劉長偉 安 鑫 孫 宇 曲威禹 邢東杰 門寧寧 張奎彪

吉林省艾斯克機電股份有限公司吉林省家禽加工裝備科技創(chuàng)新中心 吉林四平 136000

國外研究和生產(chǎn)家禽自動掏膛設備的機構(gòu)主要有丹麥的LINCO公司、荷蘭的STORK公司、MEYN公司和FOOD MATE公司。從20世紀60年代,這幾家公司就開始研究自動掏膛技術(shù)，技術(shù)比較成熟，居世界領(lǐng)先水平。國內(nèi)禽屠宰加工裝備行業(yè)還屬于一個新興行業(yè)，吉林省艾斯克機電股份有限公司(SSK)和中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院，近幾年才開始研究自動掏膛技術(shù)，并取得一些成果，有幾種形式的自動切肛設備得到推廣應用。

家禽自動掏膛工序的順序為：切肛、開膛、掏膛、吸肺、絞嗉囊、清洗。家禽屠宰加工是一個系統(tǒng)工程，工序之間高度關(guān)聯(lián)，一環(huán)扣一環(huán)，一個環(huán)節(jié)的變化會對后續(xù)環(huán)節(jié)有很大影響[1]。切肛工序是自動掏膛生產(chǎn)線第一道工序，切肛指標對整條自動掏膛生產(chǎn)線效果影響非常大，必須對切肛技術(shù)和設備進行深入研究。

1 工藝條件

(1)雞品種：愛博益加、寶羅、羅斯、艾維茵等白羽肉雞，中國土雞，毛雞重量1.0～3.0kg。

(2)掏膛線掛架間距6 inch，切肛工作單元數(shù)量20套。

(3)噴水管路水源壓力0.3MPa，耗水量0.5m3/h。

(4)噴氣管路工作壓力0.5MPa，耗氣量30m3/h。

(5)吸氣管路工作壓力-0.06MPa，耗氣量300m3/h。

(6)切肛電機功率0.75kw，變頻調(diào)速。

(7)生產(chǎn)線加工能力6 000～13 500只雞/h。

2 自動切肛技術(shù)研究

2.1 切肛機組成

切肛機組成(見圖1)包括：上轉(zhuǎn)盤、上滑桿、上軌跡、中間軌跡、大齒輪、定位軌跡、下滑桿、下軌跡、下轉(zhuǎn)盤、吊鉤、上滑座、中間滑座、小齒輪、切肛刀、引導桿、定位環(huán)、抱雞桿、頂背板、下滑座。在生產(chǎn)過程中各部件協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)自動切肛。

圖1 切肛機示意圖

2.2 真空吸附肛門切肛技術(shù)研究

2.2.1 真空吸附肛門切肛技術(shù)工作原理

自動切肛機采用真空吸附肛門的切肛原理，切肛步驟見圖2。高架線輸送禽胴體進入自動切肛機，定位環(huán)從禽胴體兩腿間穿過，將禽胴體導到頂背板處，使頂背板頂在禽胴體背部，定位軌跡控制定位環(huán)逐漸下降，在下降過程中將禽肛部壓住，并將禽尾尖夾住，防止切肛過程中禽尾尖與切肛刀干涉，同時下滑座在下軌跡控制下開始上升，彈性抱雞桿隨下滑座上升過程中將禽體逐漸抱緊，固定住禽胴體，上滑座在上軌跡的控制下逐漸下降，帶動引導桿逐漸下降從禽胴體肛門插入禽胴體內(nèi)部，引導桿卡頭將禽體肛門卡住,通過引導桿頭部吸氣孔真空吸氣將禽肛門吸住，防止切肛過程中肛門從引導桿卡頭上掉落(見圖2a)；中間滑座在中間軌跡的控制下逐漸下降，帶動切肛刀下降，在引導桿的引導下切肛刀準確的到達禽體肛門位置，并通過大齒輪和小齒輪的嚙合，帶動切肛刀旋轉(zhuǎn)將禽體的肛門和周邊組織切離(見圖2b)；隨后切肛刀和引導桿同步上升，將切下的肛門和盲腸從禽體內(nèi)拉出(見圖2c)；然后切肛刀逐漸上升，引導桿逐漸下降，使切肛刀與引導桿卡頭分離，此時引導桿頭部吸氣孔自動切斷真空氣源，松開肛門并掛在禽體背部(見圖2d)；之后定位環(huán)在定位軌跡的控制下，彈性抱雞桿在下軌跡的控制下分別沿各自軌跡上下滑動將禽體松開，完成自動切肛全過程。

圖2 切肛步驟示意圖

2.2.2 真空吸附肛門切肛試驗

(1)切肛刀切入雞胴體深度太淺，肛門和雞胴體沒有完全切離的就會增多，切入雞胴體深度太深，肛門和盲腸連接處被切斷的就會增多。經(jīng)試驗切肛刀切入雞胴體深度為50～60mm為最佳。

(2)當切肛刀轉(zhuǎn)速太慢時，肛門和雞胴體沒有完全切離的就會增多，當切肛刀轉(zhuǎn)速太快時，肛門和盲腸連接處被切斷的就會增多。經(jīng)過反復試驗得出加工能力與切肛刀轉(zhuǎn)速對應表，見表1。

表1 加工能力與切肛刀轉(zhuǎn)速對應表

(3)愛博益加、寶羅、羅斯、艾維茵等白羽肉雞品種，雞胴體重量和體形偏差小，毛雞重量大多在2.2～2.8kg之間，自動切肛效果較好。中國土雞品種，毛雞重量在1.0～3.0kg，雞胴體重量和體形偏差大，自動切肛效果不理想。

(4)真空吸附肛門切肛技術(shù)，優(yōu)點是設備本身結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。缺點是在實際應用過程中，真空吸附禽胴體肛門需要額外配套真空系統(tǒng)，運行成本高，真空吸附禽胴體肛門有的肛門吸附不夠牢固，在切肛過程中有肛門從引導桿卡頭掉落現(xiàn)象，平均切肛合格率75%。

2.3 機械夾持肛門切肛技術(shù)研究

2.3.1 機械夾持肛門切肛技術(shù)工作原理

針對上述缺點和不足，以及實際應用中存在的問題，我們對自動切肛機進行了升級，將固定禽胴體肛門方法由真空吸附升級為機械夾持結(jié)構(gòu)，通過外管夾槽與引導桿卡頭共同將禽胴體肛門夾住，防止切肛過程中肛門從引導桿卡頭上掉落，機械夾持肛門比真空吸附肛門更牢固可靠，即保證了切肛過程中肛門夾持的可靠性，又省去了真空吸附禽胴體肛門額外配套的真空系統(tǒng)，見圖3。

圖3 肛門吸附和夾持過程示意圖

2.3.2 機械夾持肛門切肛試驗

通過試驗，機械夾持肛門比真空吸附肛門更牢固可靠，切肛合格率比真空吸附肛門切肛高3%，平均切肛合格率達到78%。不需要額外配套真空系統(tǒng)，運行成本低。缺點是只能針對不同批次雞大小調(diào)整肛門位置，不能針對每只雞大小精準調(diào)整肛門位置。愛博益加、寶羅、羅斯、艾維茵等白羽肉雞品種，雞胴體重量和體形偏差小，毛雞重量大多在2.2～2.8kg之間，自動切肛效果較好。中國土雞品種多，毛雞重量在1.0～3.0kg之間，同批次雞外形、重量差別大，當雞只偏小時切肛刀就會切在雞胴體的背部，當雞只偏大時切肛刀就會切在雞胴體的腹部，切肛效果明顯下降，自動切肛效果不理想。

2.4 智能化自動切肛技術(shù)研究

近年來中國土雞消費量快速增長，土雞屠宰加工不同于白羽肉雞，由于土雞品種，養(yǎng)殖條件，飼料配方等原因，使得同批次的家禽胴體外形、重量不一致[2]，屠宰的品種多數(shù)在十幾個以上，每天要按照訂單計劃，加工不同品種、體型、重量、養(yǎng)殖期的土雞。針對土雞的特點，SSK公司推出了智能化自動切肛技術(shù)。

2.4.1 智能化自動切肛技術(shù)工作原理

禽胴體外形、重量不一致時切肛合格率明顯下降的原因是家禽胴體肛門位置不一致，導致引導桿無法準確插入肛門，引導切肛刀沿正確路徑切下肛門。為此，SSK公司在機械夾持肛門切肛技術(shù)的基礎上增加了機器視覺系統(tǒng)(見圖4)，機器視覺系統(tǒng)中的掃描頭先對雞胴體進行掃描，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，運用3D成像技術(shù)確定雞肛門位置與引導桿中心位置的距離，將信息輸出到切肛機頂背機構(gòu)，自動調(diào)整頂背板位置，如果雞肛門位置偏右(見圖5a)，頂背板向左縮回將雞肛門送到切肛刀位置，如果雞肛門位置偏左(見圖5b)，頂背板向右伸出將雞肛門送到切肛刀位置，通過調(diào)整使雞肛門中心位置與引導桿中心位置重合(見圖5c)，實現(xiàn)精準切肛。

圖4 機器視覺系統(tǒng)工作示意圖

圖5 家禽胴體規(guī)格不一致時肛門位置示意圖

3 討論

智能化自動切肛技術(shù)是在機械夾持肛門切肛技術(shù)的基礎上增加機器視覺系統(tǒng)，利用機器視覺系統(tǒng)對每只雞胴體進行掃描，使每只雞肛門中心位置與引導桿中心位置重合，確保引導桿準確插入禽體肛門，引導切肛刀沿正確路徑切肛，切肛合格率明顯提高，平均切肛合格率達到96%[3]。不論是體態(tài)均勻的白羽肉雞品種，還是重量和體形偏差大的中國土雞品種，通過智能化自動切肛技術(shù)，針對每一只雞智能化定位，都能達到理想的切肛效果，見圖6。

圖6 三種切肛方法切肛合格率對比

4 結(jié)論

對3種切肛技術(shù)研究結(jié)果：第一種,真空吸附肛門切肛方法，設備結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，適用于規(guī)模較小企業(yè)對品種單一、體態(tài)均勻的白羽肉雞自動切肛；第二種，機械夾持肛門切肛方法，設備結(jié)構(gòu)較復雜，效率高，適用于規(guī)模較大企業(yè)對白羽肉雞自動切肛；第三種,智能化切肛方法，可以針對每一只雞進行智能化定位，適用于自動化管理規(guī)范、設備維護水平較高的企業(yè)對多種規(guī)格肉雞品種的自動切肛。3種切肛技術(shù)的合格率依次為：75%、78%、96%，采用智能化切肛技術(shù)是自動掏膛生產(chǎn)線的發(fā)展方向。