孙龙霞 ，朱 虹 ，刘思源 ，沈启扬 ，葛迅一 ，肖茂华

（1.江苏省农机具开发应用中心，江苏 南京 210017；2.南京农业大学工学院，江苏 南京 210031）

0 引言

河蟹，学名中华绒螯蟹，广泛分布于我国沿海各大水系，是我国重要的养殖蟹类与江苏淡水经济的重要农产品[1-3]。近10 年来，由于过度捕捞等原因，野生河蟹资源急剧下降，难以满足市场需求[4]。在市场需求推动下，河蟹人工养殖在我国大部分地区迅速发展，据悉，近年来河蟹养殖年产量基本保持在75 万t～82 万t，河蟹市场规模在2020 年已达1 500 亿元左右[5]。《中国渔业统计年鉴》表明，2014—2018年，全国有河蟹生产记录的城市已达到29 个，其中江苏河蟹产量占全国半壁江山[6-7]。

但是，当下河蟹的捆扎方法主要是依靠人工进行捆扎，劳动强度大，且人工捆扎效率低。此外，对于上游的河蟹加工方而言，活泼的河蟹对人工捆绑工作也会造成不小的困难，使得人工捆扎效率相对低下。例如在涵盖码爪、按钳、棉线打圈捆绑的工序中，不仅要时刻小心被蟹钳夹住，还要谨防河蟹逃脱。

面对不断蓬勃发展的河蟹产业，相关河蟹养殖技术以及自动化养殖机械方面仍然比较落后，不能满足工业化、规模化的养殖需求，阻碍了河蟹产业进一步扩大发展[8-9]。在科技不断发展的大背景下，加速推动食品机械的革新是满足生产需求的重要助力，在此背景下，创新打造河蟹捆扎设备也将成为产业发展的内在驱动。为此，本文提出了一种改进现有捆扎机的河蟹高效自动化捆扎装置，并进行实地试验验证其性能。

1 河蟹自动捆扎装置整体结构

河蟹自动化捆扎装置主要是由机架、拿蟹组件、整形组件、捆蟹组件、切绳机构、装扣机构、气源供应组件以及控制系统等组成。

河蟹自动捆扎装置工作时，将河蟹放置在载蟹平台内，推蟹至整形工位，将河蟹两侧腿向体下收拢；下侧两个推蟹气缸伸出，将河蟹推到捆蟹位置，一次缠绕后，一个推蟹气缸缩回从而实现让位功能，转蟹马达将河蟹旋转90°，再次缠绕；缠绕完成后压绳气缸将捆蟹绳压住，并将蟹移动到切绳工位，切断捆蟹绳后再移动至装扣工位，将捆蟹的两个绳头进行固定；完成捆扎后的河蟹通过滑道落入河蟹收集框内，计数器此时完成一次计数。此外，操作者能够在触摸屏上调整参数，捆扎不同规格大小的河蟹，该捆扎装置还具有松紧调节功能，以更好地实现对河蟹的捆扎功能。

2 河蟹自动捆扎装置结构设计

2.1 推料机构

捆扎装置的推料机构采用直线气缸将河蟹推送到指定位置并进行夹紧，以便于进行捆扎，由于要保证在推行过程中的平稳性，该气缸采用带导杆气缸。气缸前推板固定一个方形推块将河蟹两侧腿向体下收拢并夹紧[10]。

2.2 下拉拖板机构

当河蟹被运到指定位置后，采用双轴气缸将河蟹推送至捆蟹位置，其中一个气缸设置后拖板机构，以便于对河蟹进行另一个方向的捆扎。气缸后加铰接装置以便于整体机构进行旋转运动。气缸前推板同样安装一个河蟹仿形块，以便于固定，减少对河蟹的损伤。

2.3 旋转拖板机构

旋转拖板机构与下拉拖板机构相同，推块同样需要仿形，同时整个机构靠气缸实现90°的旋转，以便绳子进行缠绕。其中旋转拖板机构采用双轴气缸，双轴气缸采用标准的嵌入式安装固定形式，可以节省大量空间。安装板上的安装孔是三边形的，允许多位置加载。

2.4 供线机构

供线机构由电机带动齿轮，齿轮上固定旋转横杆，通过带动线对河蟹进行缠绕，线团放在线笼里，在绕线杆上固定环，此机构还包括夹线机构，将线的另一端固定好，采用气缸加帽将线压住，从而实现对河蟹进行捆扎的动作。

2.5 送料装置

河蟹捆扎完需要将线剪断，同时将下一河蟹运送到指定位置进行捆扎，送料装置选择直线传动的方式，本设计采用丝杠导轨传动机构。

3 实地试验

3.1 试验方法

1）规格范围的测定：取河蟹若干，测量得所选河蟹规格范围为100 g～275 g，将河蟹划分为100 g～124 g、125 g～149 g、150 g～174 g、175 g～199 g、200 g～224 g、225 g～249 g、250 g～275 g，共7 组，每组随机选取20只河蟹依次投入捆扎装置捆扎，观察所选河蟹是否能够完成捆扎。

2）捆扎速度的测定：在规格范围测定后进行，取足够数量符合捆扎装置规格范围的河蟹，将其依次投入捆扎装置，待1 h 后记录捆扎河蟹数量，重复3 次，按式（1）计算捆扎装置捆扎速度。

式中：V为捆扎速度，只/h；N为试验中河蟹数，只；T为试验所费时间，h。

3）失效率的测定：在规格范围测定后进行，取品貌完好的公母混杂河蟹，规格范围为100 g～275 g。将河蟹按照规格范围分为3 组，分别为100 g～149 g、150 g～199 g、200 g～275 g，每组又按雌雄划分为2组。试验时，捆扎机在规定作业速度下工作，以1 只河蟹由自由状态进入捆扎装置为起始，以河蟹通过滑道落入河蟹收集框内、计数器完成1 次计数为结束，记为1 次作业行程。在作业行程中若有河蟹脱离捆扎装置的运行流程或作业行程结束后河蟹未被捆扎成功，记为1 次失效。记录总作业行程内的失效次数，按式（2）计算失效率。

式中：A为失效率；N0为试验中捆扎装置作业行程总数，次；N1为总作业后失效次数，次。

4）损伤率的测定：与失效率测定同时进行，测定总作业行程内的河蟹总数和损伤河蟹数，按式（3）计算损伤率。

式中：B为损伤率；S0为试验中捆扎装置捆扎的河蟹总数，只；S1为试验中损伤河蟹数，只。

3.2 试验数据

试验数据如表1、表2、表3、表4所示。

表1 捆扎规格试验数据

表2 捆扎速度试验数据

表3 失效率试验数据

表4 损伤率试验数据

3.3 试验分析

本研究进行实地试验以验证所设计机械结构的可行性。试验所选河蟹具有随机性，包括100 g～275 g的规格范围，完成了300多次捆扎作业，具有一定的普适性。所得到的失效率为0.49%，损伤率为0.17%，证明了该机械结构具有可行性。所得到的捆扎速度最终取值为330只/h，动作响应快，节约了时间成本，在降低人工成本、提高工作效率方面具有一定的应用价值。

4 结论

1）本设计内容为河蟹高效自动捆扎装置，根据河蟹捆扎的要求，设计了推料机构、下拉拖板机构、旋转拖板机构、供线机构、送料装置等部件。

2）使用该河蟹捆扎装置进行实地试验，测得捆扎装置规格范围为100 g～275 g；通过计数规定时间内河蟹捆扎装置所捆扎河蟹数量，测得捆扎速度为330 只/h；取300 只河蟹进行了捆扎后，测得失效率为0.49%，损伤率仅为0.17%。

3）试验结果说明该河蟹捆扎机具备调节灵活、稳定性好等优点，能够有效替代手工捆扎操作，且在一定程度上提高捆扎效率，可以在实际工作中完成进一步的结构优化，具有一定的实用价值和推广前景。