珍珠河蚌自动化开壳设备技术研究

刘灿

（浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴 312000）

珍珠河蚌作为珍珠形成的天然载体，受到了水产养殖业的青睐，同时用作中药材、化妆品等，需求量极大；但天然珍珠形成周期长，且资源稀少，而通过人工育珠的方法却可以大大提高珍珠的产量。由于养殖年份的不同和个体差异的存在，每个珍珠蚌大小规格也有较大的差异，这些特征造成了大规模从河蚌中取出珍珠时存在技术瓶颈。以往的开壳方式均是借助于人工将刀片嵌入上下蚌壳间并利用锥度进一步在力的作用下切开蚌体，生产效率较低，操作者始终保持固定的姿势，极易造成疲劳，因此有必要研究新的自动化的开壳方式来简化操作，降低操作者的工作量。

1 研究基础与发展趋势

通过查阅国内外相关文献资料，结果表明100多年来并没有成熟的珍珠蚌开蚌机出现。总体来看，一方面，现有的开蚌技术和设备主要侧重于解决开蚌中某一个环节的技术问题，并未对整个开蚌环节进行整体规划和设计，有些技术的机械自动化程度低，作业不连续，仅能部分替代人工或者需要配置专用设备才能使用，这些设备并不能有效改善当前人工开蚌效率低下的现状。另一方面，由于珍珠蚌的采收季节性强，主要集中在每年10月至次年2月，设备的闲置率较高，生产成本和维护成本过高的设备性价比低。因此，开发造价低、维护方便简单的设备就显得尤为重要。此外，绝大部分的已有研究并未专门针对育珠珍珠蚌的开蚌过程进行，因此，使用热能、化学、高压电等方法有可能造成对珍珠的损坏，不适合珍珠蚌。同时，这些方法在工人操作时有一定的危险性，职业病风险高。

开蚌取珠处于珍珠蚌养殖与珍珠加工的中间环节，该环节是珍珠由蚌内转到蚌外的关键一环，也是阻碍珍珠产业链提升的瓶颈之一。近几年来，随着珍珠行业科技投入的加大，珠贝育苗、珠核植入以及珍珠的初加工及深加工等都有了一定发展，开蚌取珠的前端生产链和后续生产链都在一定程度上实现了自动化，具有较高的科技含量。目前开蚌取珠仍然处于纯手工阶段，显然，与珍珠相关的技术或产业的长远发展的基础是开蚌取珠技术的充足发展。因此，采用机械化方式开蚌是珍珠产业取珠环节的趋势。

2 自动开蚌系统研究

本研究针对珍珠蚌养殖业加工的现状，为提高开蚌效率，降低环境污染，增加安全性，提升技术含量，降低成本，对珍珠蚌的机械化自动分拣、上下料、开蚌、蚌珠分离、蚌肉烘干、蚌壳粉碎进行研究，旨在开发相关的一体化开蚌设备，提高珍珠蚌养殖业的整体技术含量。推动传统产业的转型升级，以机器换人大幅度减轻开蚌操作工人的劳动强度，节省开蚌所需的人力资源和成本，为蚌类养殖业带来更高的效率。同时，可以提高产品附加值，提升行业竞争力。图1为本研究的技术路线图。

图1 自动开蚌系统研究技术路线图

下面，结合技术路线图，对自动开蚌系统各部分组成进行分析与阐述。

2.1 珍珠蚌的大小分级

珍珠蚌大小规格存在较大的个体差异，即使同年份的珍珠蚌也存在大小不一的情况。珍珠蚌的大小直接影响到夹紧机构的尺寸，由于珍珠蚌的大小与蚌中珍珠大小直接相关，而规格过小的珍珠并没有太大商业价值，所以珍珠蚌分筛装置设定一个尺寸最小标准值，小于该标准值的珍珠蚌将不进入加工程序。可以继续投放养殖或者改为人工切剖，以降低设备损耗。高于最小标准值的珍珠蚌根据尺寸分为2～3级，分别对应不同规格的夹具和刀具。本研究中的自动开蚌系统的第一道工序是珍珠蚌大小的分级。珍珠蚌大小分级有助于简化开蚌设备，提高开蚌准确率。

2.2 珍珠蚌的自动上下料

珍珠蚌是水产生物，表面潮湿，同时多伴有粘液、污物和苔藓等物质，表面比较光滑，摩擦系数较小，在上料时容易偏离轨道或滑落。采用正确的结构和技术来保持珍珠蚌在输送过程中的稳定性成为自动上料技术的关键。而蚌体切割后的分离(即下料)通过机构的运行方式和输送轨道的形状来实现。图2为自动下料原理图。

图2 自动下料原理图

珍珠蚌放置于图2中的楔块夹紧装置中，夹紧装置放置在链传送带上，利用链传动的周期运动实现珍珠蚌切割后在链轮转弯处自动下料。

2.3 不规则形状珍珠蚌的定位夹紧

珍珠蚌一般采用三角河蚌进行养殖，其外形一般中间高，周边低，且在手术植入介质后在蚌体现在留下外突疤痕，这些因素使珍珠蚌的定位成为整个开蚌技术的关键。本课题在分析相关文献和专利的基础上充分考虑这些因素，使珍珠蚌能够自动定位夹紧，并保持一定的柔性，使珍珠蚌壳体不会因夹紧力过大而发生破坏。同时，夹具的制造成本和维护成本也是重点考虑的因素，因此设计一种结构巧妙、成本低廉的夹紧定位装置非常重要。

2.4 珍珠蚌的切割

珍珠蚌具有不同的大小，采取切割技术时必须充分考虑蚌的大小和蚌表面的摩擦系统以及蚌的对中性，同时蚌体切割时会对夹具产生强大的夹紧作用力，使切割的阻力大大加强。如何选择合适的刀具大小和刀具材料，以及设计合适的力矩成为开蚌面临的又一关键技术。该装置由电动机带动砂轮片实现对珍珠蚌的切剖。电动机选用多级调速的变频电机。利用变频电机高转速，能宽范围调速的优良特性，实现对珍珠蚌的顺利切剖。通过电机驱动砂轮的切剖装置切剖珍珠蚌，能高度模仿人工开蚌方式，整体机构简单，易于装调。通过调换砂轮片的直径大小，能实现对不同年份，不同大小珍珠蚌的切剖。

2.5 蚌珠分离、蚌肉烘干、蚌壳粉碎

开蚌的最终目的是获取珍珠，因此如何从开蚌后的蚌壳中取出珍珠是该研究的最终目的。蚌珠分离分为两步，第一步是使用特制刀具将切剖后的蚌体中的肉珠混合物（河蚌内脏）挖出，第二步对挖出的混合物进行搅拌分离。珍珠蚌的蚌肉可以食用，也可以作为饲料使用，蚌壳中的蚌肉与珍珠分离后，蚌肉必须及时处理才能确保蚌肉的质量，因此，蚌肉烘干可以作为自动开蚌系统的一道工序。蚌壳可用为化妆品的原料或制作药品，研究蚌壳的粉碎技术是保证珍珠蚌被充分利用的关键技术之一。

2.6 多工位节拍式的流水线集成装置技术

开蚌技术的目的是解放劳动力，如何使开蚌技术实现连续操作是该技术必须重点考虑的内容，否则就起不到应有的作用。本研究使用PLC技术控制节拍，使上料、链传送、夹紧、切割、蚌珠分离等操作完全自动化，由此形成一套完备的流水线式的机械化装备，为开蚌技术走向产业化打下基础。图3为珍珠蚌自动开蚌系统中的核心机构原理图，包括自动上下料、定位夹紧、切割。

图3 自动开蚌系统核心机构原理图

3 结语

本文通过研究珍珠河蚌的开壳工艺，探讨自动化生产珍珠的过程和方法，提出了技术路线图；同时，结合实际应用，设计了河蚌自动化开壳的关键技术环节，为珍珠河蚌养殖业的连续自动化生产提供理论和方法支持。

参考文献：

[1]张莉,李世敏.中国珍珠产业技术创新研究[J].海洋科学,2008,32(4):19-23.