УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ РЫБНОГО ФИЛЕ НА ПЛАСТ
FISH FILLET CUTTING MACHINE

Изобретение относится к рыбной промышленности, а более конкретно к области автоматизированного оборудования для резки рыбного филе на кусочки, 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 кусочки. Наиболее привлекательными и доступными для потребителей являются порции филе - пласты, имеющие малую толщину, небольшой вес и максимальные размеры. В таком случае вес порций филе определяется их толщиной. Пласты при этом должны по возможности сохранять форму исходного рыбного филе, что позволяет удовлетворить запросы к внешнему виду продукта со стороны более широких групп потребителей, по сравнению с выпуском филе, нарезанного на брусочки. Кроме того, такие пласты филе с наибольшей площадью поверхности является оптимальными для дальнейшей вкусовой обработки, посола и копчения.
Исходным сырьем при этом являются обесшкуренные рыбные филейчики, полученные при машинном филетировании рыбы и снятии шкуры. Готовым продуктом являются пласты рыбного филе, предназначенные для дальнейшей упаковки, охлаждения, транспортировки и реализации потребителю. Процесс резки филе на пласт оказывает существенное влияние на качество и потребительские достоинства готового продукта. Резка филе вручную является очень трудоемким и травмоопасным процессом, в связи с чем существует соответствующее технологическое оборудование. Таким образом, большое значение имеют технологические возможности, эффективность и качество работы оборудования для нарезки рыбного филе.
Основными проблемами реализации процесса машинной резки филе являются следующие:
- обеспечение высокой точности разрезания филе на пласт привлекательного внешнего вида, заданной толщины и максимальных размеров;
- обеспечение рационального разрезания филе при условии экономного использования ценного мяса за счет расчета оптимальной траектории движения сырья относительно режущего инструмента.
С целью изготовления пластов филе заданной толщины с наиболее привлекательным для потребителя внешним видом исходное сырье должно разрезаться послойно путем выполнения горизонтальных разрезов, параллельных прямолинейному направлению перемещения сырья.
Известно устройство для резки на ломтики пищевых продуктов (RU №341460, МПК A22C 25/18, опубл. 14.06.1972), состоящее из подающего транспортера, каретки с режущим инструментом и прижимного механизма. Режущий инструмент выполнен секционным, 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 резание осуществляется наискось под углом к плоскости движения сырья, что ограничивает размеры кусочков. 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. Также недостатком данного устройства является отсутствие возможности резки сырья на пласт параллельно плоскости его перемещения. Вследствие этого существенно ограничены возможности устройства для формирования требуемых потребительских качеств продукции, имеются трудности для экономичного использования сырья.
Известно устройство для резки рыбного филе (RU №2335131, МПК A22C 25/18, опубл. 10.10.2008), предназначенное для нарезки рыбного филе на кусочки заданной формы, размера и веса, а также выявления и вырезания дефектных участков. Устройство состоит из конвейера, измерительного блока, управляющего блока, режущего механизма, включающего режущий инструмент и приспособление для регулировки режущего инструмента, исполнительного привода, приспособления для определения веса обрабатываемого объекта. Измерительный блок выполнен в виде прибора для получения плоского видеоизображения общего вида обрабатываемого объекта. Управляющий блок включает центральный процессор, схему обработки видеоизображения, схему распознавания признаков обрабатываемого объекта, схему расчета оптимальных линий реза. Резка рыбного филе осуществляется водяной струей.
Решающим недостатком, ограничивающим применение данного устройства, является отсутствие возможности резки рыбного филе на кусочки заданной толщины. В устройстве выполняются только резы, перпендикулярные к плоскости перемещения сырья. Кроме того, устройство обладает низкой производительностью, что обусловлено конструкцией двухкоординатного последовательного режущего механизма и низким быстродействием приспособления для регулировки режущего инструмента, а также наличием кинематических передач с гибкой связью между электродвигателями и кареткой с рабочим органом.
Известно устройство и способ для разделывания мяса, в частности рыбы (US №8968059, МПК A22C 25/18, опубл. 03.03.2015), предназначенное 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 резки филе на пласт. В устройстве выполняются только резы, перпендикулярные к плоскости перемещения сырья. Отсутствует измерительное приспособление для сбора информации о размере филе. Кроме того, устройство обладает невысокой производительностью, что обусловлено конструкцией приводного блока и низким быстродействием пневматических цилиндров.
Наиболее близким техническим решением является устройство для автоматизированной механической обработки последовательно транспортируемых мясных частей туши и способ, реализуемый при помощи этого устройства (RU №2542756, МПК A22C 25/18, опубл. 27.02.2015), состоящее из транспортировочного приспособления, последовательно перемещающего сырье, режущего приспособления, включающего режущую головку, несущую режущий элемент и выполняющую разделительные резы, отделяющие от рыбного филе отдельные куски, а также управляющее приспособление, которое управляет режущим приспособлением для выполнения разделительных резов. Режущее приспособление имеет удерживающее и направляющее устройство, на котором с возможностью движения по прямолинейной траектории под фиксированным углом скоса направляющей установлена режущая головка для выполнения разделительных резов наискось к плоскости перемещения сырья. Транспортировочная лента, входящая в состав транспортировочного приспособления и транспортирующая лежащее сырье, непрерывно проходит через удерживающее и направляющее устройство. Режущий элемент образован вращающимся дисковым ножом, положение которого по высоте над транспортировочной лентой при резании ограничено.
Недостатком данного устройства является то, что режущим приспособлением образуются только скошенные и криволинейные поверхности реза. Отсутствует возможность резки филе на пласт с формированием прямолинейной поверхности реза, параллельной плоскости перемещения сырья. В устройстве отсутствует измерительное приспособление для получения информации о размерах филе, позволяющее осуществлять рациональную нарезку на пласт заданной толщины в зависимости от толщины исходного сырья. Применение в устройстве дискового ножа с невысокой скоростью вращения не позволяет обеспечить требуемое качество поверхности реза, поскольку увеличение скорости вращения приводит к существенному возрастанию боковых сил сопротивления резанию. Значительная толщина дискового ножа не позволяет выполнить режущую кромку с достаточно острым углом заточки. Это существенно ограничивает возможности устройства для изготовления пластов филе с требуемыми потребительскими качествами и создает трудности для экономичного использования сырья.
Изобретение решает задачу создания устройства, позволяющего производить нарезку филе в плоскостях, параллельных плоскости транспортирования филе, задавая толщину пластов, при одновременном улучшении качества поверхности срезов за счет применения измерительного приспособления, режущего элемента в виде замкнутого ленточного ножа и разделения транспортировочного приспособления на подающий и операционный конвейеры. Качество поверхности срезов улучшается за счет увеличения скорости движения замкнутого ленточного ножа относительно рыбного филе. Поскольку полотно ленточного ножа имеет малую ширину и малую толщину, возможно существенно повысить скорость его движения практически без увеличения сил сопротивления резанию.
Для достижения необходимого технического результата в устройстве для резки рыбного филе на пласт, содержащем транспортировочное приспособление для перемещения филе, управляющий блок, связанный с режущим приспособлением, включающим режущий элемент, выполняющий разделительные резы, предлагается транспортировочное приспособление выполнить в виде подающего и операционного конвейеров, снабженных отдельными приводами, связанными с управляющим блоком, а операционный конвейер дополнительно оборудовать связанными с управляющим блоком подъемниками для изменения и фиксации своего положения в вертикальной плоскости. Устройство предлагается снабдить измерительным приспособлением, включающим источник лазерного излучения и фотоприемник, установленные оппозитно по обе стороны подающего конвейера и связанные с управляющим блоком. В качестве режущего элемента предлагается использовать замкнутый ленточный нож, установленный на двух шкивах, причем полотно ножа ориентировать параллельно плоскости перемещения филе и под косым углом к направлению перемещения филе, а управляющий блок связать с приводом ножа, соединенным с ведущим шкивом.
Наличие бесконтактного измерительного приспособления, состоящего из лазерного источника и фотоприемника, позволяет измерять толщину рыбного филе вне зависимости от консистенции сырья. Применение лазера с высокой интенсивностью луча позволяет уверенно измерять параметр филе в условиях водяного тумана и загрязнения рабочей зоны. Промышленные исследования показывают, что погрешность измерения толщины филе оптико-электронным способом составляет не более ±0,5 мм. В основу работы измерительного приспособления положен принцип перекрытия лучей лазерного источника рыбным филе. Излучение лазерного источника формируется в виде вертикальной линии и проецируется на фотоприемник, содержащий фоточувствительную линейку - вертикальную матрицу. При прохождении сырья с постоянной скоростью между лазерным источником и фотоприемником луч перекрывается филейчиком на высоту, которая соответствует его толщине. Таким образом, в управляющем устройстве накапливается информация о вертикальном профиле рыбного филейчика.
Применение ленточного ножа, режущая кромка которого расположена под углом к направлению движения рыбного филе, существенно снижает усилие резания и повышает качество реза. Одновременное движение полотна ленточного ножа по замкнутой кривой на приводимых во вращение шкивах и прямолинейное движение сырья на транспортировочном приспособлении, то есть одновременное встречное движение режущего элемента и разрезаемого материала, обеспечивают скользящее резание, которое наиболее эффективно с точки зрения энергозатрат и качества поверхности реза. Это позволяет увеличить скорость резания, что резко снижает удельные нагрузки и затраты энергии, а также создает условия для постоянной зачистки режущего элемента с повышением коэффициента его 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.
Описание изобретения иллюстрируется прилагаемыми схемами, где на:
фиг. 1 - предлагаемое устройство для резки рыбного филе на пласт, общий вид с опущенным операционным конвейером;
фиг. 2 - предлагаемое устройство для резки рыбного филе на пласт, общий вид с поднятым операционным конвейером;
фиг. 3 - предлагаемое устройство для резки рыбного филе на пласт, вид слева;
фиг. 4 - предлагаемое устройство для резки рыбного филе на пласт, вид сверху;
фиг. 5 - схема режущего приспособления с операционным конвейером;
фиг. 6 - схема измерительного приспособления с подающим конвейером.
На схемах приняты следующие обозначения:
1 - подающий конвейер;
2 - операционный конвейер;
3 - опорная рама;
4 - регулируемая опора;
5 - управляющий блок;
6 - привод подающего конвейера;
7 - привод операционного конвейера;
8 - кронштейн;
9 - привод ленточного ножа;
10 - ведущий шкив;
11 - ведомый шкив;
12 - ленточный нож;
13, 14, 15, 16 - подъемник;
17 - источник лазерного излучения;
18 - фотоприемник;
19 - лазерный луч;
20 - филейчик;
21 - пласт филе.
В предлагаемом техническом решении резка филе на пласт обеспечивается за счет введения в транспортировочное приспособление операционного конвейера, снабженного подъемниками, соединенных с управляющим блоком, а также благодаря конструкции режущего приспособления, включающего замкнутый ленточный нож, полотно которого установлено параллельно плоскости перемещения филе. Использование измерительного приспособления, состоящего из источника лазерного излучения и фотоприемника, позволяет получать информацию о размерах каждого филе и передавать полученные данные в управляющее приспособление для определения рационального варианта разрезания филе, учитывая заданную толщину пласта. Улучшение качества поверхности среза продукта достигается за счет установки под углом к направлению перемещения филе режущей кромки ленточного ножа, приводимого в движение ведущим шкивом, благодаря чему обеспечивается режим скользящего резания. Одновременное встречное движение под углом режущего элемента и разрезаемого филе обеспечивает снижение нагрузок на нож. Это позволяет увеличить скорость резания, улучшить качество поверхности среза, а также продлить срок службы режущего элемента.
В предлагаемом устройстве для резки рыбного филе на пласт подающий конвейер 1 соединен с неподвижной опорной рамой 3. Опорная рама 3 установлена на регулируемых опорах 4. На опорной раме 3 закреплен управляющий блок 5, связанный с приводом подающего конвейера 6, а также приводом операционного конвейера 7. Привод операционного конвейера 7 соединен с операционным конвейером 2, а привод подающего конвейера 6 соединен с подающим конвейером 1. Кронштейн 8 соединен с опорной рамой 3. На кронштейне 8 закреплены привод ленточного ножа 9, ведущий шкив 10 и ведомый шкив 11. Привод ленточного ножа 9 соединен с ведущим шкивом 10. На ведущем шкиве 10 и ведомом шкиве 11 установлен ленточный нож 12. На опорной раме 3 закреплены подъемники 13, 14, 15, 16, на которых установлен операционный конвейер 2. Привод ленточного ножа 9 и подъемники 13, 14, 15, 16 соединены с управляющим блоком 5. По сторонам подающего конвейера 1 оппозитно установлены источник лазерного излучения 17 и фотоприемник 18, связанные с управляющим блоком 5.
Описание работы устройства для резки рыбного филе на пласт
При запуске устройства управляющий блок 5 подает команды включения на привод подающего конвейера 6, привод операционного конвейера 7, привод ленточного ножа 9, а также включает источник лазерного излучения 17. Привод подающего конвейера 6 приводит в движение подающий конвейер 1, привод операционного конвейера 7 приводит в движение операционный конвейер 2. Привод ленточного ножа 9 приводит во вращение ведущий шкив 10, передающий движение на ведомый шкив 11 посредством ленточного ножа 12, вследствие чего рабочая нижняя режущая кромка ленточного ножа 12 приводится во встречное движение относительно филейчика 20. Источник лазерного излучения 17 проецирует на фотоприемник 18 лазерный луч 19. Филейчик 20 помещается на перемещающуюся поверхность подающего конвейера 1 и передвигается к измерительному приспособлению, состоящему из источника лазерного излучения 17 и фотоприемника 18. Филейчик 20 при движении между источником лазерного излучения 17 и фотоприемником 18 частично перекрывает лазерный луч 19. Вследствие этого высота лазерного луча 19, попадающего на фотоприемник 18, сокращается на значение, соответствующее толщине филейчика 20, а время перекрытия лазерного луча 19 соответствует длине филейчика 20 при постоянной скорости подающего конвейера 1. Информация о толщине и длине филейчика 20 передается из фотоприемника 18 в управляющий блок 5, который в зависимости от требуемой толщины пласта филе 21, рассчитывает координаты линий резания, а также траекторию перемещения операционного конвейера 2. Далее филейчик 20 передается на операционный конвейер 2, после чего управляющий блок 5 подает команду останова на привод подающего конвейера 6 и на привод операционного конвейера 7. Подающий конвейер 1 и операционный конвейер 2 останавливаются. Затем управляющий блок 5 подает управляющие команды на подъемники 13, 14, 15, 16, который поднимают операционный конвейер 2 на заданную высоту. При этом расстояние между поверхностью операционного конвейера 2 и нижней кромкой ленточного ножа 12 составляет разность между толщиной филейчика 20 и толщиной первого пласта филе 21. После поднятия операционного конвейера 2 с филейчиком 20 на заданную высоту, управляющий блок 5 подает команду включения на привод операционного конвейера 7, который приводит в движение операционный конвейер 2. Операционный конвейер 2 перемещает филейчик 20 навстречу движущейся нижней кромке ленточного ножа 12. Нижняя кромка ленточного ножа 12 врезается в ткани филейчика 20 под углом к направлению движения филейчика 20, благодаря чему осуществляется скользящее резание мяса филе. Ленточный нож 12 срезает пласт филе 21 с заданной толщиной по всей длине филейчика 20. После срезания пласта филе 21 управляющий блок 5 подает команду останова на привод операционного конвейера 7, а на подъемники 13, 14, 15, 16 подает команды для опускания операционного конвейера 2 на уровень подающего конвейера 1. После опускания подъемниками 13, 14, 15, 16 операционного конвейера 2 управляющий блок 5 подает команду на привод операционного конвейера 7. Привод операционного конвейера 7 перемещает операционный конвейер 2 в противоположном направлении, за счет чего филейчик 20 со срезанным пластом 21 возвращается в исходное положение перед резанием. Далее управляющий блок 5 подает на привод операционного конвейера 7 и на подъемники 13, 14, 15, 16 управляющие команды, в результате чего операционный конвейер 2 останавливается, а подъемники 13, 14, 15, 16 поднимают его на высоту, превышающую высоту предыдущего подъема на толщину второго пласта филе. После этого по команде управляющего блока 5 привод операционного конвейера 7 приводится в движение, благодаря чему филейчик 20 перемещается навстречу режущей кромке ленточного ножа 12, срезающей второй пласт филе. После срезания второго пласта филейчик 20 повторно возвращается в исходное положение. Таким образом, по командам управляющего блока 5, поступающим на привод операционного конвейера 7 и подъемники 13, 14, 15, 16, повторяется цикл обработки. Цикл обработки по программе управляющего блока 5 включает следующие операции: подъем операционного конвейера 2 с филейчиком 20 на высоту, превышающую высоту предыдущего подъема на толщину очередного срезаемого пласта филе 21; движение операционного конвейера 2, перемещающего филейчик 20 навстречу режущей кромке ленточного ножа 12; срезание ленточным ножом 12 очередного пласта филе; останов операционного конвейера 2; опускание операционного конвейера 2 на уровень подающего конвейера 1; движение операционного конвейера 2 в противоположном направлении для перемещения филейчика 20 в исходное положение; останов операционного конвейера 2. После нарезания филейчика 20 на требуемое количество пластов с заданной толщиной цикл обработки завершается, а нарезанные пласты филе выводятся из устройства операционным конвейером 2. После этого устройство готово к приему следующего филейчика 20.
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства по сравнению с устройством, описанным в ближайшем аналоге, обеспечивается рациональная и эффективная горизонтальная резка филе на пласт заданной толщины, а также существенное улучшение качества поверхности реза. Как показывают промышленные исследования, производительность при резке рыбного филе увеличивается в 1,5-2 раза. Это позволяет обеспечить ресурсосбережение на производстве.
Устройство обеспечивает качественную резку рыбного филе на пласт, что позволяет исключить трудоемкие операции ручной обработки, улучшить потребительские качества готового продукта, а также сократить количество персонала на производстве.