图1 对虾及开背刀
Fig.1 Shrimp and a knife for back opening
摘要：剥壳是对虾深加工的一个技术难题。针对现有的对虾剥壳机存在剥壳率低、破仁率高、稳定性差等现状，根据对虾的形态特征和剥壳特性，设计了一种基于摩擦、挤压原理的异径双辊对虾剥壳机，该剥壳机主要包括上料机构、剥壳机构和虾仁分离机构。经过试验，该机在选定的参数下运行，可实现对虾“上料—剥壳—虾仁分离”工序的连续性操作。
关键词：对虾剥壳；挤压；异径双辊；虾仁分离
对虾肉质松软，蛋白质含量高，脂肪含量低，富含多种矿物质，营养丰富，易消化，深受人们的喜爱，虾仁是主要的产品之一。随着生活水平的提高，国内外对虾仁的需求量也逐年上升[1]。对虾剥壳是对虾深加工过程中最重要的环节之一。目前，普遍使用的脱壳方法是将虾速冻后再解冻，采用手工脱壳，但手工剥壳劳动强度大、生产效率低，产品易受细菌污染，影响产品的鲜度和品质。国外的对虾脱壳设备目前完全适合于中国市场大量使用的还很少。开展对虾剥壳技术的研究可为研制自动化虾类剥壳装备提供保障[2-3]，为水产品加工类企业提供实用的、性能可靠的虾类剥壳设备，对解决对虾剥壳的瓶颈问题、提升对虾加工产业的技术水平、增强水产品的国际竞争力具有重要的意义。为此，本研究中进行了对虾剥壳机的设计，旨在解决对虾脱壳的机械化生产问题。
对虾为广温、广盐性海产动物，虾体呈长筒形，雌性成体体长一般为16～22 cm，体质量为50～80 g，雄性成体体长为13～18 cm，体质量为30～50 g，壳厚为0.2～1.0 mm，左右侧扁，身体分为头胸部、腹部(图1)，腹部较长，肌肉发达，分节明显。虾仁指的是腹部七节，对虾腹部肌肉有力，外壳坚硬，壳肉连结相对薄弱，而尾节跟虾体的连结最紧(图1)，尾节上有少许虾肉，但加工过程中很少能有效地剥离出来。目前的手工剥壳过程主要包括去头—开背—剔虾线—剥壳，剥壳过程中，除开背借助开背刀(图1)以外，其他步骤均为纯手工操作。
2.1整机结构及工作原理
本研究中设计的对虾剥壳机主要由上料部分、剥壳部分和虾仁分离3部分组成(图2)。物料为去头、开背之后的对虾，定向排序工作仍然由人工来完成，只需一名娴熟的工人将对虾放入送料带上；由送料带将对虾按照需要的姿态送入异径辊剥壳机构，剥壳机构由带有直线沟槽的两个直径不同的圆柱辊组成，双辊通过动力及传动装置相对运转，双辊的间隙小于虾体厚度并且可调，使对虾通过间隙时受双辊的挤压力作用而破裂，同时受到由圆辊转速差和表面摩擦力形成的切向力使虾皮搓撕而与虾仁分离；对虾挤压脱壳过程中，喷水装置进行喷水，防止虾肉和虾皮粘连的同时将虾仁清洗干净；在控制系统的作用下，虾针将辊子上的虾仁取走，实现虾皮与虾仁的分离。
2.2对虾送料机构
对虾剥壳工作能不能顺畅进行，关键取决于对虾(已去头、开背)能不能被连续定向排序供给,并且按照所需的姿态输送到剥壳机构。针对虾体长度为150 mm左右、厚度为13 mm左右的对虾，本机采用传送带上料，传送带上加工有4列椭圆形托槽，人工进行对虾定向排序；定向辊通过齿轮传动与送料辊等速反向转动，二者的间隙略小于虾体厚度，设计为12 mm可调，如图3所示；接料挡板安装在该间隙的正下方，用于接收输送对虾。
图1 对虾及开背刀
Fig.1 Shrimp and a knife for back opening
图2 整机结构示意图
Fig.2 The schematic diagram of a whole structure
工作原理：人工将对虾(已去头、开背)按照图3所示的两种姿态中的任意一种放入托槽中，在定向辊的辅助下送料带托槽上的对虾将以腿部朝下的姿态进入到接料挡板，接料挡板的内表面为弧面，内表面与大辊的间隙略大于虾体的厚度，设计为14 mm可调，对虾进入接料挡板之后，在辊子转动的作用下仍会按照上述姿态落入剥壳机构中，保证虾体不会发生侧翻。
图3 送料机构及虾体定向供给示意图
Fig.3 The schematic diagram of feeding mechanism and shrimp sorting
2.3对虾剥壳机构
对虾加工的剥壳方法有机械式和非机械式剥壳两种。非机械式剥壳包括高真空度剥壳、超高压剥壳和微波剥壳法等，这类剥壳方法有一个缺陷，就是不能在瞬间完成剥壳动作，设备昂贵，对工艺要求较高，并且在这些特殊的环境下会影响虾仁的肉质[4-6]；机械式剥壳法是综合利用剪切、搓碾、挤压、撞击等作用进行剥壳，主要应用于油菜籽、葵花籽、莲子、银杏、白果脱壳等领域[7-13]，剪切、撞击法用于对虾会对虾体产生破坏，影响虾仁的完整性。本研究中设计的剥壳机采用不等径辊子挤压、搓碾对虾进行剥壳。
工作原理：异径双辊挤压剥壳法对脱壳工作区域的间隙、脱壳力的大小等有严格的要求，并且对虾体的外形尺寸很敏感，对尺寸分级要求很严格，为了适应不同级别的对虾剥壳，将大辊轴承安装于直线滑轨之上，方便调节工作间隙，满足不同尺寸的对虾剥壳；安装于大辊之上的接料挡板和大辊共同作用防止对虾侧翻，保证对虾(已去头、开背)能以一定的姿态落入到剥壳机构的工作位置；大辊和小辊由不同电机控制，具有差速，调整异径双辊的间隙，使对虾通过间隙时受辊筒挤压力作用而裂壳，同时，对虾壳又受到由辊筒转速差和表面摩擦力形成的切向力的搓撕而与虾仁分离。为增加剥壳效果，于辊子表面附4 mm厚的食品橡胶，在橡胶层上开有直线沟槽；在挤压剥壳过程中，喷水装置喷出的清水将虾仁洗净。对虾剥壳机构如图4所示。
图4 剥壳机构示意图
Fig.4 The schematic diagram of shucking mechanism
2.4虾仁分离机构
由剥壳机构剥出的虾仁需及时分离，在转动的辊子上滞留时间太长会破坏虾仁表面的光滑度，造成对虾在工作位置的堆叠，甚至影响下一工序的进行。针对虾仁肉质松软有弹性的特点，设计一种如图5所示的虾仁分离装置，为了更好地分离虾仁，虾仁分离装置水平安装于剥壳机构的正上方，通过控制系统，使该部分动作与剥壳机构和送料机构协调进行，保证“上料—剥壳—分离虾仁”能连续进行。该机构主要由虾针、导杆、卸料板、汽缸等组成。
工作原理：对虾经剥壳机构被剥壳后，控制系统使汽缸2推进，推动虾针向下移动，将虾仁全部挑起，汽缸2回程，到达上极限位置之后汽缸3动作，虾针随着汽缸3的收缩移到虾仁收集箱的正上方，最后汽缸1动作推动卸料板将虾针上的虾仁卸入虾仁收集箱内，至此，完成了一次虾仁分离动作。虾仁分离机构示意图如图5所示。
图5 虾仁分离机构示意图
Fig.5 The schematic diagram of a shrimp separating system
2.5对虾剥壳机的技术参数
经初步试验，对虾剥壳机各个机构的参数应设置为：(1)传动机构和剥壳机构功率均为0.5 kW；(2)整机尺寸长、宽、高分别为1000、500、500 mm，送料带带速为2 m/min;(3)上料机构中，托槽的长轴、短轴分别为100、40 mm，定向辊与带辊的间隙为13 mm可调；(4)剥壳机构中，辊直径为80～160 mm可调，辊间隙为0～2 mm可调，辊表面直线沟槽的深和宽均为1 mm，辊转速(r/min)待定；(5)虾仁分离机构中，虾针直径为2 mm， 带锥形尖，汽缸1、汽缸2、汽缸3的行程分别为150、100、100 mm。在此参数下，上料机构、剥壳机构、虾仁分离机构可准确运行，能确保“上料—剥壳—分离虾仁”工序过程的连续性。
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] 张进疆,张林泉,赵锡和,等.虾剥壳装备研究与设计[J].现代农业装备,2011(7):50-52.
[3] 张进疆,张林泉.广东省虾加工装备技术发展重点研究[J].现代农业装备,2011(3):44-46.
[4] 杨徽.基于超高压技术的虾脱壳工艺与品质检测研究[D].杭州:浙江大学,2011.
[5] 杨芙莲,梁萍,朱妞.利用微波能使板栗脱壳去衣的新工艺新方法研究[J].食品科技,2006(9):80-83.
[6] 黄兴元,熊伟明,京玉海,等.滚切式莲子剥壳机设计[J].南昌大学学报:工科版,2012,34(2):172-175.
[7] 刘少达,朱立学,刘清生.银杏(白果) 脱壳机工作部件重要参数的分析[J].农机化研究,2005(3):87-89.
[8] 吕小莲,吕小荣,张孝琼.坚果剥壳机具的研究现状与分析[J].食品工业科技,2011,32(8):484-488.
[9] 曹玉华,李长友,张增学,等.蓖麻蒴果剥壳装置关键部件改进设计与试验[J].农业工程学报,2012,28(18):16-22.
[10] 姚会玲,陈伟超,张瑞洋,等.棉籽剥壳机的研究现状及发展对策[J].粮食与食品工业，2011,184:49-51.
[11] 新贵生,吕新民,郭康权,等.油菜籽脱壳机脱壳性能试验研究[J].农业机械学报,2005,36(1):148-149,154.
[12] 王旺平,李诗龙,刘晓艳.椰子剥壳机的研制[J].食品工程,2011(20):179-181.
[13] 刘平,肖诗明,巩发永,等.新型碾搓式葵花籽脱壳机[J].食品与机械,2010,26(3):100-103.
Abstract：Shelling is one of the primary technical challenges in intensive shrimp process, and the shrimp shelling machines used nowadays are often characterized by some disadvantages including low shelling rate, high crushed rate, and poor stability. A new unequal diameter twin roll shrimp shelling machine is developed based on principle of friction and extrusion. The new shelling machine consists of feeding, shelling, and shrimp-shelled and headed separating mechanisms. The trials showed that the shrimp sheller effectively made a continuous operation of “feeding—shelling-free-head shelled shrimp separating” under given parameters.
Key words：shrimp shelling; extrusion; unequal diameter twin roll; free-head shelled shrimp separating
DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2014.02.020
文章编号：2095-1388(2014)02-0198-03
收稿日期：2013-07-01
基金项目：海洋公益性行业科研专项(201205031)；河北省科技支撑计划项目(12227169)
中图分类号：S986
文献标志码：：A