家禽自动切肛技术研究

刘长伟 安 鑫 孙 宇 曲威禹 邢东杰 门宁宁 张奎彪

吉林省艾斯克机电股份有限公司吉林省家禽加工装备科技创新中心 吉林四平 136000

国外研究和生产家禽自动掏膛设备的机构主要有丹麦的LINCO公司、荷兰的STORK公司、MEYN公司和FOOD MATE公司。从20世纪60年代,这几家公司就开始研究自动掏膛技术，技术比较成熟，居世界领先水平。国内禽屠宰加工装备行业还属于一个新兴行业，吉林省艾斯克机电股份有限公司(SSK)和中国农业机械化科学研究院，近几年才开始研究自动掏膛技术，并取得一些成果，有几种形式的自动切肛设备得到推广应用。

家禽自动掏膛工序的顺序为：切肛、开膛、掏膛、吸肺、绞嗉囊、清洗。家禽屠宰加工是一个系统工程，工序之间高度关联，一环扣一环，一个环节的变化会对后续环节有很大影响[1]。切肛工序是自动掏膛生产线第一道工序，切肛指标对整条自动掏膛生产线效果影响非常大，必须对切肛技术和设备进行深入研究。

1 工艺条件

(1)鸡品种：爱博益加、宝罗、罗斯、艾维茵等白羽肉鸡，中国土鸡，毛鸡重量1.0～3.0kg。

(2)掏膛线挂架间距6 inch，切肛工作单元数量20套。

(3)喷水管路水源压力0.3MPa，耗水量0.5m3/h。

(4)喷气管路工作压力0.5MPa，耗气量30m3/h。

(5)吸气管路工作压力-0.06MPa，耗气量300m3/h。

(6)切肛电机功率0.75kw，变频调速。

(7)生产线加工能力6 000～13 500只鸡/h。

2 自动切肛技术研究

2.1 切肛机组成

切肛机组成(见图1)包括：上转盘、上滑杆、上轨迹、中间轨迹、大齿轮、定位轨迹、下滑杆、下轨迹、下转盘、吊钩、上滑座、中间滑座、小齿轮、切肛刀、引导杆、定位环、抱鸡杆、顶背板、下滑座。在生产过程中各部件协调动作，实现自动切肛。

图1 切肛机示意图

2.2 真空吸附肛门切肛技术研究

2.2.1 真空吸附肛门切肛技术工作原理

自动切肛机采用真空吸附肛门的切肛原理，切肛步骤见图2。高架线输送禽胴体进入自动切肛机，定位环从禽胴体两腿间穿过，将禽胴体导到顶背板处，使顶背板顶在禽胴体背部，定位轨迹控制定位环逐渐下降，在下降过程中将禽肛部压住，并将禽尾尖夹住，防止切肛过程中禽尾尖与切肛刀干涉，同时下滑座在下轨迹控制下开始上升，弹性抱鸡杆随下滑座上升过程中将禽体逐渐抱紧，固定住禽胴体，上滑座在上轨迹的控制下逐渐下降，带动引导杆逐渐下降从禽胴体肛门插入禽胴体内部，引导杆卡头将禽体肛门卡住,通过引导杆头部吸气孔真空吸气将禽肛门吸住，防止切肛过程中肛门从引导杆卡头上掉落(见图2a)；中间滑座在中间轨迹的控制下逐渐下降，带动切肛刀下降，在引导杆的引导下切肛刀准确的到达禽体肛门位置，并通过大齿轮和小齿轮的啮合，带动切肛刀旋转将禽体的肛门和周边组织切离(见图2b)；随后切肛刀和引导杆同步上升，将切下的肛门和盲肠从禽体内拉出(见图2c)；然后切肛刀逐渐上升，引导杆逐渐下降，使切肛刀与引导杆卡头分离，此时引导杆头部吸气孔自动切断真空气源，松开肛门并挂在禽体背部(见图2d)；之后定位环在定位轨迹的控制下，弹性抱鸡杆在下轨迹的控制下分别沿各自轨迹上下滑动将禽体松开，完成自动切肛全过程。

图2 切肛步骤示意图

2.2.2 真空吸附肛门切肛试验

(1)切肛刀切入鸡胴体深度太浅，肛门和鸡胴体没有完全切离的就会增多，切入鸡胴体深度太深，肛门和盲肠连接处被切断的就会增多。经试验切肛刀切入鸡胴体深度为50～60mm为最佳。

(2)当切肛刀转速太慢时，肛门和鸡胴体没有完全切离的就会增多，当切肛刀转速太快时，肛门和盲肠连接处被切断的就会增多。经过反复试验得出加工能力与切肛刀转速对应表，见表1。

表1 加工能力与切肛刀转速对应表

(3)爱博益加、宝罗、罗斯、艾维茵等白羽肉鸡品种，鸡胴体重量和体形偏差小，毛鸡重量大多在2.2～2.8kg之间，自动切肛效果较好。中国土鸡品种，毛鸡重量在1.0～3.0kg，鸡胴体重量和体形偏差大，自动切肛效果不理想。

(4)真空吸附肛门切肛技术，优点是设备本身结构简单，制造成本低。缺点是在实际应用过程中，真空吸附禽胴体肛门需要额外配套真空系统，运行成本高，真空吸附禽胴体肛门有的肛门吸附不够牢固，在切肛过程中有肛门从引导杆卡头掉落现象，平均切肛合格率75%。

2.3 机械夹持肛门切肛技术研究

2.3.1 机械夹持肛门切肛技术工作原理

针对上述缺点和不足，以及实际应用中存在的问题，我们对自动切肛机进行了升级，将固定禽胴体肛门方法由真空吸附升级为机械夹持结构，通过外管夹槽与引导杆卡头共同将禽胴体肛门夹住，防止切肛过程中肛门从引导杆卡头上掉落，机械夹持肛门比真空吸附肛门更牢固可靠，即保证了切肛过程中肛门夹持的可靠性，又省去了真空吸附禽胴体肛门额外配套的真空系统，见图3。

图3 肛门吸附和夹持过程示意图

2.3.2 机械夹持肛门切肛试验

通过试验，机械夹持肛门比真空吸附肛门更牢固可靠，切肛合格率比真空吸附肛门切肛高3%，平均切肛合格率达到78%。不需要额外配套真空系统，运行成本低。缺点是只能针对不同批次鸡大小调整肛门位置，不能针对每只鸡大小精准调整肛门位置。爱博益加、宝罗、罗斯、艾维茵等白羽肉鸡品种，鸡胴体重量和体形偏差小，毛鸡重量大多在2.2～2.8kg之间，自动切肛效果较好。中国土鸡品种多，毛鸡重量在1.0～3.0kg之间，同批次鸡外形、重量差别大，当鸡只偏小时切肛刀就会切在鸡胴体的背部，当鸡只偏大时切肛刀就会切在鸡胴体的腹部，切肛效果明显下降，自动切肛效果不理想。

2.4 智能化自动切肛技术研究

近年来中国土鸡消费量快速增长，土鸡屠宰加工不同于白羽肉鸡，由于土鸡品种，养殖条件，饲料配方等原因，使得同批次的家禽胴体外形、重量不一致[2]，屠宰的品种多数在十几个以上，每天要按照订单计划，加工不同品种、体型、重量、养殖期的土鸡。针对土鸡的特点，SSK公司推出了智能化自动切肛技术。

2.4.1 智能化自动切肛技术工作原理

禽胴体外形、重量不一致时切肛合格率明显下降的原因是家禽胴体肛门位置不一致，导致引导杆无法准确插入肛门，引导切肛刀沿正确路径切下肛门。为此，SSK公司在机械夹持肛门切肛技术的基础上增加了机器视觉系统(见图4)，机器视觉系统中的扫描头先对鸡胴体进行扫描，将数据传输到计算机，运用3D成像技术确定鸡肛门位置与引导杆中心位置的距离，将信息输出到切肛机顶背机构，自动调整顶背板位置，如果鸡肛门位置偏右(见图5a)，顶背板向左缩回将鸡肛门送到切肛刀位置，如果鸡肛门位置偏左(见图5b)，顶背板向右伸出将鸡肛门送到切肛刀位置，通过调整使鸡肛门中心位置与引导杆中心位置重合(见图5c)，实现精准切肛。

图4 机器视觉系统工作示意图

图5 家禽胴体规格不一致时肛门位置示意图

3 讨论

智能化自动切肛技术是在机械夹持肛门切肛技术的基础上增加机器视觉系统，利用机器视觉系统对每只鸡胴体进行扫描，使每只鸡肛门中心位置与引导杆中心位置重合，确保引导杆准确插入禽体肛门，引导切肛刀沿正确路径切肛，切肛合格率明显提高，平均切肛合格率达到96%[3]。不论是体态均匀的白羽肉鸡品种，还是重量和体形偏差大的中国土鸡品种，通过智能化自动切肛技术，针对每一只鸡智能化定位，都能达到理想的切肛效果，见图6。

图6 三种切肛方法切肛合格率对比

4 结论

对3种切肛技术研究结果：第一种,真空吸附肛门切肛方法，设备结构简单，易于维护，适用于规模较小企业对品种单一、体态均匀的白羽肉鸡自动切肛；第二种，机械夹持肛门切肛方法，设备结构较复杂，效率高，适用于规模较大企业对白羽肉鸡自动切肛；第三种,智能化切肛方法，可以针对每一只鸡进行智能化定位，适用于自动化管理规范、设备维护水平较高的企业对多种规格肉鸡品种的自动切肛。3种切肛技术的合格率依次为：75%、78%、96%，采用智能化切肛技术是自动掏膛生产线的发展方向。