鲜活黄鳝剖切装置设计与试验

万 鹏，汪 荣，李梦珂，雷 翔，李 平，朱 明

·农产品加工工程·

鲜活黄鳝剖切装置设计与试验

万 鹏1,2,3，汪 荣1,2，李梦珂1,2，雷 翔1,2，李 平4，朱 明1,2,3

（1. 华中农业大学工学院，武汉 430070；2. 农业农村部水产养殖设施工程重点实验室，武汉 430070；3. 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室，武汉 430070；4. 荆州市集创机电科技股份有限公司，荆州 434025）

针对目前鳝鳅类淡水鱼类人工剖切劳动强度大、工作效率低、安全性差等问题，该研究以黄鳝（）为试验对象，基于黄鳝生活习性及鱼体特征，在黄鳝鱼体夹持受力特性分析的基础上，开展了黄鳝鱼体头尾及腹背定向和鱼体夹送剖切方法研究，设计并研制了鲜活黄鳝剖切装置。剖切装置由倾斜料斗、进鱼通道、夹持对辊、剖切刀盘等组成，其中进鱼通道长180 mm，入口处直径28 mm；夹持辊边缘为上宽下窄的锯齿状结构；剖切刀盘直径114 mm。以夹持辊直径、夹持辊初始间隙、夹持辊转速、刀盘露出高度为影响因素，以剖切可接受性评分为评价指标开展相关试验，通过单因素试验探究了各因素对黄鳝剖切效果的影响。试验结果显示，当夹持辊直径为180 mm时夹送效果较好；夹持辊初始间隙为8 mm时鱼体腹部剖面感官评分最高；夹持辊直径一定时，高转速下的夹送效果明显优于低转速；随着刀盘露出支撑面高度的增加，黄鳝腹部剖切效果的感官评分逐渐增加。正交试验结果表明：夹持辊转速为180 r/min、刀盘露出支撑面高度为22 mm、夹持辊初始间隙为8 mm时，黄鳝腹部剖切效果的感官评分最高；通用性试验结果表明：该装置能够较好地适用于不同规格大小的黄鳝，满足实际加工要求，生产量可以达到24.3条/min。研究结果可为鳝鳅类淡水鱼剖切装置的研发提供参考。

农业机械；设计；试验；剖切装置；鲜活黄鳝

0 引 言

黄鳝（）是重要的经济性鱼类，广泛分布于除西北高原外各淡水水域。黄鳝刺少肉厚、味道鲜美、营养丰富、药用价值高，深受群众喜爱。2020年全国黄鳝养殖产量为30.72万t，其中仅湖北省产量就达到了13.36万t，占全国总产量的43.49%[1]。黄鳝鱼体细长无鳞片，体表光滑附有粘液，这导致黄鳝鱼体难以抓取及剖切。目前国内淡水鱼类前处理加工技术和装备的发展相对落后，基本以手工作业为主[2]，针对黄鳝等特种经济鱼类的前处理加工装备更是缺乏。人工作业不仅劳动强度大、工作效率低，而且黄鳝不易抓取，导致加工安全性差，这极大限制了黄鳝前处理加工及深加工产业的发展。因此研发工作性能稳定、生产率高、操作简单的黄鳝剖切设备，对于促进黄鳝养殖业及加工业的发展都具有重要意义。

黄鳝属于淡水鱼中的特种经济鱼类，其前处理加工与淡水鱼类似，包括清洗、分级、剖切、去头尾、去内脏等步骤[3-5]。国外科研单位和企业较早开展了鱼类前处理加工装备相关研究[6]。Hermann等[7]设计了一种鱼体去头装置，利用固定于装置顶端的刀具对竖直旋转的鱼体进行去头。Urushibara等[8]设计了卧式夹持输送去头除脏装置，利用独特的除脏辊通过挤压的方式从去头后的鱼体断口处排出内脏。Grosseholz等[9]设计了一款机械臂形式的剖切机，可对竖直装夹于V形夹槽中的鱼体实现剖切。此外，日本东洋水产机械株式会社[10]、瑞典ARENCO公司[11]等企业设计研发了鱼体前处理生产线，可以实现鱼体的剖切、除脏、去头、切块等连续自动化生产。国内淡水鱼前处理加工机械化程度较低，目前研究主要集中在去头去内脏部分。张华等[12]设计了一种利用定位杆实现鱼体定位、对传送中的鱼体进行剖切、去脏的剖鱼机。雷树德等[13-14]研发了一种链式剖鱼机，采用小齿刀盘从背部对鱼体进行剖切。陈庆余等[15-17]设计并优化了剖鱼装置结构、刀具构型，实现了某些小杂鱼的低损伤剖切去脏。此外，黄鹏飞等[18-19]对带式夹送淡水鱼剖鱼机、邹伟等[20-21]对连续式鱼体去头尾装置等进行了研发。以上装置都是针对常见淡水鱼类，对黄鳝等经济鱼类没有适用性；同时，现有的黄鳝剖切装置也存在剖切效率不高、易漏剖、易堵塞鱼体通道等问题[22-24]，不能满足黄鳝的机械化加工生产需求。

本文以鲜活黄鳝为研究对象，针对黄鳝前处理加工工序，根据黄鳝喜爱钻洞的生活习性和鱼体细长等结构特征设计进鱼通道，在分析鱼体受压力学特性的基础上提出一种黄鳝机械化剖切方法，并设计试制了相应剖切装置，开展相关试验。

1 剖切装置总体结构与工作原理

1.1 剖切装置总体结构

黄鳝喜爱钻洞，受到外界惊扰等应激时具有选择洞穴逃避、利用肌肉收缩钻洞爬行前移的生活习性，且黄鳝鱼体细长柔软呈蛇形、体表富有粘液[25]。本文基于黄鳝的生活习性及鱼体特征设计了黄鳝剖切装置，基本结构如图1所示。

1.机架 2.夹持辊电机 3.夹持辊电机支座 4.滑台 5.滑台支座 6.同步带轮1 7.剖切刀盘安装架 8.剖切刀盘 9.同步带 10.同步带轮2 11.剖切电机及支座 12.夹持辊1 13.滑杆 14.剖切通道 15.弹簧 16.夹持辊2 17.挡片 18.限位装置 19.倾斜料斗

剖切装置主体材料采用304不锈钢，主要技术参数如表1所示。

1.2 工作原理

黄鳝鱼体按头尾顺序和腹下背上定向输送是黄鳝剖切装置工作的前提，本文根据黄鳝的生活习性、鱼体特征实现黄鳝鱼体的头尾排序和腹背定向。工作时，将黄鳝倒进倾斜料斗，利用料斗倾斜使黄鳝向进鱼通道聚集；通过剖切装置的机械振动及人工随机搅动，使黄鳝受到外界惊扰应激进入进鱼通道；在进鱼通道内，黄鳝肌肉收缩向前爬行，在爬行过程中鱼体腹部与通道接触，在通道两侧支持力作用下向前移动，实现头尾排序和腹背定向。同时，进鱼通道为圆形进口—类椭圆形出口的渐变结构，沿程截面逐渐缩小，黄鳝依次从进鱼通道钻出后，立即被高速转动的夹持辊夹住并随夹持辊转动在鱼体支撑板上快速向前输送；当鱼体经过高速转动的剖切刀盘时，刀盘作用于鱼体，从腹部将黄鳝剖开，并从出料口输出。

表1 黄鳝剖切装置主要技术参数

2 剖切装置结构设计

2.1 喂入部件

喂入部件包括倾斜料斗和进鱼通道，使聚集的黄鳝鱼体依次进入剖切部件。喂入部件的倾斜料斗中设置有均匀分布的3根立柱，可以避免黄鳝相互缠绕；进鱼通道的入口与倾斜料斗末端连接，是圆形进口—类椭圆形出口的渐变结构，利用黄鳝受到外界惊扰等应激时钻洞逃逸的生活习性，借助渐变结构使黄鳝在进鱼通道内向前爬行并保持鱼体腹部朝下背部朝上状态。进鱼通道是黄鳝剖切装置的关键部件之一，具体结构如图2所示。

注：P1、P2为进鱼通道对鱼体两侧的支持力，N；G为鱼体自身重力，N。

为保证黄鳝能顺利进入进鱼通道且只有1条黄鳝通过，进鱼口直径应大于单条黄鳝鱼体平均直径而小于2条黄鳝鱼体叠加后的平均直径，即进鱼通道只能供1条黄鳝鱼体通过，即：

式中表示鱼体平均体宽，mm；表示进鱼通道进鱼口直径，mm。

本文通过试验测得黄鳝平均体宽为14.2 mm，故设计通道口直径为28 mm。根据黄鳝国家标准GB/T22911—2008[26]，最小鱼体体长180 mm，故设计进鱼通道长度为180 mm，以保证单条黄鳝通过。

2.2 夹持部件

夹持部件由夹持辊、电机、滑台及滑台支座、间隙调节机构等组成，主要实现黄鳝鱼体的夹持输送，并保证在剖切过程中鱼体姿态不发生变化。黄鳝夹持部件的电机安装于滑台及其支座上，夹持辊安装在电机的输出轴上，两夹持辊之间的距离通过间隙调节机构调整滑台位置进行控制；两滑台之间采用弹簧连接，以适应不同尺寸鱼体的夹持要求。夹持辊是夹持部件的核心部件，必须使黄鳝在夹持辊间被稳定夹持而不滑脱，夹持辊与黄鳝的接触角记为，夹持辊转速一定时，夹持辊直径越大，接触角越大，夹持辊对鱼体的作用力越大，越容易夹持鱼体[27]，夹持辊夹持黄鳝时的受力关系如图3所示。

1.夹持辊 2.鱼体

1.Roller 2.Fish body

注：为鱼体与夹持辊的接触角，rad；1、2、3为鱼体与不同直径夹持辊的接触角，rad；1、2为左右两侧夹持辊对鱼体两侧的法向作用力，N；F1、F2为黄鳝沿夹持辊滑动时鱼体左右两侧所受的切向摩擦力，N。

Note:is the contact angle between the fish body and rollers, rad;1、2、3are the contact angles between the fish body and the different diameter rollers, rad;1and2are the normal force of rollers on the left and right sides of the fish body, N;F1andF2are the tangential friction force on the left and right sides of the fish body when sliding along rollers, N.

图3 鱼体受力分析及夹持辊与鱼体接触角示意图

Fig.3 Fish body force analysis and diagram of the contact angle between the roller and the fish body

依据黄鳝鱼体的平均体高为16 mm设计夹持辊厚度为30 mm；因鱼体表面光滑有黏液，为了更好夹持住鱼体，夹持辊边缘设计为上宽下窄的锯齿状，保证夹持输送及剖切过程中鱼体姿态不发生变化。夹持辊结构及实物如图4所示。

2.3 剖切部件

剖切部件主要由剖切刀盘、鱼体支撑板、电机、同步带、刀盘调节机构等组成，主要实现黄鳝鱼体的腹部剖切。剖切刀盘通过同步带与电机连接，实现刀盘的高速转动；刀盘调节机构用于调整刀盘相对于鱼体支撑板的高度，以实现对黄鳝鱼体腹部的准确剖切，剖切通道结构如图5所示。

注：D为夹持辊直径，mm；B为夹持辊厚度，mm。

1.剖切通道 2.进鱼通道 3.夹持辊 4.剖切刀盘 5.鱼体支撑板

1.Sectioning channel 2.Fish inlet channel 3.Roller 4.Blade disc 5.Fish body support plate

注：为刀盘露出高度，mm，为刀盘旋转方向，为黄鳝运动方向。

Note:is the exposed height of the blade disc/mm,is the rotation direction of the blade disc,is the motion direction of.

图5 鱼体剖切通道结构示意图

Fig.5 Structural diagram of the body sectioning channel

依据黄鳝鱼体的外形尺寸和夹持辊厚度，将黄鳝完全剖开所需的刀盘露出高度至少为30 mm，考虑刀盘调节机构长度为54 mm，设计刀盘直径应不小于2(114 mm)。

当黄鳝鱼体在夹持辊的作用下向前输送与刀盘作用时，若鱼体前进方向与刀盘旋转方向一致为同向剖切，反之为逆向剖切。

由鱼体剖切通道结构可知，刀盘转速与鱼体输送速度相同时，逆向剖切时刀盘对鱼体的剖切作用要强于同向剖切，且刀盘转速与鱼体输送速度相差越大，对鱼体的剖切作用越强。因此，可以在保持刀盘逆向转速不变的同时，通过调节夹持辊转速改变鱼体的输送速度来实现鱼体的高效剖切，提高加工效率。单条黄鳝鱼体的剖切加工时间与夹持辊转速之间的关系如下：

式中为黄鳝鱼体平均长度，mm。

由式（2）可知，黄鳝加工时间和夹持辊转速、夹持辊直径有关，即增加夹持辊转速或增大夹持辊直径均可减小黄鳝鱼体的加工时间。

3 黄鳝夹持及剖切过程受力分析

进行鱼体剖切时，需要避免鱼体游动，且要使鱼体保持背部在上腹部在下的状态，并在输送过程中完成剖切。本文对黄鳝鱼体夹持输送过程进行受力分析以确定鱼体夹持及剖切部件参数[28]。

当黄鳝从进鱼通道出来接触到旋转的夹持辊时，夹持辊与鱼体之间的摩擦力将鱼体夹持并向前方输送，同时夹持辊对黄鳝鱼体两侧施加作用力，控制鱼体姿态。假设黄鳝鱼体左右结构对称，夹持辊与黄鳝鱼体接触时鱼体的受力状态如图6所示，则鱼体受力应满足：

式中为鱼体与夹持辊间的摩擦系数。

由式（3）可得：

由式（4）可知，要实现鱼体的夹持输送，鱼体与夹持辊之间的摩擦系数应大于鱼体与夹持辊接触角的正切值，即增加摩擦系数或减小接触角均可增强夹持辊抓取和输送鱼体的效果。本文采取在夹持辊表面加工细小齿状结构来增加摩擦系数。

注：1、2为夹持辊圆心；、为黄鳝与夹持辊的接触点；为黄鳝体宽，mm；为夹持辊初始间隙，mm；为夹持辊直径，mm；为夹持辊旋转角速度，rad·s-1。

Note:1and2are the center of the roller;andis the contact point betweenand the roller;is the body width of, mm;is the gap between rollers,mm;is the diameter of the roller, mm;is the angular speed of the roller, rad·s-1.

图6 鱼体与夹持辊接触时的受力分析

Fig.6 Force analysis of the fish body in contact with the roller

鱼体与夹持辊接触角会影响对辊夹持黄鳝的能力，进而影响黄鳝的剖切加工。由图6可知，鱼体与夹持辊接触角应满足：

由式（5）可知，鱼体大小一定时，鱼体与夹持辊接触角由夹持辊初始间隙和夹持辊直径决定。

注：FN为剖切通道对黄鳝的支持力，N；F1、F2为该方向上左右两侧夹持辊对黄鳝鱼体两侧的法向作用力，N；θ为两辊母线所成夹角，rad。

4 剖切装置参数优化与试验

为了分析黄鳝剖切装置结构对剖切效果的影响，并对夹持部件及剖切部件进行优化，本文开展黄鳝剖切装置参数优化试验。

4.1 试验设备与仪器

本文试验设备为基于上述结构和原理加工研制的黄鳝剖切装置样机，如图8所示。

图8 黄鳝剖切装置实物图

测量工具及仪器：钢直尺（量程500 mm，精度1 mm）、游标卡尺（量程150 mm，精度0.1 mm）、电子秤（香山EK3862量程5 kg，精度0.1 g）、秒表（YS-802，精度0.01 s）、变频器（琼羽DFL200N-OR75-HYGS3）等。

4.2 试验材料

试验以市售鲜活且健康的黄鳝为对象，鱼体完整无损伤、大小基本一致。

黄鳝样本购置回来后放于水桶中进行储存，同时对黄鳝体质量及鱼体尺寸进行测量。

测量时将黄鳝样本放于平板上，将鱼体拉直，用钢尺测量鱼体长度，用游标卡尺测量鱼体高度和鱼体宽度，同时采用电子秤称量鱼体的质量。

对300条黄鳝样本进行测量，鱼体质量及外观尺寸测量结果如表2所示。

表2 黄鳝体质量和体尺寸测量结果

4.3 评价指标

本文以黄鳝剖切后的可接受性评分为评价指标。根据预试验结果，黄鳝剖切后的感官评价内容包含3项，分别是鱼体剖切状况，即黄鳝腹部是否完全剖开；剖面质量，即黄鳝腹部剖切面的感官状态；剖切后鱼体内胆是否破裂。黄鳝切片加工对鱼体剖切长度有要求，切口长度越长越容易加工，人工操作时从黄鳝头部位置剖切到生殖孔处，因此剖切程度以切口长度占鱼体体长的比例作为评分标准，考虑到黄鳝尾部细长不必剖切，按照鱼体去掉尾部长度的体长与剖切长度的比值0.875为第一等级，依次设置3个等级进行评定；剖面质量按照黄鳝剖切面的平直度和粗糙程度进行感官评定，剖切不平直会影响后续切段加工的均匀性和美观度；黄鳝内胆味苦，破裂的内胆会影响黄鳝肉质的口感。

由5名从事黄鳝加工的熟练工人成评定小组，根据黄鳝剖切时剖切口的质量、内胆是否破裂综合打分后取平均值。具体评分标准见表3。

表3 黄鳝可接受性评分标准

4.4 黄鳝头尾腹背定向试验

为了验证倾斜料斗和进鱼通道部件的鱼体头尾排序和腹背定向效果，使用直径180 mm的夹持辊，夹持辊初始间隙8 mm，刀盘露出高度22 mm，夹持辊转速180 r/min，在该条件下进行验证试验。随机选取50条黄鳝样本，分为5组，每次将10条黄鳝倒入倾斜料斗，记录所有黄鳝从进鱼通道出口处的头尾和腹背状况。试验结果如表4所示。

由表4可知，50条黄鳝样本在出口处全部为背朝上腹朝下，其中49条黄鳝头朝前尾朝后，仅有1条黄鳝呈尾朝前头朝后的状态，但该条黄鳝也被剖开，倾斜料斗和进鱼通道部件能够较好地实现黄鳝头尾和腹背定向输送。剖切加工过程中黄鳝头尾腹背定向效果如图 9所示。

表4 黄鳝头尾腹背定向试验结果

图9 黄鳝头尾腹背定向效果

4.5 单因素试验

以能够剖开鱼体且剖口平整为目标，根据预试验，剖切刀盘转速达到750 r/min时能实现对黄鳝鱼体的正常剖切。在此条件下选取夹持辊直径、夹持辊初始间隙、夹持辊转速、刀盘露出支撑板高度为试验因素，以黄鳝剖切后的可接受性评分为试验指标进行单因素试验，探索各因素变化对黄鳝鱼体剖切效果的影响规律。通过黄鳝鱼体在夹持及输送过程中的受力分析可知，夹持辊直径和夹持辊初始间隙是影响鱼体抓取和输送的主要因素。夹持辊直径越大线速度越大，鱼体输送越快，剖切加工时间越短，会导致鱼体腹部剖切不完全；夹持辊直径越小线速度越小，鱼体输送速度越慢，会导致剖切过程变长、剖切面不平整。结合样机整体尺寸和夹持辊夹持受力分析结果，夹持辊直径选取135 、160 和180 mm三个水平。夹持辊初始间隙理论上应尽可能取大值，但应小于黄鳝样本的平均体宽。同时，夹持辊转速过低会影响黄鳝的输送效率，过高会影响鱼体的剖切面质量；刀盘露出鱼体支撑板的高度过大会导致鱼体剖成两半，过小可能不能对黄鳝鱼体进行剖切，影响剖切效果。

各试验因素水平如表5所示。

表5 单因素试验水平表

4.5.1 夹持辊直径对黄鳝剖切效果的影响

根据预试验，设定夹持辊转速为180 r/min，夹持辊初始间隙为10 mm，刀盘露出支撑板高度为22 mm；从黄鳝样本中随机选取30个样本，每个夹持辊直径水平用10个样本进行试验，取各样本的可接受性评分平均值作为各水平的评分值，试验结果如表6所示。

表6 夹持辊直径对剖切效果的影响

由表6可知，当夹持辊直径由135 mm增大为160 mm时，剖切效果可接受性评分增加约8%，但夹持辊直径继续增加到180 mm，可接受性评分并无明显变化。这是因为夹持辊转速一定的情况下，增加夹持辊直径使得夹持辊的线速度增加，即鱼体的输送速度增加，但是对黄鳝鱼体剖切效果的影响并不大。由于黄鳝鱼体输送速度增加会提高剖切装置的加工效率，结合黄鳝剖切装置的尺寸结构，本文选取夹持辊直径180 mm为该因素的最优水平，并该水平下分析其余各因素对剖切效果的影响。

4.5.2 夹持辊转速对黄鳝剖切效果的影响

为了探索夹持辊转速对黄鳝鱼体剖切效果的影响规律，根据预试验，设定夹持辊的初始间隙为10 mm，夹持辊直径为180 mm，刀盘露出高度为22 mm；从黄鳝样本中随机选取50个样本，每个夹持辊转速水平用10个样本进行试验，取各样本的可接受性评分平均值作为各水平的评分值，试验结果如图10所示。

图10 夹持辊转速对剖切效果的影响

由图10可知，夹持辊转速由60 r/min增加到90 r/min时，可接受性评分略有下降，这可能是由于夹持辊转速相对较低时，黄鳝的体型差异和鲜活程度对试验结果有一定的影响。之后，随着夹持辊转速的增加，黄鳝剖切效果的可接受性评分总体呈增大的趋势。这是因为随着夹持辊转速的增加，黄鳝鱼体的输送速度加快，鱼体与剖切刀盘的作用时间变短，剖切效果更好。但是，夹持辊转速过高会导致剖切均匀性及稳定性变差[29]，影响剖切效果。根据试验结果，夹持辊转速在180 r/min时剖切效果更佳。

4.5.3 夹持辊初始间隙对黄鳝剖切效果的影响

为了探索夹持辊的初始间隙对黄鳝鱼体剖切效果的影响规律，根据预试验，设定夹持辊转速为180 r/min，夹持辊直径为180 mm，刀盘露出高度为22 mm；从黄鳝样本中随机选取50条样本，每个夹持辊间隙水平用10条样本进行试验，取各样本的可接受性评分平均值作为各水平的评分值，试验结果如图11所示。

图11 夹持辊初始间隙对剖切效果的影响

由图11可知，随着夹持辊初始间隙的逐渐增加，可接受评分呈现先增大后减小的趋势，在夹持辊初始间隙为8 mm时可接受性评分最高。这是因为夹持辊间隙较小时，黄鳝受夹持辊挤压作用较强，鱼体剖切过程中受力均匀稳定，剖切效果的可接受性评分较高；间隙变大以后，黄鳝受夹持辊挤压作用变弱，鱼体在夹持辊及刀盘共同作用下，剖切受力均匀性稳定性变差，导致鱼体剖切效果的可接受性评分降低。根据试验结果，夹持辊的初始间隙为8 mm时剖切效果最好。

4.5.4 刀盘露出高度对黄鳝剖切效果的影响

为了探索刀盘露出支撑板高度对黄鳝剖切效果的影响规律，根据预试验，设定夹持辊转速为180 r/min，夹持辊直径为180 mm，夹持辊初始间隙为10 mm；从黄鳝样本中随机选取50个样本，每个刀盘露出高度水平用10个样本进行试验，取各样本的可接受性评分平均值作为各水平的评分值，试验结果如图12所示。

由图12可知，随着刀盘露出支撑板高度的增加，黄鳝剖切效果的可接受性评分总体呈增大趋势。黄鳝样本的体高平均为16.0 mm，在输送过程中，受夹持辊的夹持作用及刀盘的剖切作用，鱼体变形高度增加，鱼体不一定与支撑板接触。增加刀盘露出支撑板的高度可使剖刀更好地剖切鱼体。但是刀盘露出支撑板高度太多，剖刀作用于黄鳝鱼体背部的几率增大，导致鱼体被剖成两半。根据试验结果可知，刀盘露出高度为21 mm时鱼体的剖切效果最好。

图12 刀盘露出高度对剖切效果的影响

4.6 正交试验

为了探究各因素对黄鳝剖切效果影响的主次顺序，确定黄鳝剖切装置的最优结构参数，在单因素试验的基础上，选取夹持辊转速、夹持辊初始间隙、刀盘露出高度为因素，以黄鳝剖切效果的可接受性评分为评价指标进行正交试验。其中，在满足剖切功能的条件下，夹持辊电机最高转速为180 r/min，为了评估不同加持辊转速下各因素之间的相互作用，夹持辊转速分别设为120、150和180 r/min，试验因素水平编码如表7所示。

表7 正交试验因素水平表

采用正交表9(34)进行试验。试验时从黄鳝样本中随机选取90个样本，每个因素组合用10个样本进行试验，取各样本的可接受性评分平均值作为各因素组合的评分值，正交试验结果如表8所示。

由表8可知，对黄鳝剖切效果可接受性评分影响的主次顺序为夹持辊初始间隙、刀盘露出高度、夹持辊转速，最优参数组合为123。即取夹持辊初始间隙8 mm，刀盘露出高度22 mm，夹持辊转速180 r/min时，黄鳝剖切效果最佳。

4.7 验证试验

根据正交试验结果，设定夹持辊初始间隙8 mm，刀盘露出高度22 mm，夹持辊转速180 r/min，在该条件下进行验证试验。取黄鳝样本100条，连续倒入料斗进行试验并测定剖切效率。试验结果表明，黄鳝腹部基本都能完全剖开，剖切口光滑平整，内胆基本呈完整状态，鱼体剖切效果的可接受性评分平均值为9.53，生产量达到24.3条/min。

表8 正交试验结果

注：、、分别为刀盘露出高度、夹持辊初始间隙、夹持辊转速的水平值。

Note:are the level values for the exposed height of blade disc, the roller initial gap and the roller rotation speed.

4.8 剖切装置通用性试验

为了验证剖切装置对不同尺寸大小黄鳝的剖切效果，根据正交试验结果，设定夹持辊初始间隙8 mm，刀盘露出高度22 mm，夹持辊转速180 r/min，在该条件下进行通用性试验。依据国家标准GB/T22911—2008，根据黄鳝体型选取30条黄鳝样本，按照大、中、小分为3组，每组10条，分别倒入倾斜料斗进行试验并测定，鱼体质量及体尺寸测量结果如表9所示。

表9 黄鳝体尺寸测量结果

试验完成后测量剖切长度，共有25条黄鳝鱼体腹部剖切程度超过0.875，剖切部位平整，内胆基本保持完整，试验结果表明，黄鳝剖切装置能够较好地适用于不同规格大小黄鳝的剖切。黄鳝剖切效果如图13所示。

图13 黄鳝剖切效果

5 结 论

本文利用黄鳝受到外界应激时选择洞穴逃避、肌肉收缩钻洞爬行前移的特性实现鱼体头尾及腹背定向，根据黄鳝鱼体特征确定了剖切装置关键部件的参数，设计并试制了黄鳝剖切装置，通过试验对剖切装置结构进行了优化，主要结论如下：

1）进行了剖切装置的喂入部件、夹持部件和剖切部件的设计，确定进鱼通道的结构参数，进鱼口直径为28 mm，长度为180 mm；夹持辊直径为180 mm，厚度为30 mm；剖切刀盘的直径为114 mm。

2）为了进一步优化剖切装置的结构，提升剖切效果，分析了黄鳝在接触和进入夹持辊过程中的受力情况，确定了影响鱼体夹持剖切的主要因素为夹持辊初始间隙、夹持辊直径、夹持辊转速和刀盘露出高度。

3）测试了进鱼通道结构对黄鳝头尾腹背定向的影响，开展了剖切装置结构优化试验。试验结果表明，夹持辊初始间隙为8 mm，刀盘露出高度为22 mm，对辊转速为180 r/min时，黄鳝剖切装置工作性能最佳验证试验结果表明，黄鳝剖切后的可接受性评分平均值为9.53，剖切效果良好，装置的生产量达到24.3条/min，且能够较好地适用于不同规格大小的黄鳝，符合预期设计要求。

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Design and experiments of the sectioning device for the fresh

Wan Peng1,2,3, Wang Rong1,2, Li Mengke1,2, Lei Xiang1,2, Li Ping4, Zhu Ming1,2,3

(1.,,430070,; 2.,,430070,;3.-,,430070,;4..,,,434025,)

Fresh water products is one of the most valuable nutrients in nature, due to the high protein content rich in amino acids and vitamins. Among them, the Asian swamp eel () is one of the most widely distributed freshwater fish in China. However, a great challenge is still remained in the aquatic products processing, due mainly to the manual sectioning with high labor intensity, low work efficiency and low safety, particularly for theand pond loach () freshwater fish. Taking the freshas the test object, this study aims to design and develop a new sectioning device, according to the fish habits and body characteristics. A series of experiments were carried out to determine the fish body clamping and force characteristics, in order to analyze the fish feeding, body positioning and clamping behavior. The sectioning device was composed of the tilting hopper, fish inlet channel, counter roller, and blade disc. Specifically, the structural parameters of the sectioning device were set, where the fish inlet channel was 180 mm long and the diameter at the fish inlet was 28 mm; the edge of the roller was serrated with a wide top and narrow bottom; and the diameter of the blade disc was 114 mm. The influencing factors of the sectioning were selected as the diameter of the roller, the initial gap of the roller, the rotation of the roller, and the exposed height of the blade disc. An optimization test was carried out with the impact factors of roller diameter, roller initial gap, roller rotation speed, and the exposed height of the blade disc as the influencing factors, and the acceptability score of the sectioning as the evaluation index. The results showed that the better clamping performance of the fish body was achieved in the roller diameter of 180 mm. The highest acceptability score of the abdominal section was obtained in the roller initial gap of 8 mm. Furthermore, the clamping performance was significantly better at the high roller rotation speed than that at the low one in the constant roller diameter. The acceptability score of the abdominal section increased gradually with the increase of the exposed height of the fish body support plate by the blade disc. The orthogonal test showed that the highest acceptability score of abdominal dissection was obtained, when the roller rotation rate was 180 r/min, the exposed height of the blade disc to the support surface was 22 mm, and the roller initial gap was 8 mm. The generality test showed that the new section device can be expected to better apply to freshwater fish with different body sizes, fully meeting the actual processing requirements. The optimal production capacity reached 24.3 pieces/min. The finding can also provide a strong reference to developing sectioning devices for freshwater fish.

agricultural machinery; design; experiments; sectioning device; fresh

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.024

S985.1

A

1002-6819(2022)-22-0220-09

万鹏，汪荣，李梦珂，等. 鲜活黄鳝剖切装置设计与试验[J]. 农业工程学报，2022，38(22)：220-228.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.024 http://www.tcsae.org

Wan Peng, Wang Rong, Li Mengke, et al. Design and experiments of the sectioning device for the fresh[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(22): 220-228. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.22.024 http://www.tcsae.org

2022-07-14

2022-11-06

国家重点研发计划项目（2018YFD0700903-2）；湖北省农业科技创新中心2020年重大科技研发专项（2020-620-000-002-03）；湖北省农业科技创新中心创新团队项目（2016620000001044）；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目（107-11041910103)

万鹏，博士，副教授，研究方向为水产养殖设施装备、水产品加工技术与装备、农产品品质的智能检测与评价等。Email：wanpeng09@mail.hzau.edu.cn