虾夷扇贝筏式养殖作业设施装备设计优化

孙天泽 李明智 于功志 才 昊 张 维

（1.大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁 大连 116023；2.大连海洋大学大学生“蔚蓝”科技创新创业基地，辽宁 大连 116023）

《全国渔业发展第十三个五年规划》强调“十三五”渔业发展要牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，加快实现渔业现代化［1-2］。目前，北黄海虾夷扇贝（Patinopecten yessoensis）增养殖面积70余万hm2，年产量超过20万t，产值达50亿元，其中筏式养殖产量已占全国总量的60%以上［3］。我国是世界上海水养殖发达国家之一，但在筏式养殖中仍存在养殖工艺陈旧、设施技术装备落后、基础设施不够完善、基础研究进展缓慢等重大问题［4］。虾夷扇贝筏式养殖作业仍以传统方式中的人力作业为主，工人劳动强度大，生产效率低。我国是世界渔业生产大国，装备制造是渔业生产发展的基本保障和主要手段，装备现代化是促使渔业生产力现代化的重要前提和体现，加快提升筏式养殖过程中机械化水平是必然发展趋势［5-8］。鉴于此，本文提出虾夷扇贝筏式养殖作业设施的研究方案，以期提供一种有效解决目前虾夷扇贝筏式养殖作业过程中诸多问题、优化原有养殖作业流程的工程设施，促进国内虾夷扇贝筏式养殖作业装备的发展。

1 筏式养殖作业关键设施装备设计

1.1 双向拔笼机的设计

本文提供一种用于海上浮筏养殖笼拔吊且安全高效的双向电动拔笼装置，替代现有的人力拔笼及尾挂机作为动力源的拔笼方式，目前筏式养殖的吊笼梗绳在船的两侧，该装置设计成双向操作，即单次航程能够同时拔吊设施两侧的吊笼，减少船单次航行量。由于需要拔吊的吊笼直径为300 mm，总长为2.5 m，因此为保证吊笼能顺利从海中完全拔到甲板上，需设计双向拔笼机结构，其包括过渡圆板（直径为300 mm的1/4圆）、U型滑槽（长6 m、宽300 mm、边缘高50 mm，厚度3 mm）、电机（功率500 W、电压48 V、转速60 r/min）、减速器、定滑轮、吊杆（高3 m）及绞绳轮等（见图1）。吊杆安装在船首纵轴线上；定滑轮置于吊杆顶端支出杆上，定滑轮分别过渡吊笼缆绳，进行拔吊船两侧的吊笼；缆绳一端接吊钩，另一端缠绕在绞绳轮上；动力装置布设在U 型滑槽旁且承载台固定于吊杆上，连接绞绳轮拔笼的速度可根据实际需要调节，以保证吊笼和扇贝完好。

1.2 贝苗附着基分离装置的设计

在人工作业占主导的养殖作业背景下，在满足目前作业要求的前提下，本文设计了一种方便科学的贝苗附着基分离装置，可改变人工效率低的传统作业方式，该贝苗附着基分离装置结构设计由电机、连动杆、网袋钩、出口开关、清洗支架、传动装置、水槽、水槽支架（长2 m、宽0.6 m）及固定支架等构成（见图2）。水槽固定置于水槽支架内，水槽支架一端放置电机，电机配备有电位器，工人可根据实际操作调节电机的最佳工作转速，从而保证清洗的效率；电机通过传动装置连接连动杆；清洗支架与连杆相连，固定支架通过轴承连接在水槽两侧，电机带动连动杆运动使清洗支架与水槽保持前后反复运动，清洗支架下部置于水槽内；位于水槽内的清洗支架上设置横杆，横杆上设置网袋挂钩，且水槽两端分别设置进水口、出水口，方便工作时换水。改造后的装置在节省劳动力、降低劳动强度的同时，提高分离效率。

1.3 转笼及筛贝装置的设计

转笼及筛贝装置由现有的电动抖笼装置进一步改造设计而成，相比原位于船外侧的电动抖笼装置，本装置结构简单、操作便捷、减小了对贝苗的损伤，且省去了人工筛贝这一步骤。该装置由原先抖动的方式改为滚动出贝的方式，减少了贝苗损伤。该装备主要由固定吊笼钩、滚网、电机（功率500 W、电压48 V、转速60 r/min）、齿轮、滑轮以及接收槽等部分构成。装置以框架为主体，电机安装在整个装置的上部，避免电机遇水；电机连接齿轮，齿轮连接滚网上端齿轮，滚网安装在框架内部，滚网下部有2 个等大的接收槽。转笼及筛贝装置的整体效果如图3 所示。利用滚网装置代替人工抖苗，通过网口的大小筛选出所需规格的贝苗，由于在不同时间段，贝苗的筛选规格不同，因此所设计的滚网前部和后部的网口大小不同且可调节，滚网长为3 m、直径为450 mm，直径大于吊笼直径150 mm。这样可以保证吊笼能完全处于滚网中，滚网与吊笼之间存有空隙，可保证贝苗全部从吊笼中筛出。

1.4 吊笼定量加装贝苗装置的设计

贝苗筛选后，把贝苗按照适宜数量放入吊笼中，目前该操作步骤仍由人工劳动，本文设计了吊笼定量加装贝苗装置来取代人力作业，节省工作时间，提高贝苗的成活率。该装置由工作台（长2.5m、宽0.6m）、下贝筒（直径120 mm）、下贝开关、送贝口、固定板、活动板、滑动轨道等部分组成。送贝口安装在整个装置的顶部，固定板、活动板、下贝开关、下贝筒在送贝口的下部从上到下依次安装。在送贝口的下方安装固定板和活动板，通过调节活动板的高低，导致送贝口所能容纳的贝苗不同；下贝开关安装在活动板的下方；在下贝开关下方安装一排下贝筒，下贝筒伸长到放在工作台上的吊笼中，通过抽动下贝开关，即可在吊笼中得到已知数目的贝苗；滑动轨道贯穿固定板、活动板。固定支架在支撑起整个装置的同时设置了水平工作台。整体结构示意图如图4所示。

2 筏式养殖设施装备集成与作业流程优化

2.1 筏式养殖作业装备集成

根据虾夷扇贝浮筏养殖收获的条件，结合虾夷扇贝筏式网笼养殖模式的作业流程，以及设施的稳性，本文提供一种既有序又方便工作的甲板布置方案，将筏式养殖作业装备集成（见图5）。

如图5所示，双向拔笼机在船的前部，有利于工人进行解笼及相关操作。贝苗附着基分离装置在甲板靠近左舷一侧（方便取用海水），网袋在拔吊到船平台后，工人直接把网袋从滑槽移动到本装置附近。转笼及筛贝装置在双向拔笼机后部，甲板中部，放在甲板中部活动空间较大，有利于工人进行转笼以及筛贝的操作，同时在双向拔笼机和转笼及筛贝装置中间放置传送带或滑道，以减轻工人的劳动强度，提高效率。吊笼定量加装贝苗装置放置在靠近右舷的位置，工人完成筛贝操作后，迅速把扇贝移动到该装置进行送贝操作，将扇贝输送到吊笼中。在双向拔笼机的上方装有抽缩式遮阳网，使用时打开电机可把遮阳网抽出，不使用时可把遮阳网收回。

2.2 机械化筏式养殖作业流程

本设施在原有人工作业基础流程的基础上，将分苗操作和倒笼操作全部改为机械装备作业，具体如图6所示。

3 结语

结合目前虾夷扇贝筏式养殖人工作业流程，本文提出了可满足目前虾夷扇贝筏式养殖作业的4 个主要设备，双向拔笼机可大大降低搬运过程中对扇贝造成的损伤；优化拔笼作业方式可缩短1/2 的作业航程，提高作业效率；贝苗附着基分离装置设计，可有效筛除附着在扇贝上的贻贝以及杂质、杂藻，避免其对扇贝生长造成不利影响；转笼及筛贝装置操作相对现有抖笼过程而言，有效降低了对贝体的冲撞刺激，可便捷区别出不同规格的贝体；吊笼定量加装贝苗装置设计，能一次性定量输送贝苗，提高作业效率。采用双体船结构一定程度上增大了甲板作业面积，提高了作业设施的稳定性，结合虾夷扇贝筏式作业流程，合理布置甲板装置，可使工人工作更加有序。综上所述，该虾夷扇贝筏式养殖作业设施，有效削弱了对虾夷扇贝的刺激，虾夷扇贝损伤率降低，用工人数减少、劳动强度降低、工作效率提高、作业成本投入降低，具有推广应用价值。