機械化平房倉刮平機的研發(fā)

◎辛爍軍，郭井濤，高 蘭，隨 賽

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

機械化平房倉刮平機的研發(fā)

◎辛爍軍，郭井濤，高 蘭，隨 賽

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

在調(diào)研我國平房倉現(xiàn)有進、出倉技術裝備的基礎上，結合我國糧食物流現(xiàn)狀研發(fā)了一種平房倉的新型配套裝備—機械化平房倉刮平機。機械化平房倉刮平機的大型開放式刮板系統(tǒng)、懸掛升降系統(tǒng)、行走系統(tǒng)及電控系統(tǒng)的設計制造存在較多技術難題，通過對本裝備各個技術難題的研究分析，提出了相應的解決方案，成功研制出集進出倉及平倉功能于一體的新型刮平機。經(jīng)試驗表明：該裝備實現(xiàn)了平房倉散糧的機械化進出倉、平倉作業(yè)，大幅提高散糧的進出倉效率。機械化平房倉刮平機的推廣應用將促進我國散糧倉儲物流效率提高，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

平房倉；機械化平房倉；刮平機；進出倉；平倉；倉儲物流

1 平房倉概述

平房倉是我國糧食儲備庫中使用廣泛、庫容量大的一種倉型，其適應性強、建設周期短、建造成本低，在我國糧食儲備中被廣泛應用。平房倉散糧的進倉主要靠移動式皮帶機和補倉機搭接作業(yè)，產(chǎn)量一般為5 0～1 0 0 t/h；進倉后還需補倉機補倉及人工平倉；出倉采用扒糧機和移動式皮帶機搭接作業(yè)。具體情況如下：

1.1 移動式皮帶機和裝倉機搭接作業(yè)式進倉

如圖1、2所示，運糧車輛開到平房倉外，由多臺移動式皮帶機及篩分設備搭接組成糧食輸送線，人工將糧袋拆開或打開車輛卸糧口將糧食流進移動式皮帶機，通過皮帶輸送，將糧食運至倉內(nèi);倉內(nèi)糧食堆積到一定高度后，使用皮帶機和補倉機將糧食從窗口輸送進倉。進糧作業(yè)需要多臺移動式皮帶輸送機同時工作，并且在進倉過程中需要移動倉內(nèi)皮帶機的位置，輔助人員較多，同時糧食在輸送過程中拋灑較多，現(xiàn)場粉塵污染嚴重，雨雪天無法作業(yè)。

圖1 平房倉糧食補倉(外)

圖2 平房倉糧食入倉(內(nèi))

圖3 入倉工藝流程

1.2 人工平整糧面

如圖4所示，平房倉內(nèi)裝滿糧食后，糧面高低不平，此時就需要人工平整糧面，作業(yè)空間內(nèi)粉塵飄揚污染嚴重，嚴重影響著操作人員的身體健康。

圖4 人工平整糧面

1.3 移動式皮帶機和扒谷機搭接作業(yè)式出倉

出倉工藝流程見圖5。如圖6、7所示，人工控制扒谷機將糧食裝載到倉內(nèi)皮帶機上，通過由多臺移動式皮帶機組成的糧食輸送線，將糧食輸送到停放在倉外的運糧車上。出倉作業(yè)需要多臺移動式皮帶輸送機及扒谷機同時工作，輔助人員較多，同時糧食輸送過程中拋灑較多，現(xiàn)場粉塵污染嚴重，雨雪天無法作業(yè)。

圖5 出倉工藝流程

目前，國內(nèi)平房倉的進、出倉及平倉作業(yè)存在的問題主要有:人工輔助工作量大、糧食拋灑較多;自動化水平低、作業(yè)效率不高;工作環(huán)境中，粉塵濃度大，環(huán)境惡劣;受天氣狀況影響較大。這些不利因素一定程度上制約了我國糧食倉儲物流行業(yè)的發(fā)展，阻礙了我國糧食倉儲物流企業(yè)的競爭力，威脅著國家的糧食安全。

2 機械化平房倉刮平機研發(fā)目標

針對國內(nèi)糧食倉儲現(xiàn)狀，中糧工程科技（鄭州）有限公司組織力量著力研發(fā)機械化平房倉的配套裝備—機械化平房倉刮平機，以期實現(xiàn)平房倉散糧連續(xù)機械化進出倉及平倉作業(yè)，提高糧食物流效率，減少糧食流通損失，大幅改變平房倉半機械化作業(yè)現(xiàn)狀，增強糧食物流現(xiàn)代化水平，改善工人工作環(huán)境，引領我國糧食儲藏物流技術裝備的快速發(fā)展，逐步形成智能、高效、品優(yōu)的糧食儲藏物流新格局，提升我國農(nóng)產(chǎn)品物流的整體水平，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，確保糧食儲藏物流環(huán)節(jié)品質和數(shù)量穩(wěn)定，保障國家糧食安全。

圖6 平房倉糧食出倉(外)

圖7 平房倉糧食出倉(內(nèi))

機械化平房倉刮平機的主要性能參數(shù):作業(yè)產(chǎn)能200 t／h，可連續(xù)作業(yè)，實現(xiàn)平房倉散糧進出倉及平倉作業(yè)機械化、高效化、管控一體化。

3 機械化平房倉刮平機研發(fā)流程

3.1 機械化平房倉刮平機結構型式的組成

機械化平房倉刮平機主要由開放式刮板系統(tǒng)、懸掛升降系統(tǒng)、刮板鏈驅動裝置、行走系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。其設計方案如圖8所示。

圖8 機械化平房倉刮平機設計方案示意圖

機械化平房倉刮平機在平房倉中的應用工藝流程（見圖9）:在平房倉的倉頂設有固定式多點卸料裝倉設備，入倉糧食靠自溜及糧食的靜止角堆積成形，再由刮平機進行平倉，裝倉系數(shù)較高，倉容利用充分，裝糧高度可達8～10 m，甚至更高。下設出糧地溝，部分物料可自溜出倉，剩余物料采用刮平機強制出倉。

3.1.1 大型開放式刮板系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用輕型桁架結構，設計制造長度20 m開放式刮板系統(tǒng)。其整體結構如圖10所示。

圖10 大型開放式刮板系統(tǒng)立體模型示意圖

圖9 刮平機在機械化平房倉中的應用工藝圖

A—針對設備長度長，既要保證設備剛度又要減輕設備重量。本文采用三維設計軟件，對機架部分首先進行三維建模，然后利用ANSYS有限元分析軟件進行多方位對比分析，對機架關鍵節(jié)點的受力情況進行計算分析，并請專業(yè)結構工程師利用PKPM專業(yè)結構設計軟件優(yōu)化機架的結構和選材，在保證剛度的情況下，盡量減輕設備重量。

B—針對設備機架直線度問題。本研究自制24 m長的大型平臺，在平臺上制作整體焊接胎具，制定合理的焊接方案，采用小的焊接電流減少焊接變形。焊接后直接在胎具上采取去應力措施，待設備尺寸穩(wěn)定后再松開機架的固定壓板。

C—為保證二根鏈條同步。在設計驅動裝置時，二根鏈條采用一個電機-一臺減速機驅動。電機與減速機剛性聯(lián)接，減速機采用雙輸出軸的齒輪傳動減速機，鏈輪通過鍵聯(lián)接直接安裝到減速機的輸出軸上。這樣由齒輪的精確傳動與鏈輪和軸的剛性聯(lián)接保證了二根鏈條的同步運行。其傳動系統(tǒng)如圖11所示。

D—刮平機刮板運行中鏈條由于自重作用，會自然懸垂，很難張緊，在刮板運行中由于鏈條的柔性，刮板會出現(xiàn)左右擺動，影響設備運行的平穩(wěn)性。為此本文為刮板下部鏈條設計了C型導軌，為上部鏈條設計了L型導軌，并在導軌與鏈條的接觸面設置耐磨襯板，可有效地支撐鏈條的重量，控制鏈條不下垂，并限制刮板鏈條左右擺動幅度，使刮板平穩(wěn)運行。

E—刮平機刮板部分工作時始終處于懸吊狀態(tài)，工作時需要升降運動和沿倉長度方向的縱向行走運動，設備從導軌到刮板下部高度是不能裝糧的，所以設備的高度直接影響到平房倉的整體利用率，在設計時本文采用多方案對比，從中選用最優(yōu)方案，以毫米級壓縮刮板部分和懸掛行走部分的高度尺寸，以達到最低設備高度，提高倉房利用率。

3.1.2 懸掛升降系統(tǒng)

為保證刮平機升降平穩(wěn)，同時兼顧其空載時快速升降-工作時平穩(wěn)作業(yè)，不出現(xiàn)偏斜-不均衡升降等問題。經(jīng)反復對比研究，本文采用如下設計方案:

圖11 傳動系統(tǒng)結構示意圖

在刮板系統(tǒng)的機架中部固定一臺雙出繩單滾筒雙速電動葫蘆，在刮板機架的二端設置動滑輪，在行走系統(tǒng)上設置定滑輪，電動葫蘆滾筒的轉動帶動二根鋼絲繩同步運行，鋼絲繩繞過動滑輪和定滑輪固定在刮平機機架上。單滾筒的電動葫蘆保證了鋼絲繩運行的同步性，進而保證了刮平機二端同步升降。電動葫蘆固定在刮平機的中部，既可避開行走系統(tǒng)，又能降低設備高度。電動葫蘆采用快慢雙速度模式，快速是慢速的10倍，這樣既可實現(xiàn)設備空載調(diào)整時快速升降，又能保證在刮平機工作時平穩(wěn)慢速升降。如圖12所示。

3.1.3 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)擬采用兩套如圖13所示結構，分別懸吊刮板的兩端，帶動刮板系統(tǒng)沿倉縱向移動。

3.1.4 電控系統(tǒng)

A—針對平房倉內(nèi)作業(yè)時粉塵濃度較高，極易產(chǎn)生粉塵爆炸等隱患，本裝備的所有電器元件和控制箱均采用粉塵防爆元件，動力和控制信號均采用電纜傳輸。

B—刮平機配備倉外遙控裝置，裝備所有動作均可利用遙控器在倉外實現(xiàn)控制;裝備另設現(xiàn)場控制箱，可在檢修-調(diào)試時操作設備。

3.2 機械化平房倉刮平機的工作原理

3.2.1 工作原理

開放式刮板系統(tǒng)實現(xiàn)糧食輸送功能;懸掛升降系統(tǒng)實現(xiàn)開放式刮板系統(tǒng)升降功能;行走系統(tǒng)實現(xiàn)整臺設備的水平位置變化功能;電控系統(tǒng)實現(xiàn)整臺設備的動力及控制功能。

3.2.2 進倉工作流程

進倉時，糧食通過倉頂縱向布置的皮帶機或刮板機定點卸入倉內(nèi)，通過刮板旋轉運動將定點卸料的糧食從倉的一邊輸送到另一邊，隨著糧面的增高逐步提升刮板高度，當該點糧食達到裝糧線后，移動刮板機，調(diào)整進料輸送裝置的出料口位置，逐步把倉房裝滿，實現(xiàn)裝倉后上糧面平整-沿倉長度方向均勻。

3.2.3 出倉工作流程

出倉時，糧食先通過布置在倉底一側的輸送設備自流，自流完后，啟動刮平機，通過刮板旋轉把糧食逐層從倉內(nèi)遠離出料口的地方輸送到出料口，通過輸送設備可進行倒倉或直接裝車作業(yè)。利用刮平機和配套的輸送設備可實現(xiàn)平房倉進出倉的機械化-自動化-倉內(nèi)無人化作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，減少勞動力支出。

3.3 機械化平房倉刮平機的設計創(chuàng)新點

1）開放式刮板系統(tǒng)采用減速器同軸雙鏈條刮板驅動系統(tǒng)，保證了兩鏈條運行的同步性和受力均勻性，同時進一步保證了刮板機構的平穩(wěn)運行。

圖12 升降系統(tǒng)示意圖

圖13 行走系統(tǒng)示意圖

2）為有效支撐鏈條滾子的重量，控制鏈條不下垂，本文為刮平機上部鏈條設計了C型導軌，并為下部鏈條設計了L型導軌，可有效限制刮板鏈條左右擺動的幅度，使刮板平穩(wěn)運行。同時在導軌與鏈條之間設置耐磨襯板，減少運行過程中鏈條與導軌的磨損。

3）機械化平房倉刮平機刮板采用Z字型設計，在保證其機械強度的前提下實現(xiàn)刮板正反雙向輸送糧食的功能。

4 機械化平房倉刮平機樣機試制及試驗

4.1 樣機試制

機械化平房倉刮平機包括開放式刮板系統(tǒng)-驅動裝置-懸掛升降系統(tǒng)-行走系統(tǒng)及機架等，加工制造樣機如圖14所示。

圖14 機械化平房倉刮平機樣機

4.2 空載試驗

樣機加工-制造完成后，在試驗平臺上對其進行空載試驗，機械化平房倉刮平機的試驗平臺三維模型如圖15所示?？蛰d實驗的實物圖如圖16所示，經(jīng)試驗升降系統(tǒng)運行正常，滿足快速-慢速升降功能;行走系統(tǒng)運行平穩(wěn)，兩端行走同步性滿足設計要求，行走輪無打滑;刮板系統(tǒng)運行平穩(wěn)，雙鏈條運行同步性滿足設計要求;刮板系統(tǒng)正反向運行平穩(wěn)，運行中鏈條無脫鏈，鏈條左右擺動幅度滿足設計要求;試運行各測量點溫升都在許可范圍之內(nèi)。升降系統(tǒng)-行走系統(tǒng)遙控操作靈敏可靠。經(jīng)空載試驗表明，機械化平房倉刮平機運行平穩(wěn)-可靠，溫升正常，預定功能可全部實現(xiàn)。

圖15 機械化平房倉刮平機試驗平臺三維模型

圖16 機械化平房倉刮平機空載試驗實物圖

4.3 負載試驗

機械化平房倉刮平機的各項性能經(jīng)空載試驗驗證后，對其進行負載循環(huán)試驗研究，如圖17所示。

圖17 刮平機負載循環(huán)試驗圖

樣機負載循環(huán)試驗過程中，設備運行平穩(wěn)，各主要部件溫升正常。進糧平倉后樣機平倉性能也達到預期，糧面平整度較高（見圖18）。

經(jīng)試驗，設備性能穩(wěn)定，運行平穩(wěn);可有效完成平房倉的糧食進出倉-平倉機械化作業(yè)，大幅提高糧食的進出倉效率，進糧平倉后糧面平整度較好，具備進出倉作業(yè)產(chǎn)能200t／h，為國內(nèi)領先水平。

圖18 試驗倉刮平機平倉作業(yè)前后糧面圖

此外，還對刮平機進行了滿載和重載試驗，重點檢測了刮平機電機電流和刮平機端部距擋糧板的距離變化情況;刮平機的滿載試驗如圖19所示。

圖19 刮平機滿載試驗圖

重載試驗即調(diào)整刮平機刮板埋入糧面的深度，使糧面達到刮平機桁架鋼管底面。此情況下的位移偏移量稍大，但仍滿足使用要求，如圖20所示。

圖20 刮平機重載試驗圖

5 總結

隨著我國糧食儲備流通行業(yè)的發(fā)展-勞動力成本的逐步提高-“以人為本”理念深入人心，平房倉機械化程度的提高成為順應時代發(fā)展要求-降低物流成本的必然選擇。而機械化平房倉刮平機作為新型機械化平房倉的配套裝備，隨著新型機械化平房倉的推廣應用，也必將具有良好的應用前景。

1）經(jīng)濟效益方面:本裝備定位于新建糧食倉庫，目的是提高進出倉作業(yè)效率和單倉容量，符合國家政策方向，具有良好的市場需求和產(chǎn)業(yè)化前景。

2）技術效益方面:通過全方位-一體化的研究-設計，機械化平房倉刮平機將大幅提高糧食進出倉效率，降低工人的勞動強度，改善工人工作環(huán)境，減少糧食損失。機械化平房倉刮平機的出現(xiàn)填補了國內(nèi)平房倉自動化進出倉領域的的空白，打破了國外設備的壟斷。

3）社會效益方面:機械化平房倉刮平機可實現(xiàn)平房倉糧食安全高效智能化進出倉-平倉作業(yè)，大幅提高物流節(jié)點進出倉效率-提高儲糧安全，技術應用具有廣闊市場，能夠明顯帶動糧食物流主通道的順暢運行，并在糧食物流技術及裝備現(xiàn)代化-智能化-高效化-低碳化發(fā)展方面起到重要作用，有利于增強糧食物流供給能力-減少糧食損耗-帶動農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，保障國家糧食安全-為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供支撐。

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Research and Develop ment of the Scraping Equipment for the Mech an ized Flat Warehouse

Xin Shuojun, Guo Jingtao, Gao Lan, Sui Sai
（COFCO Engineering & Technology (Zhengzhou) CO.,Ltd, Henan Zhengzhou 450053, China）

A new type of accessory equipment for the flat warehouse—the scraping equipment for the mechanized flat warehouse was developed on the basis of the investigation of the loading & unloading technical equipment in the warehouse of our country combined with the status of China’s grain logistics industry. There were many technical difficulties in the design and manufacture of large open scraper system, suspension system, walking system and electric control system of the device, which was successfully developed with putting forward the corresponding appropriate solutions. Several experiments on the scraping equipment showed that the equipment can effectively complete the loading & unloading and the unwinding operation, and greatly improve the efficiency of grain storage of the mechanized flat warehouse. The popularization and application of the product can promote the efficiency of storage logistics of our country with a very considerable economic and social benefit.

Flat warehouse; Mechanized flat warehouse; Scraping equipment; Loading & unloading operation; Unwinding operation; Storage logistics

S379

本文受到科技部2013年公益性行業(yè)科研專項基金資助，“北糧南運”關鍵物流裝備研究開發(fā)（編號：201313010）; 受到國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）基金資助，項目名稱：糧食儲藏與物流技術及其配套裝備研究（編號：2012AA101705）。

辛爍軍（1980-），男，工程師；主要研究方向：糧食倉儲物流技術及裝備研發(fā)（主研筒倉進出倉及房式倉技術和裝備）；高蘭（1975-），女，高級工程師，主要研究方向：糧食物流技術研究與開發(fā)。