环形仿形异形弧面夹持深度可调对虾开背机

河北农业大学 孟巾凯 樊钺骄 孙铭远 宋汝晨 张秀花

我国拥有广阔的内陆水域与辽阔的近海，海洋资源丰富，生物种类繁多，开发潜力巨大。随着南美白对虾人工繁殖与人工养殖技术的不断提高，以及南美白对虾低盐度及淡水水域驯化的发展，我国南美白对虾产量呈现井喷式发展，成为我国单一品种产量和产值最高的虾种。2018年我国南美白对虾总产量达到154.69万t，其中海水养殖86.55万t，淡水养殖69.14万t。2019年我国南美白对虾产量达到160.47万t，其中海水养殖89.32万t，淡水养殖71.15万t，同比增长3.73%。同时2019年我国南美白对虾产量位居世界第一。研制实用可靠的开背设备对推动我国南美白对虾机械化加工进程具有重要意义，但是目前国内的对虾开背机发展不成熟，缺乏相应的开背装置，因此亟待研发与设计一款适合我国南美白对虾的开背装置，以配合脱壳设备的使用推广。

1 研究对象

南美白对虾，体型特征如图1所示，其虾体呈长筒形，左右侧扁，自然状态下呈一定蜷曲状，分为头胸部和腹部，腹部由六节构成，前五节较短，第六节最长，腹部自前到后逐节变细，最后一节最细，末端甚尖。腹部各体节均包裹有坚硬的甲壳，前一片的后缘均覆于后一片之上，前后折叠，且腹部重心位于第三节中间处且靠近背部。

图1 南美白对虾

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

国外关于虾类开背技术研究较早，并经过多年的改进完善与技术积累，取得了多项专利和成果，目前其机器的加工质量和效率有了大幅度提高。

2.2 国内研究现状

目前国内市场上自主研制的南美白对虾开背相关的加工设备还未成形，只可查到少量的专利和文献。国内比较具有代表性的有关对虾开背加工的专利与文献，按输送方式的不同大致可分为V型槽输送式开背装置、轮槽输送式对虾开背装置、输送带式对虾开背装置、转盘输送式对虾开背装置。

3 研究目的及意义

3.1 研究目的

本研究旨在研制实用、高效的对虾开背设备。针对当今对虾开背机存在的一些主要问题，通过对南美白对虾体型参数的研究，研制一台实用的环形仿形异形弧面夹持深度可调对虾开背机，为南美白对虾的机械化脱壳做好预处理准备，进而提高我国对虾产业的机械化加工水平。

3.2 研究意义

我国是渔业大国，随着养殖技术和海洋资源的不断开发，水产品的产量逐年递增，而水产品的加工技术却不能满足日益增长的产量需求。因此对虾开背设备的研究不仅有利于推动我国对虾的机械化加工进程，还能带来良好的社会效益和经济效益。

4 研究设计内容

研究主要集中在南美白对虾的体型参数、开背切割、专用夹具的设计、对虾开背机的设计及相关的开背试验，其主要内容如下：

（1）以南美白对虾作为研究对象，设计一种符合对虾体型特征的虾体夹具，并在虾体夹具上完成对虾开背切割力学特性的测定，为开背机的设计提供理论依据。

（2）构思开背方案，进行三维建模、试验对比与改进设计，以确定较优的开背方案。

（3）对开背机的总体结构及关键部件进行详细设计

5 环形仿形异形弧面夹持深度可调对虾开背机的设计

5.1 开背方案介绍

开背装置如图2所示，通过对开背机的三维建模试验与设计可知，其具体工作原理分以下三个环节。

图2 三维模型

5.1.1 筛选环节

虾体由1处的a、b两口进入虾头方向调整机构。虾被放入后会沿着倾斜方向滑到底部粗糙履带处，虾体头尾交错卡入虾履带运行。c处为虾体挡板，如果虾腿朝下或朝上会使得虾碰到挡板滑落，滑落的虾将会被重新收集填入a、b口。其余虾则顺利通过c处到达d处传送带从而使得虾体可以有效通过下一环节。

图3 开背整体装置

图4 虾头方向调整机构

5.1.2 传动环节

筛选环节分离出来到达d处的虾将会被传送到e处，e处为两个辊轮，左轮逆时针转动，右轮顺时针转动，辊轮表面粗糙。虾的腿部为粗糙面背部为光滑面。当虾被传送到e处时虾接触两个辊轮，虾腿与辊轮相对摩擦力大于虾背与辊轮的相对摩擦力。辊轮的摩擦力会带动虾的转动使其进入相应的下滑道内。

图5 虾背朝向区分机构

图6 虾身定位机构

5.1.3 开背环节

传动环节顺斜坡滑下后落入旋转的环形轮盘f中，环形轮盘f从上看是布满了形状和虾体相似的虾槽内。虾槽头尾固定朝向使得虾腿在内侧，虾背在外侧，两个f轮左轮逆时针旋转，右轮顺时针旋转。虾随着f轮转动到g（刀片）处后，完成开背，虾体直接顺利流入盛放装置。

5.2 开背机主要机构介绍

5.2.1 虾头方向调整机构

该机构由左右两个长倾斜板、虾头调整挡板、进虾口以及安装在倾斜板下方的两个安装有格挡板的链式旋转机构组成；其进虾口由三块挡板和长倾斜板组合而成，左右进虾口交错放置，垂直于长倾斜板的两块挡板倾斜放置，从上至下间隙不断缩小，竖直挡板盖于两垂直板上形成环形进虾口；所述链式旋转机构由格挡班和链条组成，格挡板左右交错，同一条链条的挡板相距稍大，左右两条链条上的格挡板相距稍小，链条同速向前运动。

5.2.2 虾背朝向区分机构

该机构由两个旋转方向相反的辊轮构成，所述辊轮使虾背朝向不同的虾分开分别通过斜槽进入不同的虾身定位机构。

5.2.3 虾身定位机构

该机构由两组具有虾形槽的环形轮盘构成，其虾形槽虾腹朝向内环，虾背朝向外环，以便于固定刀片切割

6 创新点

根据虾体楔角特征，提出了一种弧面夹持的方法，从而保证了夹持稳定性与定位准确，以便于等深度切割。