УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЕТИРОВАНИЯ РЫБЫ
DEVICE FOR FILLETING FISH

Изобретение относится к рыбной промышленности, а более конкретно к области технологического оборудования для филетирования рыбы, и может найти применение на береговых рыбообрабатывающих предприятиях и судах промыслового флота.
Производство рыбного филе - это наиболее экономически целесообразный процесс обработки в рыбообрабатывающей отрасли. Во-первых, отходы филетирования становятся дополнительным сырьем для производства рыбного фарша. Во-вторых, на всех этапах холодильной цепи получается значительная экономия как энергозатрат, так и холодильных емкостей. В-третьих, потребителю доставляется готовый продукт высокой пищевой ценности.
Филетирование рыбы является самостоятельным технологическим процессом при первичной обработке рыбы. Исходным сырьем при этом является потрошеная обезглавленная тушка без хвостового плавника. Общим требованием для всех операций филетирования является уменьшение отходов мяса.
Основными проблемами реализации технологического процесса филетирования рыбы являются: сокращение потерь мяса при вырезании хребтовой кости и повышение выхода филейчиков за счет точной настройки рабочих органов на экономичный рез; надежная фиксация и центрирование тушки при обработке за счет применения направляющих элементов; предотвращение повреждений мышечных тканей филе.
Наиболее экономичным режимом филетирования в отрасли является полное вырезание хребтовой и спинных костей с последующим удалением реберных костей из филейчиков при помощи машин-экстракторов. Это позволяет сохранить ценное мясо филе без повреждений.
Известно устройство для получения филе из рыбы (RU №1463119, МПК А22С 25/16, опубл. 28.02.1989), включающее транспортирующий орган, спаренные дисковые ножи для резки брюшка, спаренные дисковые ножи для резки спинки, спаренные дисковые ножи для отделения филе от позвоночника в зоне хвоста, горизонтальные дисковые ножи для прорезания брюшка и нож-штихель для отделения полос филе, включающих кости. В устройстве выполняется резка спинки и брюшной части дисковыми ножами по обеим сторонам спинной кости и брюшной кости до позвоночника. Кроме того, последовательно осуществляются надрезы мякоти и срезаются реберные кости. Скребковые инструменты срезают филе в местах прикрепления боковых отростков позвонков к спинной кости.
К недостаткам данного устройства следует отнести большие потери ценного мяса при филетировании. Рыба последовательно проходит несколько групп режущих инструментов, что снижает точность обработки, поскольку при движении тушка неизбежно смещается от оси транспортирующего органа. Кроме того, выполняется большое количество разрезов тушки, что приводит к снижению выхода готового продукта. Обработка дисковыми ножами и скребковыми инструментами не обеспечивает хорошего качества поверхности реза вследствие больших сил сопротивления резанию, что снижает потребительское качество филе.
Известны способ и устройство для филетирования рыбы (US №9125424, МПК А22С 25/16, опубл. 08.09.2015). Устройство включает пару дисковых ножей, расположенных под углом друг к другу, а также конвейер для перемещения рыбы с опорным приспособлением. Спаренные дисковые ножи имеют возможность упругой деформации, причем степень деформации определяется шириной хребтовой кости и спинных лучевых костей. При этом зазор между режущими кромками ножей самонастраивается в зависимости от ширины костей, поскольку гибкие режущие кромки ножей раздвигаются костями рыбы в стороны при прохождении тушки через режущий орган.
К недостатку данного устройства следует отнести возникновение больших сил сопротивления резанию на боковых поверхностях дисковых ножей, что негативно сказывается на качестве поверхности реза. Кромки дисковых ножей выполнены эластичными, однако увеличение зазора между ними существенно ограничено упругостью материала, из которого изготовлены ножи. Это ограничивает размеры обрабатываемой рыбы и снижает универсальность устройства с точки зрения размерного диапазона сырья.
Наиболее близким техническим решением является устройство для филетирования рыбы (RU №1472026, МПК А22С 25/16, опубл. 15.04.1989), содержащее транспортирующий орган, включающий подающий конвейер и боковые транспортерные ленты, режущий орган, включающий режущие элементы, выполненные в виде приводимых во вращение спаренных дисковых ножей для резки спинки, спаренных дисковых ножей для резки брюшка и спаренных дисковых ножей для срезания филе, а также направляющий орган, включающий спаренные продольные направляющие, приводной зубчатый диск и прижимы.
Решающим недостатком, ограничивающим применение данного устройства, являются значительные потери ценного мяса при филетировании, а также невысокое качество поверхности реза и возникновение механических повреждений тканей филе. Тушка рыба последовательно проходит через несколько пар дисковых ножей, смещаясь при этом относительно оси симметрии устройства. Это приводит к тому, что на вырезанной непищевой части рыбы остается много мяса. Расстояние между спаренными дисковыми ножами не регулируется, что также приводит либо к потерям мяса, либо к застреванию тушки в устройстве. Применение в качестве режущих инструментов дисковых ножей приводит к возникновению больших сил трения на боковых поверхностях ножей и сил сопротивления резанию, что негативно сказывается на качестве поверхности реза. В устройстве брюшные стенки расправляются вниз и прижимами фиксируются на планках, а направляющие разводят надрезанные участки спинки в стороны. Это приводит к механическим повреждениям мышечной ткани филе в местах крепления реберных костей. Приводной зубчатый диск имеет малую площадь соприкосновения с хребтовой костью рыбы, что не обеспечивает надежную фиксацию и центрирование тушки.
Изобретение решает задачи сокращения потерь ценного мяса филе, улучшения качества поверхности реза и сохранения целостности мышечной ткани филе за счет использования ленточных ножей, обеспечения более экономного реза, улучшения фиксации и центрирования тушки при филетировании.
Для достижения необходимого технического результата в устройстве для филетирования рыбы, содержащем подающий конвейер, боковые транспортерные ленты, режущие элементы, установленные с обеих сторон хребтовой кости тушки рыбы, подающую зубчатую опору для хребтовой кости тушки рыбы, предлагается в качестве режущих элементов использовать замкнутые ленточные ножи, причем каждый ленточный нож установить на двух шкивах и снабдить приводом. Ширину полотна ленточного ножа предлагается ориентировать параллельно направлению подачи тушки рыбы, а плоскость заточки ножа - под углом к направлению подачи и расположить на стороне полотна ножа, обращенной к хребтовой кости тушки рыбы. Кроме того, каждый ленточный нож предлагается снабдить подпружиненным натяжным роликом, взаимодействующим с полотном ножа, обеспечивая заданную величину упругой деформации для корректировки линии реза в плоскости, перпендикулярной направлению подачи. Приводные ролики для боковых транспортерных лент предлагается выполнить в виде конусов, ориентированных основанием вверх, и, кроме этого, использовать дополнительные ведомые конусные ролики, выполненные подпружиненными. Устройство предлагается снабдить опорным приспособлением для тушки рыбы, верхнюю часть корпуса которого выполнить с продольным пазом для подающей зубчатой опоры для хребтовой кости рыбы, которую предлагается выполнить в виде замкнутого гибкого зубчатого элемента и установить на двух шкивах, которые разместить в корпусе опорного приспособления для тушки рыбы. С обеих сторон от продольного паза на корпусе предлагается выполнить оппозитно расположенные вертикальные пазы под ленточные ножи.
В предлагаемом устройстве резание осуществляется парой ленточных ножей, имеющих одностороннюю (асимметричную) заточку полотна, ширина полотна ленточного ножа ориентирована параллельно направлению подачи тушки рыбы. Плоскость заточки ножа ориентирована под углом к направлению подачи и расположена на стороне полотна ножа, обращенной к хребтовой кости тушки рыбы. На полотно ленточного ножа с односторонней заточкой при резании действуют несколько различных сил. Силы, направленные вдоль направления резания, являются касательными. Силы, направленные перпендикулярно направлению резания, являются нормальными. Сила упругой деформации полотна ленточного ножа является нормальной, направлена в сторону хребтовой кости тушки и регулируется при помощи подпружиненного натяжного ролика. Сила сопротивления резанию имеет касательную составляющую, приложенную к режущей кромке ножа противоположно направлению резания, две нормальные составляющие, приложенные к боковым поверхностям полотна, а также составляющую, приложенную к плоскости заточки.
Результирующая сила, являющаяся векторной суммой силы сопротивления резанию и силы упругой деформации полотна, определяет положение полотна ленточного ножа относительно хребтовой кости тушки. При этом нормальная составляющая результирующей силы перемещает полотно ножа относительно хребтовой кости, а касательная составляющая создается транспортирующим органом при перемещении тушки через режущий орган. Зазор между ленточными ножами устанавливается заведомо меньшим диаметра хребтовой кости обрабатываемых рыб.
При филетировании рыбы возможны два следующих случая резания ленточными ножами.
1. Резание мышечной ткани рыбы ленточными ножами.
2. Встреча режущих кромок ленточных ножей с хребтовой костью и ее резание.
В первом случае сила сопротивления резанию меньше силы упругой деформации полотна ленточного ножа, что обусловлено невысокой плотностью мышечной ткани. Нормальные составляющие силы сопротивления резанию существенно меньше остальных ее составляющих. Поскольку поверхность заточки обращена в сторону хребтовой кости, суммарная сила сопротивления резанию направлена от хребтовой кости противоположно движению тушки. В результате сложения силы сопротивления резанию и превышающей ее силы упругой деформации полотна результирующая сила направлена в сторону хребтовой кости, поэтому ленточный нож смещается до соприкосновения его боковой поверхности с хребтовой костью. При соприкосновении боковых поверхностей ножей с хребтовой костью обе результирующие силы взаимно уравновешиваются, а ножи перемещаются относительно хребтовой кости, касаясь ее поверхности. При этом встреча режущей кромки ножей с поверхностью хребтовой костью невозможна, что обусловлено расположением плоскостей заточки.
Во втором случае сила сопротивления резанию больше силы упругой деформации полотна ленточного ножа, поскольку плотность хребтовой кости значительно превышает плотность мышечной ткани. Нормальные составляющие силы сопротивления резанию существенно меньше касательной составляющей и составляющей, приложенной к плоскости заточки. При этом суммарная сила сопротивления резанию также направлена от хребтовой кости противоположно движению тушки. Однако в результате сложения силы упругой деформации полотна и превышающей ее силы сопротивления резанию результирующая сила направлена от хребтовой кости, поэтому ленточные ножи прорезают хребтовую кость и выходят на ее поверхность с обеих сторон, после чего условия резания сводятся к первому случаю.
Таким образом, после кратковременного резания хребтовой кости ленточные ножи самонастраиваются и далее осуществляют резание по ее поверхности, обеспечивая наиболее экономичное филетирование рыбы.
Применение ленточных ножей, режущие кромки которых расположены перпендикулярно направлению движения тушки рыбы, существенно снижает нормальные составляющие силы сопротивления резанию и улучшает качество поверхности реза. Одновременное движение полотен ленточных ножей по замкнутым кривым на приводимых во вращение шкивах и прямолинейное перемещение сырья транспортирующим органом обеспечивают скользящее резание, которое наиболее эффективно с точки зрения качества поверхности реза. Это позволяет увеличить скорость резания, что улучшает качество поверхности реза, существенно снижает удельные нагрузки на режущие инструменты, а также создает условия для постоянной зачистки режущих кромок с повышением коэффициента их использования. Промышленные исследования показывают, что оптимальная толщина полотна ленточного ножа находится в промежутке 0,15-0,30 мм, а ширина полотна должна быть по возможности малой для снижения боковых сопротивлений резанию.
Описание изобретения иллюстрируется прилагаемыми схемами, где на:
фиг. 1 - предлагаемое устройство для филетирования рыбы, общий вид слева;
фиг. 2 - то же, общий вид справа;
фиг. 3 - то же, вид сбоку слева;
фиг. 4 -то же, вид сбоку справа;
фиг. 5 - то же, вид сзади;
фиг. 6 - то же, вид без боковых транспортерных лент;
фиг.7 - то же, вид со стороны выхода филе;
фиг. 8 - схема опорного приспособления для тушки рыбы без боковой части корпуса;
фиг. 9 - схема расположения замкнутых ленточных ножей относительно хребтовой кости тушки рыбы при резании.
На схемах приняты следующие обозначения:
1 - опора;
2 - опорная рама;
3 - подающий конвейер;
4 - корпус опорного приспособления для тушки рыбы;
5 и 6 - ведущий и ведомый шкивы замкнутого гибкого зубчатого элемента опорного приспособления для тушки рыбы;
7 - электродвигатель привода замкнутого гибкого зубчатого элемента опорного приспособления для тушки рыбы;
8 - замкнутый гибкий зубчатый элемент опорного приспособления для тушки рыбы;
9 - зуб замкнутого гибкого зубчатого элемента опорного приспособления для тушки рыбы;
10, 11 - паз под ленточный нож на корпусе опорного приспособления для тушки рыбы;
12, 13 - крышка опорного приспособления для тушки рыбы;
14, 15, 16, 17 - электродвигатель;
18,19, 21,24 - приводной конусный ролик для боковых транспортерных лент;
22, 23, 20, 25 - ведомый конусный ролик для боковых транспортерных лент;
26, 27, 28, 29 - опора ведомого конусного ролика для боковых транспортерных лент;
30, 31, 32, 33 - пружина;
34, 35 - боковая транспортерная лента;
36, 37 - кронштейн;
38, 41 - ведущий шкив ленточного ножа;
39, 40 - ведомый шкив ленточного ножа;
42, 43 - электродвигатель привода ленточного ножа;
44, 45 - замкнутый ленточный нож;
46, 47 - плоскость заточки ленточного ножа;
48, 49 - подпружиненный натяжной ролик;
50, 51 - отводной лоток для филе;
52 - желоб для отвода костных отходов;
53 - тушка рыбы;
54 - хребтовая кость;
55 - спинная лучевая кость;
56 - продольный паз на корпусе опорного приспособления для тушки рыбы.
В предлагаемом техническом решении задачи сокращения потерь ценного мяса филе, улучшения качества поверхности реза и сохранения целостности мышечной ткани филе решаются за счет использования в качестве режущих элементов пары ленточных ножей, установленных на шкивах и подпружиненных упорными роликами. Полотна ленточных ножей имеют одностороннюю заточку. Ножи установлены так, что плоскость заточки расположена на стороне полотна ножа, обращенной к хребтовой кости рыбы. Сила упругой деформации полотен ножей регулируется подпружиненными натяжными роликами. Это позволяет ножам в процессе резания самонастраиваться по толщине хребтовой кости и выполнять скользящее резание по поверхности хребтовой кости. Снижение нормальных составляющих сил сопротивления резанию на перемещающихся боковых поверхностях ленточных ножей позволяет увеличить скорость резания, что существенно улучшает качество поверхности реза. Разрезание тушки рыбы на два филейчика осуществляется без распластывания брюшин на упорных плоскостях и прижимания их к граням режущих элементов (как это происходит в ближайшем аналоге), что позволяет сохранить целостность мышечной ткани филе и обеспечить высокое качество готового продукта. Вместе с тем, ленточные ножи полностью разъединяют реберные кости и хребтовую кость, что позволяет в дальнейшем удалить реберные кости экстрактором с сохранением высокого качества филе без потерь ценного мяса. Задача улучшения фиксации и центрирования рыбы решается за счет использования опорного приспособления для тушки рыбы и ее центрирования, в полости которого на двух шкивах установлен замкнутый гибкий зубчатый элемент опорного приспособления для тушки рыбы. Зубья замкнутого гибкого элемента входят в зацепление с хребтовой костью рыбы и не позволяют ей смещаться относительно плоскости движения. Также улучшение фиксации и центрирования рыбы достигается при помощи подпружиненных конусных роликов, закрепленных с возможностью вращения и обеспечивающих прилегание транспортерных лент к тушке, причем использованная форма ролика в виде конуса усиливает давление боковой транспортерной ленты на верхнюю часть тушки рыбы, тем самым обеспечивается лучшая фиксации тушки рыбы во время операции резания.
В предлагаемом устройстве для филетирования рыбы на опорах 1 установлена опорная рама 2, на которой закреплен подающий конвейер 3. На опорной раме 2 закреплен корпус 4 опорного приспособления для тушки рыбы, в полости которого установлены ведущий 5 и ведомый 6 шкивы. Внутри вала ведущего шкива 5 установлен электродвигатель 7 привода ведущего шкива 5. Шкивы 5 и 6 взаимодействуют с замкнутым гибким зубчатым элементом 8, по всей длине которого выполнены зубья 9 для захвата хребтовой кости, чтобы обеспечить фиксацию по всей длине тушки при ее передвижении. В корпусе 4 опорного приспособления выполнены пазы 10, 11 и 56, а торцы корпуса 4 опорного приспособления снабжены крышками 12 и 13. На опорной раме 2 закреплены электродвигатели 14, 15, 16, 17, приводящие во вращение приводные конусные ролики 18, 19, 20, 21 с боковыми транспортерными лентами 34, 35. Для обеспечения более плотного прилегания боковых транспортерных лент 34, 35 к тушке рыбы они взаимодействуют с дополнительными ведомыми конусными роликами 22, 23, 24, 25, установленными на опорах 26, 27, 28, 29 на опорной раме 2 с возможностью вращения и подпружиненными закрепленными на опорах 26, 27, 28, 29 пружинами 30, 31, 32, 33.
На опорной раме 2 закреплены кронштейны 36 и 37, на которых установлены шкивы 38, 39, 40, 41. Электродвигатели 42 и 43 приводов ленточных ножей 44 и 45 связаны с ведущими шкивами 38 и 41 соответственно. На шкивах 38, 39, 40, 41 установлены замкнутые ленточные ножи 44 и 45, имеющие односторонние плоскости заточки 46 и 47, которые обращены к хребтовой кости тушки рыбы. Замкнутые ленточные ножи 44 и 45 проходят через пазы 10 и 11 в корпусе 4 опорного приспособления для тушки рыбы. На кронштейнах 36 и 37 закреплены подпружиненные натяжные ролики 48 и 49, с которыми взаимодействуют полотна замкнутых ленточных ножей 44 и 45 во время работы. На опорной раме 2 закреплены отводящие лотки 50 и 51, между которыми закреплен желоб для отвода костных отходов 52.
Описание работы устройства для филетирования рыбы.
Оператор включает устройство для филетирования, после чего приводятся в движение: подающий конвейер 3, электродвигатель 7 привода замкнутого гибкого зубчатого элемента 8 опорного приспособления для тушки рыбы, электродвигатели 14, 15, 16, 17, приводящие в движение боковые транспортерные ленты 34 и 35, электродвигатели 42, 43 привода ленточного ножа. Электродвигатель 7 приводит в движение ведущий шкив 5, который, в свою очередь, приводит во вращение замкнутый гибкий зубчатый элемент 8 опорного приспособления для тушки рыбы и соответственно ведомый шкив 6.
Электродвигатели 14, 15, 16, 17 вращают приводные конусные ролики 18, 19, 20, 21, которые перемещают боковые транспортерные ленты 34, 35. Электродвигатели 42, 43 вращают ведущие шкивы 38, 41, которые приводят во вращение замкнутые ленточные ножи 44, 45 и взаимодействующие с ними шкивы 39, 40. Выпотрошенная и обезглавленная тушка 53 рыбы перемещается лентой подающего конвейера 3 к корпусу 4 опорного приспособления для тушки рыбы. Оператор берет тушку 53 рыбы и укладывает ее открытой брюшной полостью вниз на корпус 4 опорного приспособления. Тушка 53 рыбы опирается хребтовой костью 54 на зубья 9 замкнутого гибкого элемента 8. Зубья 9 входят в зацепление с хребтовой костью 54 и захватывают ее, вследствие чего, тушка 53 рыбы перемещается замкнутым гибким зубчатым элементом 8 в сторону ленточных ножей 44, 45. Тем самым обеспечивается фиксация и центрирование тушки 53 рыбы на корпусе 4 опорного приспособления. Дополнительно тушка 53 рыбы охватывается с двух сторон боковыми транспортерными лентами 34, 35, которые помогают сохранить заданное положение тушки 53 на корпусе 4 опорного приспособления, переместить тушку 53 к ленточным ножам и удерживать ее во время проведения операции филетирования. Боковые транспортерные ленты 34, 35 вращают вокруг своих осей подпружиненные конусные ролики 22, 23, 24, 25, которые, благодаря выбранной форме в виде конусов, обеспечивают более плотное прилегание транспортерных лент 34, 35 именно к верхней части тушки 53 рыбы, что способствует сохранению заданного первоначального положения тушки и ее центрированию.
Тушку 53 рыбы подводят к замкнутым ленточным ножам 44, 45, которые врезаются в хребтовую кость 54. При резании рыбы замкнутые ленточные ножи 44, 45 самонастраиваются и разводятся в стороны до тех пор, пока не начинают скользить по поверхности хребтовой кости 54. При разведении замкнутых ленточных ножей 44, 45 в обе стороны от хребтовой кости 54 полотна ножей смещают подпружиненные натяжные ролики 48, 49 в сторону рыбы. После окончания самонастройки замкнутых ленточных ножей 44, 45 перемещение подпружиненных натяжных роликов 48, 49 прекращается, а замкнутые ленточные ножи 44, 45, выполняя резание, скользят по поверхности хребтовой кости 54, что обеспечивает экономное срезание, снижающее потери ценного мяса филе. Тушка 53 рыбы протягивается во время операции резания боковыми транспортерными лентами 34, 35, которые, благодаря подпружиненным конусным роликам 22, 23, 24, 25, охватывают и центрируют рыбу, а также благодаря замкнутому гибкому зубчатому элементу 8, который перемещает тушку 53 рыбы за хребтовую кость 54, захваченную зубьями 9. При резании замкнутые ленточные ножи 44, 45 отделяют от хребтовой кости 54 и спинных лучевых костей 55 два филейчика. После разрезания тушки 53 рыбы филейчики отводятся в стороны и выводятся из устройства при помощи отводных лотков 50, 51. Непищевая вырезанная часть с хребтовой костью 54 и спинными лучевыми костями 55 выводятся из устройства через желоб для отвода костных отходов 52.
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства, по сравнению с устройством, описанным в ближайшем аналоге, обеспечивается существенное сокращение потерь мяса филе, примерно на 40%, и заметное улучшение качества поверхности реза. Сохраняется целостность мышечной ткани филе, что позволяет обеспечить высокое качество готового продукта, т.к. улучшается фиксация тушки, которая надежно центрируется при филетировании. Это позволяет обеспечить ресурсосбережение на производстве и сократить количество брака.