粮食船舶自动深层采样设备研究
⇨⇦
杨文桦+庄麟+胡悦浩
（舟山港兴港工程建设项目管理有限公司，浙江 舟山 316000）
【摘 要】在粮食船舶的检验检疫常有外来有害生物在船舱内不均匀分布的情况发生，而目前的粮食船船型往中大型发展，在船舱内人工采集的样品往往效率低下且采样深度不够代表性不强，由于存在高额滞港费以及检疫人员主观判断的因素存在，将会损害保险公司、货主、船方的利益，而目前国内外大多数港口无自动采样器，现研究研制一种自动深层取样的机械设备，更有效、准确的代替人工采样。
【关键词】粮食船舶；人工采样；效率低下；自动深层采样
一、研究背景
[1] 2016年全国粮食进口超过1亿吨，其中绝大多数是以船舶散装装载方式进口。进口粮食属于初级农产品，这些粮食中携带真菌、细菌、线虫、病毒、杂草籽等检疫性外来有害生物风险很高，另外，进口粮食中还存在农药残留、重金属、生物毒素等有毒有害物质含量超标的风险，给科学、快速完成采样工作提出了很高的要求。
外来有害生物在船舱内存在不均匀分布的情况，检疫样品的代表性对于整个货品至关重要，在进口船舶的船舱内，人工采集的样品深度不够（大约1到3米左右），且往往由于人员下舱时需避开危险性大一些区域或由于舱面自然形成的断面复杂等因素，出现所采样品代表性不强的情况，还经常会发现进口粮食发生霉变、水湿等情况，由于卸乏有效的设备对深层的粮食进行取样，难以了解深层粮食的情况，遇到这类情况，目前多数采用停止卸货，等待保险公司、货主、船方代表共同在卸货现场，用效率极低的人工卸货的方法，逐层采样，了解发生问题部分粮食状况，极易造成滞港而发生高额滞港费的情况。另外，使用传统的逐层取样的方式，一方面由于卸货过程很多是在夜晚或是光照条件不佳的情况下进行，当粮食卸到只剩底舱时采样人员下舱采样存在很大安全风险，另一方面在完成卸货前往往不能抽取所有的样品，造成货物长时间滞留港区。[2]如由于真菌毒素在表层和深层的含量差别较大，往往表层的含量比较高，没有深层样品及全面检测的数据，很难保证检测结果的准确。
因此有必要研发出一款针对散装粮食船舶的深层采样设备，能够自动深入船舱采样，采样深度达到10米以上，适用于各种船型，多点采样自动控制，以达到更有效、可靠的采样效果。
二、国内同类设备的研究
国内研究粮食自动采样设备的文献、专利很少，基本处于待研究状态，大部分专利设计采用负压动力源表层采样，无法达到深层采样，且大部分无法直接适用于船舱，仍需要人工牵引，利用电源方面也比较死，无自动转换船电和岸电的装置，查询国外资料，也未发现有相关的研究报道，粮食部门已有一些对于4-6米内深层取样的工具，但仅局限于在条件比较稳定的粮仓内使用，另外还存在仅能使用交流电源和采集样品中的杂质含量明显偏低等缺陷，进境粮食深层采样机械在电源要求、采样深度以及针对船舱，特别是在海上锚地进行采样作业方面都有比较特殊要求，另外，还需要具备深层温度检测、最大程度地减少机械的重量、提高机械在开放空间条件下使用可靠性等方面的开发要求，而目前市面上制造比较多的手动取样工具类型很多，但大多只能取得进口粮食表层2米内的样品，难以达到深层采样的目标。
三、粮食自动采装置的研究设计
（一）需解决的难点及其措施
目前存在的难点或不足之处为：（1）当前粮船舱内采样设备深度不足、效率低下；（2）没有探测深层粮食温度装置，不能动态了解全船粮食关键指标；（3）现有采样器无多种电源转换配置，不能适应进境粮食现场采样需要；（4）目前的采样器多采用真空负压作为采样动力，导致轻的颗粒以及杂质被优先吸入，無法反映实际样品状态。（5）深层采样受重较大易损坏，目前采样器部件损坏后的可替换性不强（6）目前的采样器无法适用于多种船舱。
拟采取的手段主要为：（1）采用多节自动深入装置（2）增加测量温湿度的装置；（3）设计研制适应于不同船舶类型的电源转换装置，增加自备直流电源；（4）取样头采用机械抓取方式，类似于人工手动采样（5）采样器独立设置承重装置，承重力由固定支撑承受，而非分摊给内部装置和取样头，承重装置损坏可替换（6）固定支撑可适应船舱四个角，也可配合码头门座式起重机械
（二）自动采样设备各部件的组成
自动采样设备主要由取样机构、承重机构、多杆深入机构、样品运输存贮机构、电源转换装置以及信号控制及接受装置组成，其中取样机构多杆深入结构、样品运输存贮机构、电源转换装置为相连内部结构，承重机构、多杆深入机构为相连外部结构，内外部结构可手动连接或者脱离，承重机构能够固定支撑船舱四个角，也可配合码头门座式起重机械，信号控制及接受装置能够以电信号形式控制取样机构和样品运输存贮机构等机构运行。
1.取样机构
为模拟人工手动采样以达到样品的真实性，取样设备采用机械抓取方式，由一块弹簧钢板封板、电磁铁组成，取样前封板闭合，取样时信号控制及接受装置给予电信号，电磁铁得电封板打开取样开始，取样结束后电磁铁失电，弹簧钢板利用回复力封板闭合，前部套管有测量温湿度的装置能够及时反馈数据。
2.承重装置
承重装置由固定装置和外部支撑装置两部分组成，固定装置由吊钩和挂钩两部分组成，挂钩能够固定船舱四个角，吊钩可配合码头门座式起重机械吊钩采样，外部支撑结构在多杆深入结构机构的外侧，取样机构的上部，在取样时承受上方粮食重量，使取样机构在不受重压的状态下取样。
3.多杆深入机构
采用电动丝杆深入，小杆带大杆的模式深入粮食层，由6根伸杆组成，每根杆长度2米左右，保证能够深入10米船舱采样，动力输入采用步进电机，并能够与控制及接受装置通信，得到深度数据。
4.样品运输存贮机构
样品运输存贮机构由运输机构和存贮箱两部分组成，运输机构通过负压吸力和导管将取的样品存入存贮箱内，存贮箱为密闭内腔，可人工拆装。
5.电源转换装置
电源转换装置能够转换岸电船电为机器工作所用，并自带可充直流电源。
6.信号控制及接受装置
信号控制及接受装置能够驱动取样装置、多杆深入装置，并接受它们反馈的相关数据，控制样品运输机构吸力的工作和停止，在出现故障以及满载运作时接受各部件传感器的信号，能够报警及停止工作。
【参考文献】
[1] 金啸进境船舶中粮食深层采样方法的研究[J] [J].《工程技术》2016（10）
[2] 许崇慈，马成军，滕建轮. 进口大豆检验检疫中存在的问题及建议[J]. 植物检疫. 2004（02）