糧食船舶自動(dòng)深層采樣設(shè)備研究

楊文樺+莊麟+胡悅浩

（舟山港興港工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，浙江 舟山 316000）

【摘 要】在糧食船舶的檢驗(yàn)檢疫常有外來(lái)有害生物在船艙內(nèi)不均勻分布的情況發(fā)生，而目前的糧食船船型往中大型發(fā)展，在船艙內(nèi)人工采集的樣品往往效率低下且采樣深度不夠代表性不強(qiáng)，由于存在高額滯港費(fèi)以及檢疫人員主觀判斷的因素存在，將會(huì)損害保險(xiǎn)公司、貨主、船方的利益，而目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)港口無(wú)自動(dòng)采樣器，現(xiàn)研究研制一種自動(dòng)深層取樣的機(jī)械設(shè)備，更有效、準(zhǔn)確的代替人工采樣。

【關(guān)鍵詞】糧食船舶；人工采樣；效率低下；自動(dòng)深層采樣

一、研究背景

[1] 2016年全國(guó)糧食進(jìn)口超過(guò)1億噸，其中絕大多數(shù)是以船舶散裝裝載方式進(jìn)口。進(jìn)口糧食屬于初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品，這些糧食中攜帶真菌、細(xì)菌、線蟲(chóng)、病毒、雜草籽等檢疫性外來(lái)有害生物風(fēng)險(xiǎn)很高，另外，進(jìn)口糧食中還存在農(nóng)藥殘留、重金屬、生物毒素等有毒有害物質(zhì)含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，給科學(xué)、快速完成采樣工作提出了很高的要求。

外來(lái)有害生物在船艙內(nèi)存在不均勻分布的情況，檢疫樣品的代表性對(duì)于整個(gè)貨品至關(guān)重要，在進(jìn)口船舶的船艙內(nèi)，人工采集的樣品深度不夠（大約1到3米左右），且往往由于人員下艙時(shí)需避開(kāi)危險(xiǎn)性大一些區(qū)域或由于艙面自然形成的斷面復(fù)雜等因素，出現(xiàn)所采樣品代表性不強(qiáng)的情況，還經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)口糧食發(fā)生霉變、水濕等情況，由于卸乏有效的設(shè)備對(duì)深層的糧食進(jìn)行取樣，難以了解深層糧食的情況，遇到這類(lèi)情況，目前多數(shù)采用停止卸貨，等待保險(xiǎn)公司、貨主、船方代表共同在卸貨現(xiàn)場(chǎng)，用效率極低的人工卸貨的方法，逐層采樣，了解發(fā)生問(wèn)題部分糧食狀況，極易造成滯港而發(fā)生高額滯港費(fèi)的情況。另外，使用傳統(tǒng)的逐層取樣的方式，一方面由于卸貨過(guò)程很多是在夜晚或是光照條件不佳的情況下進(jìn)行，當(dāng)糧食卸到只剩底艙時(shí)采樣人員下艙采樣存在很大安全風(fēng)險(xiǎn)，另一方面在完成卸貨前往往不能抽取所有的樣品，造成貨物長(zhǎng)時(shí)間滯留港區(qū)。[2]如由于真菌毒素在表層和深層的含量差別較大，往往表層的含量比較高，沒(méi)有深層樣品及全面檢測(cè)的數(shù)據(jù)，很難保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確。

因此有必要研發(fā)出一款針對(duì)散裝糧食船舶的深層采樣設(shè)備，能夠自動(dòng)深入船艙采樣，采樣深度達(dá)到10米以上，適用于各種船型，多點(diǎn)采樣自動(dòng)控制，以達(dá)到更有效、可靠的采樣效果。

二、國(guó)內(nèi)同類(lèi)設(shè)備的研究

國(guó)內(nèi)研究糧食自動(dòng)采樣設(shè)備的文獻(xiàn)、專(zhuān)利很少，基本處于待研究狀態(tài)，大部分專(zhuān)利設(shè)計(jì)采用負(fù)壓動(dòng)力源表層采樣，無(wú)法達(dá)到深層采樣，且大部分無(wú)法直接適用于船艙，仍需要人工牽引，利用電源方面也比較死，無(wú)自動(dòng)轉(zhuǎn)換船電和岸電的裝置，查詢(xún)國(guó)外資料，也未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的研究報(bào)道，糧食部門(mén)已有一些對(duì)于4-6米內(nèi)深層取樣的工具，但僅局限于在條件比較穩(wěn)定的糧倉(cāng)內(nèi)使用，另外還存在僅能使用交流電源和采集樣品中的雜質(zhì)含量明顯偏低等缺陷，進(jìn)境糧食深層采樣機(jī)械在電源要求、采樣深度以及針對(duì)船艙，特別是在海上錨地進(jìn)行采樣作業(yè)方面都有比較特殊要求，另外，還需要具備深層溫度檢測(cè)、最大程度地減少機(jī)械的重量、提高機(jī)械在開(kāi)放空間條件下使用可靠性等方面的開(kāi)發(fā)要求，而目前市面上制造比較多的手動(dòng)取樣工具類(lèi)型很多，但大多只能取得進(jìn)口糧食表層2米內(nèi)的樣品，難以達(dá)到深層采樣的目標(biāo)。

三、糧食自動(dòng)采裝置的研究設(shè)計(jì)

（一）需解決的難點(diǎn)及其措施

目前存在的難點(diǎn)或不足之處為：（1）當(dāng)前糧船艙內(nèi)采樣設(shè)備深度不足、效率低下；（2）沒(méi)有探測(cè)深層糧食溫度裝置，不能動(dòng)態(tài)了解全船糧食關(guān)鍵指標(biāo)；（3）現(xiàn)有采樣器無(wú)多種電源轉(zhuǎn)換配置，不能適應(yīng)進(jìn)境糧食現(xiàn)場(chǎng)采樣需要；（4）目前的采樣器多采用真空負(fù)壓作為采樣動(dòng)力，導(dǎo)致輕的顆粒以及雜質(zhì)被優(yōu)先吸入，無(wú)法反映實(shí)際樣品狀態(tài)。（5）深層采樣受重較大易損壞，目前采樣器部件損壞后的可替換性不強(qiáng)（6）目前的采樣器無(wú)法適用于多種船艙。

擬采取的手段主要為：（1）采用多節(jié)自動(dòng)深入裝置（2）增加測(cè)量溫濕度的裝置；（3）設(shè)計(jì)研制適應(yīng)于不同船舶類(lèi)型的電源轉(zhuǎn)換裝置，增加自備直流電源；（4）取樣頭采用機(jī)械抓取方式，類(lèi)似于人工手動(dòng)采樣（5）采樣器獨(dú)立設(shè)置承重裝置，承重力由固定支撐承受，而非分?jǐn)偨o內(nèi)部裝置和取樣頭，承重裝置損壞可替換（6）固定支撐可適應(yīng)船艙四個(gè)角，也可配合碼頭門(mén)座式起重機(jī)械

（二）自動(dòng)采樣設(shè)備各部件的組成

自動(dòng)采樣設(shè)備主要由取樣機(jī)構(gòu)、承重機(jī)構(gòu)、多桿深入機(jī)構(gòu)、樣品運(yùn)輸存貯機(jī)構(gòu)、電源轉(zhuǎn)換裝置以及信號(hào)控制及接受裝置組成，其中取樣機(jī)構(gòu)多桿深入結(jié)構(gòu)、樣品運(yùn)輸存貯機(jī)構(gòu)、電源轉(zhuǎn)換裝置為相連內(nèi)部結(jié)構(gòu)，承重機(jī)構(gòu)、多桿深入機(jī)構(gòu)為相連外部結(jié)構(gòu)，內(nèi)外部結(jié)構(gòu)可手動(dòng)連接或者脫離，承重機(jī)構(gòu)能夠固定支撐船艙四個(gè)角，也可配合碼頭門(mén)座式起重機(jī)械，信號(hào)控制及接受裝置能夠以電信號(hào)形式控制取樣機(jī)構(gòu)和樣品運(yùn)輸存貯機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

1.取樣機(jī)構(gòu)

為模擬人工手動(dòng)采樣以達(dá)到樣品的真實(shí)性，取樣設(shè)備采用機(jī)械抓取方式，由一塊彈簧鋼板封板、電磁鐵組成，取樣前封板閉合，取樣時(shí)信號(hào)控制及接受裝置給予電信號(hào)，電磁鐵得電封板打開(kāi)取樣開(kāi)始，取樣結(jié)束后電磁鐵失電，彈簧鋼板利用回復(fù)力封板閉合，前部套管有測(cè)量溫濕度的裝置能夠及時(shí)反饋數(shù)據(jù)。

2.承重裝置

承重裝置由固定裝置和外部支撐裝置兩部分組成，固定裝置由吊鉤和掛鉤兩部分組成，掛鉤能夠固定船艙四個(gè)角，吊鉤可配合碼頭門(mén)座式起重機(jī)械吊鉤采樣，外部支撐結(jié)構(gòu)在多桿深入結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的外側(cè)，取樣機(jī)構(gòu)的上部，在取樣時(shí)承受上方糧食重量，使取樣機(jī)構(gòu)在不受重壓的狀態(tài)下取樣。

3.多桿深入機(jī)構(gòu)

采用電動(dòng)絲桿深入，小桿帶大桿的模式深入糧食層，由6根伸桿組成，每根桿長(zhǎng)度2米左右，保證能夠深入10米船艙采樣，動(dòng)力輸入采用步進(jìn)電機(jī)，并能夠與控制及接受裝置通信，得到深度數(shù)據(jù)。

4.樣品運(yùn)輸存貯機(jī)構(gòu)

樣品運(yùn)輸存貯機(jī)構(gòu)由運(yùn)輸機(jī)構(gòu)和存貯箱兩部分組成，運(yùn)輸機(jī)構(gòu)通過(guò)負(fù)壓吸力和導(dǎo)管將取的樣品存入存貯箱內(nèi)，存貯箱為密閉內(nèi)腔，可人工拆裝。

5.電源轉(zhuǎn)換裝置

電源轉(zhuǎn)換裝置能夠轉(zhuǎn)換岸電船電為機(jī)器工作所用，并自帶可充直流電源。

6.信號(hào)控制及接受裝置

信號(hào)控制及接受裝置能夠驅(qū)動(dòng)取樣裝置、多桿深入裝置，并接受它們反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)，控制樣品運(yùn)輸機(jī)構(gòu)吸力的工作和停止，在出現(xiàn)故障以及滿(mǎn)載運(yùn)作時(shí)接受各部件傳感器的信號(hào)，能夠報(bào)警及停止工作。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 金嘯進(jìn)境船舶中糧食深層采樣方法的研究[J] [J].《工程技術(shù)》2016（10）

[2] 許崇慈，馬成軍，滕建輪. 進(jìn)口大豆檢驗(yàn)檢疫中存在的問(wèn)題及建議[J]. 植物檢疫. 2004（02）