池塘养殖鮰鱼智能分选设备研究

许达，曾超贤，周成全，孙大伟，叶宏宝*

(1.长兴荣丰生态农业发展有限公司，浙江 湖州 313100；2.杭州电子科技大学，浙江 杭州 310000；3.浙江省农业科学院，浙江 杭州 310021)

中国水产品产量从1989年起连续32年稳居世界首位，是世界第一渔业大国，2020年水产品产量达6 549万t[1]，为我国城乡居民提供了近1/3的优质动物蛋白，在保障国家粮食安全、提高全民营养健康水平方面发挥了重要作用。随着未来人民生活水平不断提高，水产品在膳食结构中的比重不断增加，对水产品的需求呈持续增长态势[2]。池塘养殖是浙江省最常见、最主要的水产养殖形式[3]，2021年浙江省池塘养殖面积为18 3271 hm2，全省池塘养殖产量占总产量的51.16%。现有的池塘养殖鱼类分选完全依靠人力，存在着工作效率低、分选正确率不高以及无法计数等问题[4]。洪扬等[5-7]设计的回转式活鱼分级装置，具有稳定的机动性能，能够实现平稳的运动，满足活鱼分级的要求，但这类分鱼装置需要使用吸鱼泵将鱼吸至入鱼口，使用成本高，无法满足池塘养殖起捕后快速分鱼的需求，且使用时存在对活鱼造成损伤的风险。传统的分鱼机靠固定安装在机架上的分级滚筒[8]的不同直径段形成的大小不等间距实现分鱼[9]，从而代替人工分鱼，实现鱼分级的自动化，提高分鱼效率[10]。但是鱼沿滚筒道下落的速度不可调，由于鱼本身带有黏性，容易黏附在滚筒上，在上层下落的鱼作用下，黏着的鱼不进入所适合滚筒间距，而进入更大的滚筒间距，对鱼体的伤害较大，同时造成分鱼不准确[11]。

在分析已有活鱼分选设备特点的基础上，结合鮰鱼的生理特性和鱼体特征，设计了一种池塘养殖鮰鱼智能分选设备，以替代绝大部分人力，减轻劳动强度，提高分鱼效率和准确率，降低生产成本，为池塘养殖鮰鱼精准分选设备的研发提供重要参考依据。

1 结构与工作原理

1.1 设备结构

池塘养殖鮰鱼智能分选设备如图1所示，包括机架、集鱼水箱、推鱼挡板、屏幕、引导槽、分鱼滑道、集鱼槽、进水管道、计数器等装置。其中集鱼水箱与机架可分离，分鱼作业时将两者快速连接则可使用。分鱼滑道两端高度以及开口宽度可进行调节，从而使分鱼过程中分选速率可控可调，鮰鱼分选规格等级可根据实际出售需求进行调整。集鱼槽位于分鱼滑道下方，对每个等级区间落下的鱼进行收集。集鱼槽出口处装有计数装置，可对分级后每个规格等级区间的鱼进行数量统计，方便为后续出售、养殖提供参考。

图1 鮰鱼智能分选设备结构图

1.2 工作原理

分选作业时，将起捕后的鮰鱼倒至集鱼水箱，开启鮰鱼智能分选设备，推鱼挡板进行往返运动，从而不断地将集鱼水箱中的鱼推入至引导槽中，并滑至分鱼滑道，从而进行分鱼过程。分鱼滑道开口宽度逐渐增加，且增加幅度可根据不同规格等级需求的鮰鱼质量进行调整，从而达到对鮰鱼进行自动分选的目的；分鱼滑道两端高度可进行调节，且总是保持滑道左端高于右端的状态，因此，可以达到控制并调节分鱼速率、提高分鱼效率和准确率的目的。集鱼槽上安装的计数装置可对每个区间分选的鮰鱼数量进行统计，分级完成后，每个规格等级区间的鱼数量可在屏幕上显示出来。同时，整个分选过程中，集鱼水箱、分鱼滑道、集鱼槽都有源源不断的水流，分选过程中使鱼体保持润滑，也避免鮰鱼因长时间脱水和机械等造成的鱼体损伤。

2 关键部位设计

将起捕后的鮰鱼倒入集鱼水箱时，由于惯性鮰鱼会向前滑动。因为鮰鱼数量较多，可能会出现堵塞引导槽进鱼口的情况，从而影响分鱼设备的正常使用。分鱼滑道要保证鱼按照由小到大的次序分别落入4个等级区间，且分选过程中应尽量避免对鮰鱼造成损伤。同时由于分鱼滑道和集鱼槽之间存在一定的高度差，鮰鱼从分鱼滑道落入集鱼槽时可能会砸伤，因此，集鱼槽的设计也非常重要。

2.1 集鱼水箱和引导槽

集鱼水箱末端设计有一定角度的斜坡，可以对倒入水箱中的鮰鱼起到一定的缓冲作用，防止鮰鱼数量过多从而堵塞引导槽进鱼口。集鱼水箱和机架底部安装有地脚螺栓，使得分选设备在塘口等不同的场地都能够平稳使用。引导槽进鱼口与集鱼水箱连接为一体，出口端与对应的分鱼滑道相连接；且引导槽进鱼端口处较宽，出鱼端口处较窄，起到一次可以通过多条鱼而只允许一条鱼滑出至分鱼滑道的效果，提高鮰鱼分选效率的同时可以避免多条鱼进入分鱼滑道造成分鱼滑道的阻塞而影响分鱼进程，降低分鱼准确率甚至影响分鱼设备的正常使用。引导槽与分鱼滑道具有一定的高度差，为鮰鱼进入分鱼滑道时提供一定的初速度。而且集鱼水箱和引导槽表面都经过处理，避免对鱼体表面造成损伤。集鱼水箱和引导槽连为一体，实际使用时只需将引导槽出鱼口端与相对应的分鱼滑道连接即可使用，也便于使用完成后的拆卸运输。

2.2 分鱼滑道

分鱼滑道通过计算鮰鱼形体特征与其体重的关系而进行设计。根据实际使用需求，分鱼设备可将鮰鱼分为4个等级区间，其中第一个等级区间为杂鱼以及未达到出售规格的鮰鱼，需要对其进行回塘续养等处理，其他3个等级区间为达到不同出售规格的鮰鱼。分鱼滑道由两块2 m长不锈钢钢板组成，不锈钢钢板上下两端口处经过折弯形成拱状，能够将鮰鱼较好地环握住，避免分选时对鮰鱼表面造成划伤。每条分鱼滑道的不锈钢钢板通过滑轨安装在机架上，所形成的夹角可任意调整。经过试验测试，组成每个分鱼滑道的两块不锈钢板形成60°夹角时分选效果最佳，因此，根据实际分选需求，将每个滑道的夹角都调整为60°。同时，分鱼滑道开口宽度由左端至右端依次增加，每条分鱼滑道开口宽度也可根据实际分选需求进行调整。当右端开口较大时，鮰鱼会在分选过程中提前掉落至错误的等级区间从而影响分选的准确率。同时经过多次测试，在分选过程中，会发生大部分鮰鱼出现张开鱼鳍的现象，因此，在调整分鱼滑道开口宽度时需考虑到该因素。分鱼滑道两端设计有一定的倾角，在分鱼过程中为鮰鱼提供一定的速度从而保证鮰鱼落入至正确的等级区间，也可以提高分鱼效率，且分鱼滑道两端倾角也可根据实际分选需求进行调整。当两端倾角过大时，会导致分选速度过快从而使得鮰鱼落入错误的等级区间，因此，分鱼滑道参数的设定与调整是鮰鱼分选是否成功的关键因素。两块不锈钢钢板上端安装有与之相同长度的带孔细软管，细软管中有源源不断的水流，为鮰鱼在整个分选过程中提供水，增加鱼体与滑道润滑的同时避免鱼体因缺水造成损伤。

2.3 集鱼槽

由于鮰鱼的身体构造多为头部或鱼鳍部位为整条鱼身材最大的部位，在鱼进入分鱼滑道后，鱼将是头朝上，鱼尾朝下悬吊在分鱼滑道开口处，因此，分鱼滑道和集鱼槽之间需要具有一定的高度差，避免分选过程中集鱼槽触碰到鱼尾，从而阻碍鮰鱼的滑动而影响分选准确率。集鱼槽安装于分鱼滑道下方，位置可任意移动至实际所需的分鱼等级区间。集鱼槽表面铺有与之相同形状的一定厚度的防撞软垫，防止鮰鱼从分鱼滑道落入集鱼槽时砸伤，而且防撞软垫也可以增加鮰鱼与集鱼槽之间的摩擦，避免鮰鱼落入集鱼槽时由于惯性滑至下一个等级区间导致分选错误的情况出现。集鱼槽两端具有一定的高度差，能够使得收集到的鮰鱼顺利滑出。同时集鱼槽一端设计有进水管道，能够对每个等级区间的鮰鱼进行冲水，减少鮰鱼停留在集鱼槽的时间以及鮰鱼鱼体受到的损伤。集鱼槽末端安装有计数装置，可以对每个等级区间的鮰鱼进行计数显示，且各等级区间分选结果可在屏幕上显示。

3 分选试验

3.1 试验方法

本试验在湖州市长兴荣丰生态农业发展有限公司进行，试验用鱼为起捕后随机选取的正常生长情况的300条鮰鱼。根据实际出售情况需将鮰鱼分为4个等级区间，分别为<0.75 kg、0.75～1.00 kg、1.01～1.50 kg、>1.50 kg。将鮰鱼智能分选设备参数设定并调整为分鱼滑道夹角60°，分鱼滑道开口最小端3 cm，开口最大端10 cm，分鱼滑道两端高度差10 cm，将集鱼槽移动至合适的鮰鱼收集位置。然后开启鮰鱼智能分选设备，接通设备水管管道，避免鮰鱼鱼体脱水而受到损伤，同时增加分选设备润滑。将随机选取的300条鮰鱼倒入鮰鱼智能分选设备中，进行分选作业。待鮰鱼智能分选设备完成此次分选作业时，随即进行人工分鱼，并将两者分选情况进行对照，结果如表1所示。

表1 采用不同分选方式统计结果

3.2 结果与分析

试验过程中，鮰鱼智能分选设备运行平稳，工作安全可靠。采用鮰鱼智能分选设备进行分鱼作业时，分选鮰鱼总数量为300条，分选用时为80 s，最终鮰鱼分选正确率为93.3%；而分选相同数量鮰鱼情况下，人工分选采用5位工人，分选时间为320 s，且分选正确率仅为81.7%。鮰鱼智能分选设备分选正确率较高，且分选效率远远高于人工分选。

鮰鱼智能分选设备和人工两种分选方式的各等级区间分选情况如表2所示。针对人工分选方式，主要依靠工人根据经验对鮰鱼进行体重估测从而进行分选。分选初始阶段，工人需要携带电子秤对拿到的鮰鱼进行称重，并与自己估测的鮰鱼体重进行比对，达到针对此次需分选鮰鱼锻炼自己手感的目的；而且随着分选作业的持续进行，工人效率会逐步降低，甚至到达一定的工作时间后需要休息10 min左右从而保证自己的工作状态，因此，分选效率较低、分选准确率不高，而且分选效率和分选准确率随着时间都会逐步降低。由表2数据可知，人工分选时每个等级区间分选错误鮰鱼条数相差不大，说明在作业时会出现人工判断经验不足和人工判断的偶然性等情况。相较于人工分选，鮰鱼智能分选设备分选效率高、可持续工作时间长以及分选正确率高，而且鮰鱼智能分选设备对所分选的鮰鱼几乎无损伤。经过分析，鮰鱼智能分选设备分选出错情况主要分为两种：生长体型畸形的鮰鱼以及处于各等级区间临界值附近体重的鮰鱼。生长体型畸形的鮰鱼指鱼体体长、体宽与体重不符合预期模型的鮰鱼，该类鮰鱼在分选时，往往由于体长过长等情况而落入错误的等级区间导致分选错误，但此类情况也并非普遍现象。处于各等级区间临界值附近体重的鮰鱼指体重与所划分区间的体重值相差不大的一些鮰鱼，这些鮰鱼由于体长相差不大而体宽略小的缘故往往会滑落至错误的等级区间导致分选出错。针对这种情况，对分鱼滑道参数进行简单调整则可以较好地解决，比如减小分鱼滑道最大端开口宽度、降低分鱼滑道两端高度差等方法。

表2 各等级区间分选情况

4 结论

本研究设计了一种池塘养殖鮰鱼智能分选设备，随机选用池塘养殖起捕后的300条正常生长情况的鮰鱼进行试验，分选用时为80 s，分选正确率为93.3%，在整个分选作业过程中，鮰鱼智能分选设备都能够平稳运行，工作期间安全可靠，且分选正确率高，分选过程对鮰鱼不造成损伤，分选效率远高于传统的人工分选。分鱼滑道的参数设定调整是确保分选成功的关键因素之一，根据实际的不同分选需求，可对分鱼滑道参数进行相对应的调整，确保快速、准确地完成分选作业。相较于传统的人工分选计数方式，该设备能够更好地满足现下池塘养殖鮰鱼分选需求。