技术领域
本发明涉及粮食取样设备领域，特别是一种船舶粮食扦样机及扦样方法。
背景技术
随着经济的发展, 不同产业对小麦、大豆、玉米、水稻等不同品种粮食的需求量越来越大，随之而来的粮食运输工具也在不断改变。越来越多的汽车、火车、船舶等运输工具，不断加入到粮食运输行列。特别是运输散粮的船舶,需要扦样才能化验粮食的各种质量指标，确保粮食安全。而在港口和码头区域，粮食扦样还存在以下问题：
（1）人力、时间成本高
传统的粮食扦样多是通过人力将2米左右长度的扦样杆插入到粮堆中进行扦样，不仅人力消耗大,而且在对高度超过4米的粮堆进行扦样时,必须先卸掉上层粮食才能够对下层的粮食进行扦样,时间消耗也较大，无法满足港口快速周转的需要。
（2）人工扦样存在较大安全隐患
目前，码头船舶扦样过程中，需要工作人员手持2—3m的扦样管爬到船舱粮堆上，靠人力把扦样管插入粮堆中。作业过程中，存在的安全风险有：
a.粮面松软，站立不稳，存在陷入风险；
b.海面起伏不稳，易产生晃动，也会导致站立不稳，存在落海风险；
c.对于大型船舶，粮面较高，属于登高作业，存在较高的安全隐患。
（3）扦样过程受人为因素影响较大，存在样品采集不标准的问题
根据国家标准《GB/T 5491-1985粮食、油料检验、扦样、分样法》规定要求，粮食扦样过程中要确保分区设点、分层探底扦样。人工扦样过程中，无法做到精准划区，扦样点的选择受人为因素影响较大，分层扦样多数凭经验值进行操作，无法满足相关国家标准的要求。
（4）库区船舶扦样自动化作业水平相对较低
库区船舶扦样现有的操作方式人工扦样，属于传统作业方式，不符合现代农业机械化、自动化趋势要求，急需转型升级。
（5）人工扦样作业劳动强度大，环境恶劣，效率低
人工扦样，是依靠人力完成样品采集工作，携带2—3m的扦样管在粮面上进行多点位扦样，单船舱扦样过程要持续近1小时，劳动强度大。同时，高温天气下的作业，工作环境非常恶劣，迫切进行改善工作环境。
发明内容
本发明的目的在于客服以上技术缺陷，提出一种自动化程度提高，方便快捷的船舶粮食扦样机及扦样方法。
本发明为实现其技术目的所采取的技术方案是：船舶粮食扦样机，包括自下而上依次设置的底盘单元、大臂单元以及扦样单元，所述底盘单元包括底盘基体，在所述底盘基体中心设有转盘，外侧设有履带，在所述底盘基体与履带之间还设有用于驱动所述履带的行驶转向系统；在所述履带上还设有履带伸展缸，在底盘基体上还设有发电机和底盘配重；
所述大臂单元包括支撑立柱和回转立柱，所述回转立柱下部连接在所述底盘基体的所述转盘上，所述支撑立柱套接在所述回转立柱内，所述支撑立柱上部连接有伸缩大臂，所述伸缩大臂一端连接配重结构，另一端连接所述扦样单元；
所述扦样单元包括扦杆支架、扦样杆，所述扦杆支架两端设有链轮，所述链轮之间环绕有链条，所述扦样杆通过连接架连接在所述链条上；在所述扦杆支架上还设有扦杆驱动机构，在所述扦样杆上还设有自动反弹装置；
在所述伸缩大臂上还设有连接柱，所述扦杆支架上还设有支座，所述连接柱与所述支座之间采用销轴连接；在所述销轴一侧还设有角度调节气缸，所述角度调节气缸的尾端连接在所述连接柱上，活塞杆末端连接在所述支座上。
优选的，所述自动反弹装置包括套接在所述扦样杆上的压缩弹簧和套管，所述套管连接在所述压缩弹簧上方，并与所述扦杆支架连接，在所述套管上方、所述扦样杆上套接有第一对夹法兰，并且所述第一对夹法兰下表面与所述套管上表面之间存在间隙，在所述压缩弹簧下端、所述扦样杆上套接有第二对夹法兰，所述第一对夹法兰与所述第二对夹法兰之间贯穿有弹簧调节螺栓，所述弹簧调节螺栓用来控制所述压缩弹簧的伸展长度；在所述第一对夹法兰外侧还设有微动开关。
优选的，所述配重结构为可伸缩配重结构，包括配重架、配重气缸，配重块，所述配重架连接在所述伸缩大臂上，所述配重块通过滑轮结构连接在所述配重架上，所述配重气缸的缸筒通过连接支座连接在所述伸缩大臂上方，所述配重气缸的活塞杆末端连接在所述配重架上部；所述配重气缸能够带动所述配重架和所述配重块沿着所述伸缩大臂移动。
优选的，还包括用于驱动船舶粮食扦样机的液压单元，所述液压单元包括油箱、管路、阀组、液压缸和液压马达，所述管路连接所述油箱、阀组和液压缸，形成液压回路；
在所述油箱上设有液温液位计、空气滤清器、液位发讯器、温度变送器，在所述油箱供油口设有吸油过滤器，回油口设有回油过滤器；
所述吸油过滤器连接有低压截止球阀、齿轮泵、钟形罩联轴器、柴油发动机、单向阀、高压过滤器、液压接头、测压软管、电接点压力表，完成向所述阀组、液压缸和液压马达供油；
所述回油滤油器连接有多路换向阀、风冷却器，完成所述液压缸和液压马达向所述油箱回油。
优选的，所述液压缸包括左侧履带伸展缸、右侧履带伸展缸、大臂伸缩油缸、配重油缸、扦样单元变幅油缸、底盘回转油缸，所述液压马达包括履带左行走马达、履带右行走马达。
优选的，还包括用于驱动船舶粮食扦样机的电气单元，所述电器单元包含控制部分、监控部分和人机交互部分，所述控制部分包括PLC以及二次控制，所述监控部分包括摄像头、硬盘录像机、显示器，所述人机交互部分包括遥控器、计算机、控制柜、触摸屏。
船舶粮食扦样机扦样方法为以下过程：
（1）根据船舶粮食扦样机工作区域，设定扦样区域，船舶按照要求停泊就位固定；
（2）船舶粮食扦样机操作人员将扦样机遥控移动至船舱前段或尾端，通过遥控器控制履带伸展增加稳定性，通过摄像机确定自动扦样基准点；
（3）船舶粮食扦样机基准点确定完成后，点击控制柜液晶触摸屏选择本次扦样船型，确定船型后，操作人员根据涨潮落潮的情况升降大臂高度；
（4）船型及大臂高度设定完成后，系统根据船型数据生成扦样点，该扦样点的生成由计算机自动计算生成；
（5）扦样杆到达指定位置后，风机打开扦样杆开始下降，在下降过程中粮食被抽至集粮桶，扦样杆下降到位后扦样杆上端电磁阀打开，电磁阀后的粮食全部进入集粮桶，集粮桶打开气动阀门，粮食进入分向仓，集粮桶内无粮食后阀门关闭；
（6）关闭电磁阀开始分层取样，设定电磁阀关闭时间，开始抽下层粮食，打开电磁阀完成下层抽样，上升扦样杆开始中间层抽粮，以此类推完成上中下3层取样；
（7）扦样杆回到最上端时，分样器气动闸门打开，粮食进入分向仓，粮食进行分样，1/8进入样品盒，为第一点扦样样品；扦样大臂自动进入下一点，重复执上一扦样工作，直至完成系统设置所有点位扦样；
（8）扦样完成后，扦样杆回升至初始位置，大臂旋转至初始工位；扦样杆配置液压系统，操作人员将扦样杆水平放置；无扦样任务后将扦样机驶离码头操作区域。
本发明的有益效果是：底盘单元的履带能够随着履带伸展缸延展，延展后底盘单元整体宽度由3米增加至4米，增加设备在扦样过程中的稳定性。大臂单元能够完成升降和旋转，并且配重结构能够伸缩，调整配重移动位置，实现配重稳定。扦样单元能够呈现水平和垂直两种状态，并且扦样杆能够在电气单元控制下实现自动扦样和触底反弹，还能够实现随机布点取样。本发明在液压单元和电气单元配合工作下，实现对运粮船舶自动取样，方便快捷，工作效率显著提高。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为底盘单元示意图；
图3为扦样单元水平状态示意图；
图4为扦样单元上端结构示意图；
图5为扦样单元下端结构示意图
图6为船舶扦样机扦样流程框图；
图7为本发明整体液压系统工作原理图；
图8为扦样机移动到船舶扦样工位状态图；
图9为大臂旋转至扦杆水平状态图；
图10为扦杆竖直并调整立柱高度状态图；
图11为伸缩大臂伸出状态图；
图12为扦杆自动升降状态图；
图13为扦样机自动移位至下一扦样点状态图；
图14为伸缩大臂收缩状态图；
图15为扦样杆复位，扦样机移动状态图。
图中标记为
1、底盘单元；2、大臂单元；3、扦样单元；4、连接柱；5、支座；6、销轴；
7、角度调节气缸；8、液压单元；9、船舶；11、底盘基体；12、转盘；13、履带；
14、履带伸展缸； 21、支撑立柱；22、回转立柱；23、伸缩大臂；24、配重结构；
241、配重架；242、配重气缸；243、配重块；244、滑轮结构；245、连接支座；
31、扦杆支架；32、扦样杆；33、链轮；34、链条；35、连接架；36、扦杆驱动机构；
37、自动反弹装置；371、压缩弹簧；372、套管；373、第一对夹法兰；374、第二对夹法兰；375、弹簧调节螺栓；376、微动开关；81、油箱；82、液温液位计；83、空气滤清器；
84、液位发讯器；85、回油滤油器；86、温度变送器；87、低压截止球阀；88、齿轮泵；
89、钟形罩+联轴器；810、柴油发动机；811、单向阀；812、高压过滤器；813、液压接头；814、测压软管；815、电接点压力表；816、多路换向阀；817、吸油过滤器；
818、风冷却器；821、左侧履带伸展缸；822、右侧履带伸展缸；823、大臂伸缩油缸；
824、配重油缸；825、扦样单元变幅油缸；826、底盘回转油缸；827、履带左行走马达；828、履带右行走马达；829、立柱伸展油缸。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明做进一步说明：
如图1-15所示：
船舶粮食扦样机，包括自下而上依次设置的底盘单元1、大臂单元2以及扦样单元3，所述底盘单元1包括底盘基体11，在所述底盘基体11中心设有转盘12，外侧设有履带13，在所述底盘基体11与履带13之间还设有用于驱动所述履带13的行驶转向系统；在所述履带13上还设有履带伸展缸14，在所述底盘基体11上还设有发电机和底盘配重；
所述大臂单元2包括支撑立柱21和回转立柱22，所述回转立柱22下部连接在所述底盘基体11的所述转盘12上，所述支撑立柱21套接在所述回转立柱22内，所述支撑立柱21上部连接有伸缩大臂23，所述伸缩大臂23一端连接配重结构24，另一端连接所述扦样单元3；
所述扦样单元3包括扦杆支架31、扦样杆32，所述扦杆支架31两端设有链轮33，所述链轮33之间环绕有链条34，所述扦样杆32通过连接架35连接在所述链条34上；在所述扦杆支架31上还设有用于驱动链轮33的扦杆驱动机构36，在所述扦样杆32上还设有自动反弹装置37；
在所述伸缩大臂23上还设有连接柱4，所述扦杆支架31上还设有支座5，所述连接柱4与所述支座5之间采用销轴6连接；在所述销轴6一侧还设有角度调节气缸7，所述角度调节气缸7的尾端连接在所述连接柱4上，活塞杆末端连接在所述支座5上。
所述自动反弹装置37包括套接在所述扦样杆32上的压缩弹簧371和套管372，所述套管372连接在所述压缩弹簧371上方，并与所述扦杆支架31连接，在所述套管372上方、所述扦样杆32上套接有第一对夹法兰373，并且所述第一对夹法兰373下表面与所述套管372上表面之间存在间隙，在所述压缩弹簧371下端、所述扦样杆32上套接有第二对夹法兰374，所述第一对夹法兰373与所述第二对夹法兰374之间贯穿有弹簧调节螺栓375，所述弹簧调节螺栓375用来控制所述压缩弹簧371的伸展长度；在所述第一对夹法兰373外侧还设有微动开关376。
所述配重结构24为可伸缩配重结构，包括配重架241、配重气缸242，配重块243，所述配重架241连接在所述伸缩大臂23上，所述配重块243通过滑轮结构244连接在所述配重架241上，所述配重气缸242的缸筒通过连接支座245连接在所述伸缩大臂23上方，所述配重气缸242的活塞杆末端连接在所述配重架241上部；所述配重气缸242能够带动所述配重架241和所述配重块243沿着所述伸缩大臂23移动。
还包括用于驱动船舶粮食扦样机的液压单元8，所述液压单元包括油箱81、管路、阀组、液压缸和液压马达，所述管路连接所述油箱81、阀组和液压缸，形成液压回路；
在所述油箱81上设有液温液位计82、空气滤清器83、液位发讯器84、温度变送器86，在所述油箱81供油口设有吸油过滤器817，回油口设有回油过滤器85；
所述吸油过滤器817连接有低压截止球阀87、齿轮泵88、钟形罩联轴器89、柴油发动机810、单向阀811、高压过滤器812、液压接头813、测压软管814、电接点压力表815，完成向所述阀组、液压缸和液压马达供油；
所述回油滤油器85连接有多路换向阀816、风冷却器818，完成所述液压缸和液压马达向所述油箱81回油。
所述液压缸4包括左侧履带伸展缸821、右侧履带伸展缸822、大臂伸缩油缸823、配重油缸824、扦样单元变幅油缸825、底盘回转油缸826、立柱伸展油缸829，所述液压马达包括履带左行走马达827、履带右行走马达828。
还包括用于驱动船舶粮食扦样机的电气单元，所述电器单元包含控制部分、监控部分和人机交互部分，所述控制部分包括PLC以及二次控制，所述监控部分包括摄像头、硬盘录像机、显示器，所述人机交互部分包括遥控器、计算机、控制柜、触摸屏。
本发明的工作原理如下：
扦样单元3通过底盘单元1的移动，将扦样单元3移动到船泊9停靠的岸边，距离岸边两米以内，扦样单元3长度方向平行于岸边。操作人员通过遥控器将履带伸展缸14伸出，履带13随之延展，延展后底盘单元1整体宽度由3米增加至4米，增加设备在扦样过程中的稳定性。
扦样开始前通过操作人员的观察，找到扦样单元3与船泊9的相对位置基准点，操作人员通过遥控器控制大臂单元2旋转到与岸边垂直，回转立柱22由立柱伸展油缸829驱动，升降到扦样的适应高度。控制角度调节气缸7收缩，推动支座5转动升起，直到支座5带动扦杆支架31和扦样杆32转到垂直位置，扦样杆32垂直于地面，通过触摸屏选择船泊9型号，点击扦样开始按钮，风机自动启动。
伸缩大臂23自动伸出到某一位置，伸缩大臂23伸出过程中，伸缩大臂23后部的配重气缸242块也相应伸出，推动配重架241带着滑轮结构244以及配重块243沿着伸缩大臂23向后伸出，位移通过拉绳位移传感器实时检测，配重块243通过大臂位移传感器的反馈信号同时自动伸缩，确保重心在设定范围内，确保扦样机的安全平稳。扦样杆32自动下降插入粮食内，直到船底。
扦样杆32下插过程中，吸粮管上的电磁开关阀根据设定自动开启关闭。当余料电磁开关阀开启时，粮食进入沙克龙装置。当扦样杆插到船底时，余料电磁开关阀关闭，沙克龙装置内的粮食自动落回船舱。同时分样电磁阀打开，检化验粮食通过扦样杆吸入，通过吸粮管输送到粮桶内，通过分样电磁开关阀的开闭来达到分层取样的目的。
当扦样杆32下插入到船泊9底部时，驱动扦样杆32上下的链轮33、链条34、扦杆驱动机构36即减速电机，带动扦样杆32继续下插，使得扦样杆32上部的压缩弹簧371压缩，压缩弹簧371处的微动开关376动作，进而控制扦样杆32下降到下限位自动停止，实现扦样杆32的自动反弹功能。垂直岸边的这一条扦样区域完成后，系统语音提示操作人员，扦样机准备前移。操作人员确认设备可移动，按下允许移动按钮，扦样机前移，移动过程中，操作人员观察设备移动轨迹，若设备较大偏离时，进行遥控器人工辅助控制进行转向纠偏。
设备自动移动到下一个扦样区域时，自动完成扦样，过程同上，直至扦样点完成。扦样机伸缩大臂23缩回，遥控器控制角度调节气缸7伸展，推动支座5转动放平，直到支座5带动扦杆支架31和扦样杆32转到水平位置，回转立柱22下降到底，扦样单元3旋转到平行于伸缩大臂23长度方向，扦样机人工行驶开走。
整机用电可通过车载柴油发电机组提供，无需码头取电，最大限度提升了设备的可移动性。
本发明船舶粮食扦样机扦样方法为以下过程：
（1）根据船舶粮食扦样机工作区域，设定扦样区域，船舶按照要求停泊就位固定；
（2）船舶粮食扦样机操作人员将扦样机遥控移动至船舱前段或尾端，通过遥控器控制履带13伸展增加稳定性，通过摄像机确定自动扦样基准点；
（3）船舶粮食扦样机基准点确定完成后，点击控制柜液晶触摸屏选择本次扦样船型，确定船型后，操作人员根据涨潮落潮的情况升降大臂单元2中伸缩大臂23的高度；
（4）船型及伸缩大臂23的高度设定完成后，系统根据船型数据生成扦样点，该扦样点的生成由计算机自动计算生成；
（5）扦样杆32到达指定位置后，风机打开扦样杆开始下降，在下降过程中粮食被抽至集粮桶，扦样杆32下降到位后扦样杆32上端电磁阀打开，电磁阀后的粮食全部进入集粮桶，集粮桶打开气动阀门，粮食进入分向仓，集粮桶内无粮食后阀门关闭；
（6）关闭电磁阀开始分层取样，设定电磁阀关闭时间，开始抽下层粮食，打开电磁阀完成下层抽样，上升扦样杆开始中间层抽粮，以此类推完成上中下3层取样；
（7）扦样杆32回到最上端时，分样器气动闸门打开，粮食进入分向仓，粮食进行分样，1/8进入样品盒，为第一点扦样样品；扦样大臂自动进入下一点，重复执上一扦样工作，直至完成系统设置所有点位扦样；
（8）扦样完成后，扦样杆32回升至初始水平位置，大臂旋转至初始工位；扦样杆32配置液压单元8，液压原理如图7所示，操作人员将扦样杆32水平放置；无扦样任务后将扦样机驶离码头操作区域。
具体来讲，船舶粮食扦样机扦样过程为：
（1）根据船扦设备工作区域，设定扦样区域，船舶9按照要求停泊就位固定；根据现场勘查，可移动工作区域约50米。
（2）船扦操作人员将扦样机遥控移动至船舱前段或尾端，通过遥控器控制履带伸展增加稳定性，通过摄像机确定自动扦样基准点，如手动扦样不需寻找基准点的操作。
定位方案：扦样机旋转柱摄像头定制，内标十字线，在控制室的监控画面中人为判断扦样机是否移动到基准点位置。
（3）船扦设备基准点确定完成后，点击控制柜液晶触摸屏选择本次扦样船型，确定好船型后，操作人员根据涨潮落潮的情况升降大臂高度，大臂升降行程可达1.5米。具体船型数据以及扦样模型，可根据用户要求进行定制化设定，以满足用户对不同深度粮层的取样要求。
（4）船型及大臂高度设定完成后，系统根据船型数据生成扦样点，该扦样点的生成由计算机自动计算生成，人为无法干预。扦样杆根据系统程序设定，自动找点扦样。扦样点的布置位置依据船型数据建立生成，数据模型建立时充分考虑到船舶晃动、误差等因素，有效防止扦样时扦到船体外。如扦样杆在扦样过程中碰触甲板，扦样杆触底反弹功能启用，将顺序进入下一扦样过程。后期如扦样样品数量不够或者其他出现特殊情况，可切换至手动模式，通过遥控器手动操作扦样。
（5）扦样杆到达指定位置后，风机打开扦样杆开始下降，在下降过程中粮食被抽至集粮桶，扦样杆下降到位后扦样杆上端电磁阀打开，使得电磁阀后的粮食全部进入集粮桶，集粮桶打开气动阀门，粮食进入分向仓（此时分向仓处于废料管），集粮桶内无粮食后阀门关闭，方向仓切换至分样管。此时关闭电磁阀开始分层取样，设定电磁阀关闭时间，开始抽下层粮食，打开电磁阀完成下层抽样。上升扦样杆开始中间层抽粮，以此类推完成上中下3层取样。待扦样杆回到最上端时，分样器气动闸门打开，粮食进入分向仓（此时分向仓处于分样管），粮食进行分样，1/8进入样品盒，为第一点扦样样品。扦样大臂自动进入下一点。重复执上一扦样工作，直至完成系统设置所有点位扦样。此取样分样过程，参考专利2017212062493中，粮食取样分样方法。
（6）扦样机布点由系统自动生成，扦样机在找点过程中可自动行走，行走前语音提示操作人员，操作人员遥控器确认后扦样机自动行走，找到定点后，再次进行扦样。
（7）当本船扦样完成后，扦样杆回升至初始位置，伸缩大臂23旋转至初始工位。扦样杆配置液压系统，操作人员可将扦样杆水平放置。无扦样任务后可将扦样机驶离码头操作区域。
机译： 粮食测量仪器样机
机译： 粮食采样机
机译： 烹饪鸡皮扦的方法
