虾体蜷缩幅度较大，将虾腿包裹在弯曲的虾体内侧，结果如图5所示。鲜虾死亡时间在2 h内时，虾体舒展，如图6所示。

冻虾由于虾体蜷缩幅度太大，当对虾落到定向辊上时，会直接快速地向下滚动。定向辊的定向作用是通过定向辊与虾腿之间的作用力来实现的，而冻虾的虾腿被弯曲的虾体包裹，定向辊和虾腿不能接触，导致虾体不会发生翻转，得不到所需要的姿态。当以鲜虾为试验对像时，效果如表1所示。

4结论

针对对虾的生物特征设计了一种背腹定向装置，利用双辊的相向转动实现对虾的背腹定向，得到对后续加工工序有

利的姿态。试验验证了该定向装置的可行性，冻虾和鲜虾的试验对比结果表明该装置只适用于虾体舒展的对虾（死亡时间不超过2 h且未经冷冻的对虾）。针对长度为 150 mm、厚度为12～13 mm的对虾，最佳定向间隙为7 mm，说明不同长度和厚度的虾体可以找到最佳的定向间隙。本研究结果可为虾类连续化加工中定向连续喂料设备的产品开发提供技术依据。

参考文献：

[1]陈晓汉，陈琴，谢达祥. 南美白对虾含肉率及肌肉营养价值的评定[J]. 水产科技情报，2001，28（4）：165-168.

[2]高星星，谭鹤群. 淡水鱼头尾与腹背定向装置的设计与试验[J]. 农业工程学报，2011，27（5）：342-347.

[3]李玲，宗力，王玖玖，等. 大宗淡水鱼加工前处理技术和装备的研究现状及方向[J]. 渔业现代化，2010，37（5）：43-46，71.

[4]Kosmowski M，Gerlach K. The newmethod of setting the small fishes backs in the desired direction[J]. Journal of Food Engineering，2007，83（1）：99-105.

[5]吕长安.大枣自动定向输送切片机的研究设计方案[J]. 现代农业科技，2010（12）：225，227.

[6]张素梅.竹片自动定向排序装置研究[J]. 林业机械与木工设备，2008，36（6）：14-15.