袁曉鷹 常福金 林令海 滕建輪 趙廣法 張永春 李興業(yè) 高曉曉

（日照出入境檢驗檢疫局 山東日照 276826）

1 前言

日照港的散裝糧谷機械化采制樣系統(tǒng)是引進美國intersystems公司產品，包括全斷面頭部采樣機、旋轉式縮分器、16位樣品收集器、觸摸屏及PLC自動控制系統(tǒng)。日照港有兩套這樣的系統(tǒng)，于2015年10月在日照港裕廊碼頭正式投入使用，到目前為止，已按《ISO 24333—2009谷物及谷物制品-采樣》標準完成了進口大豆的1660批次，約1770萬t的采樣，所采取的樣品準確可靠，均得到滿意結果，取得了較好的經濟效益和社會效益。

2 設計方案

2.1 設計要求[1]

（1）系統(tǒng)用全新、最適當?shù)牟牧嫌梢涣鞯墓に囍圃欤哂屑夹g先進、性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好、使用方便、生產效率高、維修保養(yǎng)省時等特點，能滿足頻繁卸船作業(yè)及24 h連續(xù)卸船作業(yè)的需要。同時，設備使用時噪聲以及粉塵對環(huán)境的污染，均符合環(huán)境保護的相關標準。

（2）所有設備均正確設計和制造，在正常工況下均能安全、持續(xù)運行，而不存在有過度的應力、振動、溫升、磨損、腐蝕、老化等問題。

（3）設備零部件采用先進、可靠的加工制造技術，有良好的表面幾何形狀及合適的公差配合。

（4）系統(tǒng)各轉動部件運轉平穩(wěn)、轉動靈活，各密封處不得漏油。

（5）潤滑部分密封良好，不得有油脂滲漏現(xiàn)象。

（6）外露的轉動部件設置防護罩，且便于拆卸。人員易于達到的運動部位設置防護欄，但不應妨礙維修工作。

（7）驅動裝置安裝在有足夠剛度和精度的機架上。為減小占用空間，驅動裝置采用合理的布置形式。

（8）減速器機械功率的額定值等于或大于電機銘牌功率與使用系數(shù)乘積。減速器的發(fā)熱功率等于或大于電機銘牌功率與使用系數(shù)乘積。減速器連續(xù)運轉時溫度不超過70℃。減速器的傳遞功率滿足連續(xù)運轉的工況條件。

（9）系統(tǒng)能夠滿足散糧系統(tǒng)運行方式的需要及粉塵防爆的要求，并能滿足人身安全和勞動保護條件。

（10）系統(tǒng)為全封閉自清潔式，確保不堵料，并能防止粉塵外泄。

（11）系統(tǒng)的動作與相對應的散糧輸送系統(tǒng)聯(lián)鎖，必要時也可解除聯(lián)鎖，既可以在中控室遙控又可在現(xiàn)場操作。當該系統(tǒng)發(fā)生故障時，能向散糧中控室報警并自動停機，但不影響散糧輸送系統(tǒng)的正常運行。

（12）通過PLC設定程序后整個采制樣流程自動完成，交互界面為觸摸屏，不需人工干預。參數(shù)修改在觸摸屏上完成。

（13）采樣的預定時間間隔可根據實際需求進行調整。

（14）每套系統(tǒng)提供一套就地電控柜（箱），系統(tǒng)可在現(xiàn)場就地操作也可遠程控制，能接受遠程的啟動和停止指令，并提供電源、運行、停機、故障、遠程/就地切換開關位置信號及其他認為必要的信號。

（15）采樣系統(tǒng)設有完整的安全保護和報警裝置，如：設置必要的電氣和機械保護，避免堵料、過載等現(xiàn)象發(fā)生。

（16）樣品輸送系統(tǒng)的全部組件都必須是能夠證明不具有殺蟲性或導致糧食有很大的破損。

2.2 機械性能要求[2]

2.2.1 采制樣系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)能夠無實質性偏倚地收集份樣。

（2）系統(tǒng)可以采用單級或多級縮分器實現(xiàn)制樣。

（3）系統(tǒng)能在規(guī)定的條件下保持持續(xù)工作的能力。在更換品種時，系統(tǒng)可自動清掃運行。

（4）系統(tǒng)中的設備能夠單機手動運行，整套系統(tǒng)具備緊急停機功能。

（5）系統(tǒng)布局合理，按流程依次布置，使份樣能順利通過，不堵塞，不存料。

2.2.2 頭部采樣器

（1）有足夠強度，可在規(guī)定的最惡劣條件下工作。

（2）有足夠的容量以收集整個份樣或讓其全部通過，份樣不損失、不溢出。

（3）采用全封閉設計，在停機時，采樣口封閉，能避免樣品的污染。

2.2.3 切割器

（1）能截取完整的流量橫截段。

（2）前后邊緣在同一平面或圓柱面上，且垂直于糧流平均軌跡。

（3）開口滿足糧流的各部分通過開口的時間相等。

（4）不工作時，開口封閉。

（5）可以讓整個份樣全部通過。

（6）切割速度為 0～0.5 m/s，切割周期最小設定的時間間隔為10 s。

（7）切割器切割間隔可按照質量間隔或時間間隔進行設定。

（8）保持每個份樣量一致，應綜合考慮需切割器的開口尺寸、切割速度和料流流量。保持切割速度一致，應考慮后面縮分流程按定質量縮分。

2.2.4 縮分器

（1）可使份樣順利通過，且份樣不溢出，任何部分不發(fā)生阻塞。

（2）縮分后廢棄樣部分自動回到主系統(tǒng)。

（3）結構緊密，避免對樣品的干擾；且內壁光滑，無需清潔。

（4）縮分器分為兩種類型，旋轉縮分和擺動縮分。旋轉縮分器：系統(tǒng)中采用的旋轉縮分器，在多級縮分的前端使用；擺動縮分器：系統(tǒng)中縮分樣品量較小時，在多級縮分的末端使用。

2.2.5 樣品收集器

（1）為密閉容器，可排除外部環(huán)境對樣品的污染。

（2）每個容器有4 kg的留樣容量。

（3）可連續(xù)工作，能自動切換樣品罐，可同時放置16個樣品罐，并保證每個樣品的獨立性。

2.3 系統(tǒng)工藝

系統(tǒng)采用手動、半自動、自動3種控制方式，可切換運行方式；同主皮帶運行信號聯(lián)鎖，同時接收主皮帶的皮帶秤瞬時流量和累計流量信號，兩套系統(tǒng)獨立控制運行，可對采樣數(shù)據進行管理，并能承擔港口卸船系統(tǒng)間的信息傳遞及打印各種糧谷采樣報表?？刂婆_有顯示屏，可顯示設備運行狀況。

設計工藝和控制流程滿足 《ISO 24333—2009：谷物和谷物產品-采樣》、《SN/T1894—2007：散裝糧谷自動采制樣系統(tǒng)操作規(guī)程》等標準要求[3-4]。糧谷采樣選用定量采樣為主、定時采樣為輔的形式，兩種方式可以切換。采樣機從流速均勻的料流中采取，在控制系統(tǒng)的人機界面可設定運行方式和間隔，控制系統(tǒng)自動接收皮帶秤的流量信號（瞬時流量和累積流量），當滿足運行要求后，自動啟動采樣系統(tǒng)，初級采樣機從帶式輸送機頭部橫向快速切取全斷面的料流，料流通過樣品輸送管路落入一級縮分器中，一級縮分后的樣品一路進入二級縮分器，一路送入斗提機，二級縮分器縮分后的樣品一路進入樣品收集裝置中，一路進入直線振篩及觀測皮帶后被送到斗提機，所有進入斗提機的余料被送到主料流系統(tǒng)，即散糧系統(tǒng)中的主帶式輸送機中。

2.4 性能試驗[5-6]

衡量散裝糧谷機械化采制樣系統(tǒng)性能參數(shù)主要是采樣精密度、偏倚試驗（系統(tǒng)誤差）、水分損失、顆粒破碎率、份樣的質量變動系數(shù)（CV值），在系統(tǒng)的機械環(huán)節(jié)中，由于設計加工、參數(shù)設置、糧谷的差異、運行故障和系統(tǒng)密封等原因，均可能影響到系統(tǒng)得到最終樣品的代表性，造成每批糧谷的指標（水分、蛋白質、破損率等）出現(xiàn)長期、單向、系統(tǒng)性偏差。糧谷機械化采制樣系統(tǒng)的性能試驗是對整套系統(tǒng)技術條件、故障診斷、參數(shù)設計、質量控制和整體評價的重要手段，也是考核系統(tǒng)驗收能否合格的依據。

2.4.1 采樣精密度

精密度是在規(guī)定條件下多次重復一測量程序所得結果間的符合程度，它是所用測量方法的一個特征。采樣精密度實驗可選擇多份采樣方法，然后根據貨物卸貨情況選擇谷物的批次m，建議20批次以上；采樣批的重量；采樣間隔；每個采樣批的份樣數(shù)n。將n×m個份樣一次輪流放入j個容器中，合并成j個試樣。選定糧谷的測定參數(shù)，一般進口大豆選擇水分、蛋白質、不完善粒等指標。精密度應小于±0.3%，不然需增加份樣數(shù)重新試驗。

按公式（1）計算多份試樣的總體標準偏差（S）、用公式（2），估算精密度 p：

式中：xi-第i個樣品的測試結果；

n-樣品組數(shù)；

j-批次；

p-采樣精密度。

2.4.2 系統(tǒng)偏倚

偏倚試驗的原理是對同一種谷物采取一系列成對試樣，一個用被試驗的采樣系統(tǒng)或其部件采取，另一個用一參比方法采取，然后測定每一對試樣的測試結果間的差值，并對這些差值進行統(tǒng)計分析，最后用t檢驗進行判定。試驗步驟首先要確定參比采樣的方法和地點，一般選用國際上公認的停帶采樣方法，地點是在采樣器切割皮帶料流痕跡最近的合適部位；再選定糧谷的測定參數(shù)，一般選擇測定指標波動大的參數(shù)，只要波動大的參數(shù)偏倚試驗合格，其他指標也能滿足要求。根據經驗進口大豆可選擇蛋白質、不完善粒、水分等指標；確定試驗的糧谷；決定試樣對的組成，即試樣是由1個份樣或多個份樣組成，一般按1個份樣組成；決定最大允許偏倚（B值），其數(shù)值為正值的標記為“+”，負值的標記為“-”。在沒有其他資料的情況下，取B值0.2%～0.3%，也可各方協(xié)商確定；最后進行偏倚的評定。

2.4.2.1 顯著偏倚條件

對配對偏倚試驗，差值平均值的期望值為0。如d≤-B 或d≥+B，則證明有偏倚，無須做進一步的統(tǒng)計分析。

2.4.2.2 與B有顯著性差異檢驗

如-B＜＜+B，則按公式（3）計算和 B 間差值統(tǒng)計量tnz。

式中：di—在一組內Xbi和Xai的差數(shù)；

n—組數(shù)；

Xbi—第i組參比樣品測量值的含量；

Xai—第i組最終樣品測量值的含量；

Sd—差值的標準偏差；

B—最大允許偏移；

tnz—統(tǒng)計 t值。

從相應的表查得自由度為（n-1）時的單尾t值（tβ），比較 tnz和 tβ。 如果 tnz＜tβ，證明存在顯著大于 0且顯著不小于B的偏倚，即試驗結果證明存在實質性偏倚。如tnz≥tβ，即試驗結果證明不存在實質性偏倚。

2.4.2.3 與0有顯著性差異檢驗

如-B＜d＜+B，且 tnz≥tβ則按公式（5）計算 d 和 B間差值統(tǒng)計量tz。

從相應的表查得自由度為（n-1）時的單尾t值（tβ），比較 tz和 tβ。 如果 tz＜tβ，證明差值平均值與 0 無顯著差異，被檢系統(tǒng)或部件可接受為無偏倚；如tnz≥tβ，證明被檢系統(tǒng)或部件存在小于B的偏倚。

2.4.3 水分損失

水分損失是指系統(tǒng)運行過程中糧谷的水分減少的部分。這項試驗也是考核機械化采制樣系統(tǒng)的重要指標。通過一組參比樣品水分與最終系統(tǒng)得到的樣品的水分，按公式（6）進行計算得出水分的損失。一般水分損失不大于0.5%，或有關各方協(xié)商確定。

式中：Yi——第i組最終樣品的水分結果；

Xi——第i組參比樣品的水分結果；

N—參比樣品組數(shù)。

2.4.4 破碎率

顆粒破碎率是指系統(tǒng)運行過程中糧谷由于機械的碰撞、摩擦等造成糧谷顆粒的破碎程度。這項試驗是考核機械化采制樣系統(tǒng)是否對糧谷產生損傷。通過一組參比樣品破碎率與最終系統(tǒng)得到的樣品的破碎率，按公式（7）進行計算得出系統(tǒng)的破碎率[7]。一般破碎率不大于0.2%，或有關各方協(xié)商確定。

式中：Yi——第i組最終樣品的破碎率結果；

Xi——第i組參比樣品的破碎率結果；

N—參比樣品組數(shù)。

2.4.5 質量變動系數(shù)（CV值）

機械化采制樣系統(tǒng)所采取的份樣應保持質量的基本一致，即份樣的質量的變動系數(shù)應小于20%。收集1組份樣，每個份樣分別稱重，然后變動系數(shù)可按照公式（8）計算。

式中：CV—變動系數(shù)；

X—份樣量的平均值；

S—標準偏差；

n—份樣數(shù)；

Xi—第i組份樣量。

3 建議

（1）系統(tǒng)內再增加一臺縮分器，使系統(tǒng)工藝更加靈活、多變，能夠縮分出不同階段的保留樣品。

（2）在采樣器、以及容易泄露或堵塞的地點增加監(jiān)控裝置，這些視頻監(jiān)控可讓操作人員動態(tài)的掌握系統(tǒng)的運行狀況，減小操作人員的勞動強度，保護人員的身體健康。

（3）需要進入直線振篩及觀測皮帶的樣品，建議引入到單獨的觀察房間，便于對進口糧谷進行植物檢疫的初篩檢驗。

4 結論

（1）根據港口的作業(yè)情況、裝卸貨條件對散裝糧谷機械化采制樣系統(tǒng)的進行設計，可減少投資成本，提高運行效果、符合相關標準及檢驗檢疫的要求。

（2）合理的性能試驗方案，可準確反映出散裝糧谷機械化采樣系統(tǒng)的采取樣品的代表性，能夠消除了糧谷采制樣過程中人為因素的影響，使采樣的代表性更為準確。

（3）機械化采制樣系統(tǒng)可以按照ISO24333—2009（E）等更先進的標準進行自動化采制樣，有效解決工作質量和港口卸率的矛盾，符合檢驗檢疫改革發(fā)展的要求。

（4）機械化采制樣系統(tǒng)的應用符合國際糧谷貿易發(fā)展趨勢，有利于與國際接軌，它必將成為今后糧谷采制樣技術發(fā)展的必然趨勢。

[1] 袁曉鷹.機器人技術在礦石機械化采制樣系統(tǒng)中的應用[M].北京：中國質檢出版社，2014.

[2] 李鳳貴，張西春，郭兵.鐵礦石檢驗技術[M].北京：中國質檢出版社，2014.

[3] SN/T 1894-2007：散裝糧谷自動采制樣系統(tǒng)操作規(guī)程[S].

[4] ISO 24333—2009：Cereals and cereal products-Sampling[S].

[5] GB/T 19494.3—2004：煤炭機械化采樣 第三部分：精密度測定和偏倚試驗[S].

[6] GB/T 10322.1—2014：鐵礦石 取樣和制樣方法[S].

[7] 姚利林，劉永利，劉志，等.散裝糧谷自動采制樣系統(tǒng)的引進及系統(tǒng)性能試驗[J]. 現(xiàn)代商檢科技，1995，5（2）：8-17.