УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ РЫБНОГО ФИЛЕ НА ЛОМТИКИ
DEVICE FOR FISH FILLETS SLICING

Изобретение относится к рыбной промышленности, а более конкретно к области автоматизированного оборудования для резки рыбного филе на ломтики, и может найти применение на береговых рыбообрабатывающих предприятиях и судах промыслового флота.
В настоящее время одним из наиболее востребованных продуктов рыбной отрасли является обесшкуренное рыбное филе. Экономически выгодным является изготовление порционированного филе, нарезанного на ломтики. Наиболее привлекательными и доступными для потребителей являются ломтики филе, имеющие малую толщину и небольшой вес.
Исходным сырьем при этом являются обесшкуренные рыбные филейчики, полученные при машинном филетировании рыбы и обесшкуривании филе. Готовым продуктом являются ломтики рыбного филе, предназначенные для дальнейшей упаковки, охлаждения, транспортировки и реализации потребителю. Процесс резки филе на ломтики оказывает существенное влияние на качество и потребительские достоинства готового продукта. Резка филе вручную является очень трудоемким и травмоопасным процессом, в связи с чем необходимо соответствующее технологическое оборудование. Таким образом, большое значение имеют технологические возможности, эффективность и качество работы оборудования для нарезки на ломтики рыбного филе.
Основными проблемами реализации процесса машинной резки филе являются следующие:
- обеспечение высокой точности разрезания филе на ломтики, имеющие привлекательный внешний вид, а также различные толщину и ширину, зависящие от вида рыбы;
- обеспечение высокого качества поверхности реза без выхватов мяса и неровностей.
Для изготовления ломтиков филе с заданными характеристиками (толщиной и шириной) исходное сырье должно разрезаться послойно. Это достигается путем выполнения наклонных разрезов под заданными углами к прямолинейному направлению перемещения сырья. При этом для обеспечения высокого качества поверхности ломтиков сила сопротивления резанию должна быть минимальной.
Известно устройство для резки на ломтики пищевых продуктов (RU №341460, МПК А22С 25/18, опубл. 14.06.1972), состоящее из подающего транспортера, каретки с режущим инструментом и прижимного механизма. Режущий инструмент выполнен двухсекционным, причем секции расположены в разных плоскостях. Каретка установлена с возможностью возвратно-поступательного движения в соответствии с профилем копира, а прижимной механизм кинематически связан с кареткой. Устройство позволяет резать рыбное филе скошенным резом на ломтики заданной толщины.
К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие измерительного блока, позволяющего получать и обрабатывать информацию о размерах филе. В устройстве рез осуществляется пластинчатым ножом, в результате чего возникают большие силы сопротивления резанию, что отрицательно сказывается на качестве поверхности ломтиков. Управление подающим транспортером и режущим инструментом осуществляется сложным механизмом, включающим копир, кулачок, ролик, подпружиненный шток и храповое колесо. Это значительно снижает производительность и надежность устройства. Поскольку режущий инструмент совершает возвратно-поступательное движение, то во время возврата ножа (холостого хода) полезная работа не выполняется, что существенно снижает экономичность устройства. Вследствие этого существенно ограничены возможности устройства для формирования требуемых потребительских качеств продукции, имеются трудности для экономичного использования сырья и энергии.
Известно устройство для резки филе рыбы на ломтики (RU №1621834, МПК А22С 25/18, опубл. 23.01.1991), включающее загрузочное приспособление, барабан с ячейками и ножевой вал, набранный из дисковых ножей, установленных с постоянным шагом.
Решающим недостатком, ограничивающим применение данного устройства, является резка рыбного филе на ломтики только одной заданной толщины. В устройстве выполняются только вертикальные резы, параллельные плоскости расположения дисковых ножей. Для изменения толщины ломтиков требуются демонтаж и замена ножевого вала. Кроме того, качество и скорость резания являются низкими, поскольку филейчики прижимаются к дисковым ножам только под действием силы веса филе.
Известны устройство и способ для разделывания мяса, в частности рыбы (US №8968059, МПК А22С 25/18, опубл. 03.03.2015), предназначенные для резки рыбы на кусочки заданной толщины. Устройство содержит режущий инструмент, приводной блок, соединенный с режущим инструментом для его перемещения из исходного положения в положение обработки, а также управляющее приспособление, соединенное с приводным блоком для управления режущим инструментом. Приводной блок содержит два пневматических цилиндра, имеющих отдельные контуры управления.
Решающим недостатком, ограничивающим применение данного устройства, является отсутствие возможности наклонной резки филе на ломтики. В устройстве выполняются только вертикальные резы, перпендикулярные к плоскости перемещения сырья. Цикл работы режущего инструмента включает холостой ход. Отсутствует измерительное приспособление для получения информации о размерах филе. Кроме того, устройство обладает невысокой производительностью, что обусловлено конструкцией приводного блока и низким быстродействием пневматических цилиндров.
Наиболее близким техническим решением является устройство для резки на ломтики филе рыбы (RU №764635, МПК А22С 25/18, опубл. 23.09.1980), содержащее режущее приспособление, каретку, прижимное приспособление, приспособление для подачи филе. Режущее приспособление включает дисковый нож, установленный в вертикальной плоскости каретки. Каретка смонтирована с возможностью возвратно-поступательного движения, а приспособление для подачи филе выполнено в виде лотка, установленного на каретке под углом 30-60° к дисковому ножу. Торец лотка расположен параллельно и с зазором относительно дискового ножа. На каретке закреплен ролик.
Недостатком данного устройства является то, что филе нарезается на ломтики только одной заданной толщины. Для изменения толщины ломтиков требуются разборка устройства и ручная регулировка упора. Филе перемещается к режущему приспособлению под действием силы собственного веса, что обусловливает малую производительность устройства и создает условия для заедания филейчика в каретке. Снижает производительность также наличие холостого хода каретки, которая отводится от режущего приспособления для перемещения филе. Холостой ход каретки и постоянное вращение дискового ножа приводят к перерасходу энергии при работе устройства. Управление перемещением каретки осуществляется механически при помощи эксцентрика и шатуна, что обусловливает низкую надежность устройства. Сила резания филе не является постоянной, поскольку в начале резания филейчик быстрее соскальзывает к дисковому ножу, чем при завершении резания, когда вес филе снижается. Это приводит к низкому качеству поверхности реза, а также неконтролируемому изменению толщины ломтиков, что отрицательно сказывается на качестве готового продукта.
Изобретение решает задачи улучшения качества нарезки рыбного филе за счет снижения сил сопротивления резанию с одновременным улучшением прижима филе и возможности регулирования толщины ломтиков, а также повышения производительности за счет увеличения скорости нарезки филе режущим приспособлением с одновременным повышением скорости подачи.
Для достижения необходимого технического результата в устройстве для резки рыбного филе на ломтики, содержащем режущее приспособление с дисковым ножом и приспособление для подачи филе, установленных с образованием острого угла между дисковым ножом и плоскостью подачи, прижимное приспособление, каретку, предлагается в качестве приспособления для подачи филе использовать снабженный приводом конвейер, в котором плоскостью подачи является лента, выполненная с перфорацией. Предлагается использовать режущее приспособление содержащее, по меньшей мере, два дисковых ножа, которые предлагается установить на роторе и снабдить приводами, а ротор предлагается закрепить на каретке с возможностью вращения от отдельного привода, причем каретку предлагается установить над лентой конвейера с возможностью регулировки угла наклона относительно ленты конвейера. Прижимное приспособление предлагается выполнить в виде связанной с вакуумным насосом вакуумной камеры, расположенной под перфорированной лентой в конвейере под кареткой. Устройство дополнительно предлагается снабдить прибором для получения видеоизображения филе и источником света, установленных над конвейерной лентой перед кареткой, а также вычислительным блоком, который связан с приводами конвейера, ротора, дисковых ножей, прибором для получения видеоизображения филе, источником света и вакуумным насосом.
Видеоизображение рыбного филе представляется в цифровой форме путем дискретизации значений интенсивности излучения (яркости) в каждой точке видеокадра. Дискретизация ведется в пространстве по геометрическим координатам и по значению интенсивности излучения. Результатом дискретизации по полю изображения является дискретное изображение - функция g (m, n), значения которой совпадают со значениями f (х, у) в точках:
где m=0. 1, 2,…, М-1; n=0, 1, 2,…, N-1.
В связи с тем, что на этапе формирования видеоизображения филе вносятся аппаратные шумы, применяется пороговая фильтрация шумов в вычислительном блоке. При этом последовательно анализируется цифровое представление яркости всех элементов изображения f (х, у), и если яркость элемента анализируемой группы из N × N элементов превышает среднюю яркость группы
на заданное пороговое значение, то его яркость заменяется на среднюю яркость группы G. Обычно N принимается равным 3 или 5.
Для получения контрастного изображения и уверенного распознавания контуров филе используется освещение поля зрения прибора для получения видеоизображения источником света. В качестве такого источника применяется, например, светодиодная лампа на основе полупроводниковых светодиодов белого свечения.
Наличие вычислительного блока, выполненного, например, в виде микро-ЭВМ, позволяет определить размеры, форму филе и линии рационального резания, а также сформировать управляющие воздействия на приспособление для подачи филе, режущее приспособление и прижимное приспособление. Программа вычислительного блока позволяет на основании полученной видеоинформации о размерах и форме филе формировать в процессе обработки каждого экземпляра автоматическое задание скорости подачи филе, скорости вращения ротора и дисковых ножей, а также определять оптимальные моменты включения вакуумного насоса для надежного прижима филе при резании.
Оси дисковых ножей перемещаются по дуге относительно филе, а плоскости ножей расположены под углом к направлению движения филе. Это существенно снижает силы сопротивления резанию и улучшает качество поверхности реза. Одновременное вращение дисковых ножей и перемещение их осей по дуге относительно филе обеспечивают режим скользящего резания, который наиболее эффективен с точки зрения энергозатрат и качества резания. Это позволяет повысить скорость нарезки филе на ломтики, что повышает производительность, существенно снижает удельные нагрузки на ножи и затраты энергии.
Описание изобретения иллюстрируется прилагаемыми чертежами, где на:
фиг. 1 - предлагаемое устройство для резки на ломтики рыбного филе, общий вид со стороны вычислительного блока;
фиг. 2 - предлагаемое устройство для резки на ломтики рыбного филе, общий вид со стороны вакуумного насоса;
фиг. 3 - предлагаемое устройство для резки на ломтики рыбного филе, вид справа;
фиг. 4 - предлагаемое устройство для резки на ломтики рыбного филе, вид сверху;
фиг. 5 - предлагаемое устройство для резки на ломтики рыбного филе, общий вид без опорной рамы;
фиг. 6 - предлагаемое устройство для резки на ломтики рыбного филе, общий вид со снятыми перфорированной лентой конвейера и режущим приспособлением.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - конвейер;
2 - опорная рама;
3 - лента конвейера;
4 - отверстие ленты;
5, 6 - привод конвейера;
7, 8 - кронштейн;
9 - прибор для получения видеоизображения;
10 - источник света;
11 - вычислительный блок;
12, 13 - паз кронштейна;
14 - каретка;
15 - ротор;
16, 17, 18 - привод ножа;
19, 20, 21 - дисковый нож;
22 - привод ротора;
23 - вакуумный насос;
24 - вакуумная камера;
25 - полости вакуумной камеры.
26 - лоток.
27 - филе.
28 - ломтик.
В предлагаемом техническом решении введение прибора для получения видеоизображения филе и источника света позволяет передавать информацию о размерах и форме филе в вычислительный блок для расчета параметров рациональной нарезки филе при заданной толщине ломтиков. Улучшение качества готового продукта достигается за счет установки под углом к направлению перемещения филе приводимых во вращение дисковых ножей, поочередно осуществляющих скользящее резание. Возможность регулировки угла наклона каретки с режущим приспособлением относительно ленты конвейера позволяет установить наилучший угол нарезки ломтиков в зависимости от консистенции сырья, что улучшает качество поверхности реза. Перемещение дисковых ножей ротором по дуге относительно филе с одновременным их вращением значительно снижает силы сопротивления резанию, что создает оптимальные условия резания и улучшает качество поверхности ломтиков. Установка дисковых ножей на роторе, приводимом во вращение, существенно увеличивает производительность устройства, поскольку возрастает скорость нарезки ломтиков и полностью исключается холостой ход режущего приспособления. Использование вакуумной камеры и конвейера с перфорированной лентой позволяет надежно фиксировать филе во время резания и повысить скорость подачи филе, что также способствует улучшению качества ломтиков и увеличению производительности. Использование вычислительного блока, управляющего вращением ротора и дисковых ножей, а также подачей филе к ножам, позволяет осуществлять рациональную нарезку на ломтики заданной толщины при различных размерах и форме сырья.
В предлагаемом устройстве для резки на ломтики рыбного филе конвейер 1 соединен с неподвижной опорной рамой 2. На конвейере 1 размещена перфорированная лента 3, в которой выполнены отверстия 4. С конвейером 1 соединены приводы 5 и 6. На конвейере 1 закреплены кронштейны 7 и 8. На кронштейне 7 над лентой 3 закреплены прибор для получения видеоизображения 9 и источник света 10. Также на кронштейне 7 закреплен вычислительный блок 11. Кронштейн 8 имеет дугообразные пазы 12 и 13, в которых закреплена каретка 14 с возможностью регулировки угла ее наклона относительно плоскости ленты 3. На каретке 14 с возможностью вращения установлен ротор 15, на котором закреплены приводы 16, 17, 18 ножей 19, 20, 21, соединенные с дисковыми ножами 19, 20, 21. Также на каретке 14 закреплен привод 22 ротора 15, соединенный с ротором 15. На конвейере 1 установлен вакуумный насос 23, соединенный с полостями 25 вакуумной камеры 24. Вакуумная камера 24, в которой выполнены полости 25, закреплена на конвейере 1 под лентой 3 и кареткой 14. На конвейере 1 закреплен лоток 26. С вычислительным блоком 11 соединены приводы 5 и 6 конвейера 1, источник света 10, прибор для получения видеоизображения 9, привод 22 ротора 15, приводы 16, 17, 18 ножей 19, 20, 21, вакуумный насос 23.
Описание работы устройства для резки на ломтики рыбного филе
Оператор выполняет предварительную регулировку угла нарезки в зависимости от консистенции филе, регулируя угол наклона каретки 14 путем ее перемещения и фиксации в дугообразных пазах 12 и 13 кронштейна 8. После этого оператор включает электропитание устройства и задает в вычислительном блоке 11 необходимую толщину ломтиков 28 филе. Вычислительный блок 11 подает команды запуска на приводы 5 и 6 конвейера 1, а также включает источник света 10 и прибор для получения видеоизображения 9. Филе 27 помещается на перемещающуюся ленту 3 конвейера 1 и передвигается лентой 3 в поле зрения прибора для получения видеоизображения 9. Скорость движения ленты 3 регулируется вычислительным блоком 11. При этом филе освещается источником света 10. Прибор для получения видеоизображения 9 формирует видеокадр и передает видеоизображение филе 27 в вычислительный блок 11, который рассчитывает наилучшие параметры нарезки в зависимости от заданной толщины ломтиков 28. Вычислительный блок 11 запоминает размеры филе 27 и отслеживает его перемещение на конвейере 1. Далее филе 27 перемещается по ленте 3 в сторону каретки 14. При подходе филе 27 к каретке 14 вычислительный блок 11 подает команду на вакуумный насос 23, который создает вакуум в полостях 25 вакуумной камеры 24. Поскольку в ленте 3 имеются отверстия 4, филе 27 присасывается к поверхности ленты 3 и надежно удерживается на ней во время движения ленты 3. Вычислительный блок 11 подает команды запуска на привод 22 ротора 15 и на приводы 16, 17, 18 ножей 19, 20, 21. Дисковые ножи 19, 20, 21 и ротор 15 приводятся во вращение. Ротор 15 вращается со скоростью, которая регулируется вычислительным блоком 11, при этом толщина нарезки ломтиков 28 определяется скоростью подачи филе 27 лентой 3 и скоростью вращения ротора 15 с дисковыми ножами 19, 20, 21. При прохождении филе 27 под кареткой 14 вращающиеся дисковые ножи 19, 20, 21 поочередно срезают с филе 27 ломтики 28. При этом каждый дисковый нож срезает один ломтик, а за время полного оборота ротора 15 срезаются три ломтика. Во время нарезки филе 27 подается под режущее приспособление лентой 3 и прижимается к ленте 3 вакуумной камерой 24 за счет вакуума, образованного в полостях 25 вакуумным насосом 23. Нарезанные ломтики 28 выводятся из устройства по лотку 26. После полной нарезки филе 27 на ломтики 28 вычислительный блок 11 подает команды останова на привод 22 ротора 15 и на приводы 16, 17, 18 ножей 19, 20, 21, в результате чего дисковые ножи 19, 20, 21 и ротор 15 останавливаются. Также вычислительный блок 11 подает команду отключения на вакуумный насос 23, в результате чего в полостях 25 вакуумной камеры 24 устанавливается атмосферное давление. При поступлении следующего филе 27 в поле зрения прибора для получения видеоизображения 9 цикл нарезки филе на ломтики повторяется. После завершения работы вычислительный блок выключает источник света 10, прибор для получения видеоизображения 9 и подает команды останова на приводы 5 и 6 конвейера 1.
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства, по сравнению с устройством, описанным в ближайшем аналоге, обеспечиваются улучшение качества ломтиков и повышение производительности резки рыбного филе на ломтики. Как показывают промышленные исследования, производительность при резке рыбного филе увеличивается в 3 раза, расход электроэнергии сокращается на 25%. Количество брака сокращается на 40%. Это позволяет обеспечить ресурсосбережение на производстве.
Устройство обеспечивает качественную резку рыбного филе на ломтики, что позволяет исключить трудоемкие операции ручной обработки, улучшить потребительские качества готового продукта, а также сократить количество персонала на производстве.