开蚌机自动开蚌技术及其创新

　　目前我国的开蚌方式还基本停留在人工开蚌的阶段，而人工开蚌存在着巨大的安全隐患，且工作量大，成本高，效率低，为完成机械自动化开蚌的转型升级，我们的项目应运而生。最初，我们对珍珠蚌的结构进行了研究，发现珍珠蚌尾部褶皱，前部紧闭，刀具如何插入成了我们开蚌的第一个难点，最后我们发现，靠近珍珠蚌前闭壳肌的端部有一较小的缝隙便于刀具插入，我们以此作为切入点，决定选取汽缸作为动力源推动刀具切割；难点二，蚌体湿滑，个体差异大给定位夹紧带来了困难，经过一番研究整合，我们得出了最后的解决思路，首先上下对称夹具夹紧，然后开设槽口定位，从而槽口提供进刀空间。解决了开蚌过程中的定位和切割的问题。为达到更加彻底的切割效果，我们采用了双向二次切割的方式。最后利用汽缸推动V型托盘的方式实现了自动卸料的动能。随后经过研究完善，我们实现了自动上料，定位夹紧，二次切割，自动卸料的流水线式开蚌流程。

　　开蚌取珍珠一直是珍珠生产的最大难题。传统意义上的珍珠蚌切割工作多是由人工完成，但是人工切剖珍珠蚌存在诸多问题，主要表现在：a. 切剖珍珠蚌难度大；b. 劳动力成本高；c. 威胁切剖工的身体健康；d. 切剖效率低下。

　　我们通过对珍珠蚌的观察研究设计研发了一种电气化控制的珍珠蚌自动剖蚌设备。珍珠蚌自动剖蚌设备主要根据开采珍珠蚌的流程进行研发，分为自动上料、夹具夹紧、刀具切开珍珠蚌、自动落料四块内容。项目一经实现完成，可以为蚌类养殖业带来更高的效率，节省了开蚌所需的人力资源和成本，取得良好的经济和社会效益。

　　1.开蚌机组成及功能

　　本项目研究主要是围绕开蚌机的总体设计展开的，针对开蚌的一系列流程以及对蚌类总体形状，内部结构，拟定一个模仿人工开蚌的工作方式进行高效率开蚌。关键技术在于运用珍珠蚌自动进料、定位夹紧、开蚌、卸料等工序，设计开蚌机整机机械本体结构和电气控制装置。

　　开蚌机的整体构造及工作流程介绍。开蚌机由整体由自动进料、定位夹紧、切割装置、卸料装置四部分组成。主要分为上料机构和开蚌机构两大块内容。

　　开蚌机构总体工作流程如下图所示：自动上料装置送入珍珠蚌、气缸推动动夹具向下运动、夹紧珍珠蚌、汽缸推动刀具向下切开珍珠蚌缝隙、切缝完成、气缸推动卸料装置的V型托盘、托盘推动珍珠蚌向外运动、珍珠蚌被刀具刃面完全切开、刀具退回、汽缸再次推动卸料装置、珍珠蚌落入斜坡、开蚌完成。

　　开蚌机关键装置功能介绍。定位夹紧装置： 珍珠蚌竖直置于定夹具上，动夹具与两个导块固定在一起，通过控制气缸带动导块沿导杆向下运动，以实现动夹具的向下压紧，夹紧珍珠蚌。

　　切割装置：我们设计了头部锋利尖锐，其中一面为刃面的刀具。压刀块起到连接刀具、固定刀具，使得刀具在切割受力时不会发生偏转的作用，压刀轮则起到引导刀具沿竖直方向进行切割的作用。

　　自动卸料装置：通过V型托盘，对珍珠蚌进行一个推送，一方面使得珍珠蚌向刀具的刃面运动，达到二次切割的目的。另一方面将珍珠蚌完全推出下面的定夹具，从而实现自动卸料的功能。

　　2.开蚌机创新研究

　　二次切割设计。为了达到完全切开珍珠蚌，提高开蚌成功率的目的，我们设计了一种简单可行的双向切割方法。

　　第一步：利用刀具的锋利的头部和其尖角插入河蚌的缝隙使得刀具快速对珍珠蚌的闭壳肌进行一次纵向的切割。

　　第二步：利用卸料装置的横向推动，使得卸料装置对珍珠蚌产生一个向外推动的力，此时珍珠蚌向外运动，该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第514期2013年第31期-----转载须注名来源其内部的闭壳肌同时向着刀具的锋利刃面运动，使得在纵向切割时未被完全切开的闭壳肌主动向刀具运动进行了一个横向的二次切割，达到了完全切断珍珠蚌闭壳肌的目的。

　　定位夹紧装置。根据珍珠蚌的中心对称结构，我们设置了如下图所示的V型夹具。使用V型夹具来固定珍珠蚌能够对珍珠蚌进行中心定位，使得刀具沿着动夹具的进刀口进入时能够准确的切入珍珠蚌缝隙，从而完成河蚌的切缝步骤。

　　对于实现珍珠蚌的定位夹紧功能而言，V型夹具的设计是最简单，成本最低，并且能够很好的实现对河蚌的定位夹紧功能的设计方式。

　　刀具导向块和导轮设计。为了防止刀具切割方向偏离，因此需要对刀具进行导向，使得刀具沿竖直方向向下切割。本项目中，采用两个相互对称的刀具导向块和一个装备在导向块之间的导轮来引导刀具沿固定方向进行切割。

　　同时采用导轮形式，由于刀背面积较小，受力偏转后会产生较大的压强，采用导轮形式可以将大部分的压力转化为导轮的切向力，有效的增加刀具的寿命。

　　自动上料装置初步方案。珠蚌自动上料装置。在珍珠蚌自动化加工中，自动上料装置分为供给、上料、下料这三道工序。为了提高生产效率，减轻作业者的劳动强度。实现珍珠蚌自动上料是很有意义的。

　　自动上料装置通常由供料机构、定位机构、上料机构这三个最基本的部分组成。各机构之间的连接通常使用传送机构或料道。

　　上料装置原理如下：当珍珠蚌倒入右边料斗中时。从批量进入筛选机构到一个个出来，中间设置一排序装置，三个不同宽度的门实现此功能。其间防止珍珠蚌卡住，所以加一振动电机，加以适当振动。

　　进料机构有六大部分组成：底座、支撑机架、加强筋、振动机机架、进料槽，震动电机。

　　根据设计需求，电机采用专用YZU系列振动电机。

　　创新研究的意义。经过一系列的创新技术研究，我们取得了以下成效：

　　a. 剖开珍珠蚌，在不破坏蚌壳的前提下，切开三角帆珍珠蚌；b. 落料收集，剖开的珍珠蚌自动落入收集筐中，满筐后取出； c. 生产效率，每小时可切开1500个珍珠蚌；d. 剖切质量，珍珠蚌开蚌率为98%以上。

　　由此可见，本项目研发完成后不仅能够顺利实现开蚌机自动开蚌的功能，还可以大大提高开蚌效率，同时，减少雇佣成本，增加了珍珠生产的利润。

　　本项目在针对国内开蚌效率低下，市场上没有自动开蚌机先例的情况下，积极进取，开拓创新。从人工开蚌的流程着手进行一系列的大胆发明研究。通过对剖切珍珠蚌的自动上料、夹具夹紧、切开珍珠蚌、自动落料四块内容的研究以及整合，完成了对开蚌机的初步设计阶段。项目如果得到很好的完成，对于国内的蚌类养殖业而言将是一个巨大的变革，意味着蚌类养殖业可以降低开蚌成本，提高开蚌效率，从人工开蚌转换为机械化的自动开蚌。是蚌类养殖业面对开蚌这一难题时献上的一份大大的解决方案。

　　张泽 纪华伟（作者单位：杭州电子科技大学机械工程学院）