獨立塔架式淺圓倉防破碎裝置設(shè)計*

趙金輝 李 玥 孫鳳陽

(1 中國儲備糧管理集團有限公司 100089)(2 中國儲備糧管理集團有限公司吉林分公司 130000)

我國在20世紀(jì)90年代，利用世界銀行貸款改善中國糧食流通項目，逐步引進了一些大容量、高效率的淺圓倉儲糧設(shè)施[1]，彌補了我國糧庫大容量儲糧設(shè)施技術(shù)的短板。經(jīng)過近30多年的實踐應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識和掌握了淺圓倉的儲糧優(yōu)越性能，目前淺圓倉已成為國內(nèi)新倉建設(shè)的主流倉型[2]。然而，由于在項目引進過程中，對糧食破碎與自動分級等問題認(rèn)識不足，相應(yīng)的配套設(shè)施不同步或不完善，導(dǎo)致糧食在入倉時出現(xiàn)顆粒破碎和雜質(zhì)自動分級現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了儲糧品質(zhì)和安全，造成較大的經(jīng)濟損失[6]。

糧食破碎率是衡量糧食品質(zhì)的一項重要指標(biāo)。淺圓倉直徑一般為25 m～30 m,[3]裝糧高度在12 m～15 m，當(dāng)糧食經(jīng)倉頂輸送設(shè)備卸料口從高處落下時，由于垂直落差高、速度快、沖擊大，造成谷物嚴(yán)重破碎和自動分級。尤其是東北烘后的粉質(zhì)玉米本身裂紋率較高，加上高落差和猛烈撞擊，出現(xiàn)了玉米較高的破碎率。大量破碎籽粒和粉狀物料存在，易發(fā)生吸濕、結(jié)露、發(fā)熱和發(fā)霉等現(xiàn)象，構(gòu)成儲糧的隱患點，是儲存中需重點關(guān)注的問題。[4]實際使用結(jié)果表明：經(jīng)過入倉和發(fā)放，糧食破碎率普遍增加8%～10%，[5]特別是經(jīng)過干燥機烘干后的玉米破碎率高達15%左右，導(dǎo)致糧食品質(zhì)下降，保管難度加大，給經(jīng)營企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，甚至影響到糧食的安全儲存。國外經(jīng)濟發(fā)達國家隨著儲糧倉不斷向高大化發(fā)展，倉內(nèi)外裝卸等生產(chǎn)作業(yè)基本全部實現(xiàn)機械化，有的國家也實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝自動化。但是國外在淺圓倉防破碎裝置方面的研究很少。

1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 國內(nèi)淺圓倉防破碎裝置

國內(nèi)相關(guān)的淺圓倉防破碎裝置大體可以分為三類：

1.1.1 自動伸縮升降式緩沖裝置 缺點是機械裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電氣檢測與控制要求較高，系統(tǒng)運行可靠性差、維修保養(yǎng)難度大。此外，當(dāng)糧食裝滿后，所有的料斗全部升到倉內(nèi)頂部，由于收縮后的料斗裝置占有一定的高度，導(dǎo)致裝糧高度受限，會減少倉容，因此沒有被推廣普及，只是早期應(yīng)用于黑龍江省世行貸款項目中。

1.1.2 鋼索式撓性緩沖裝置 具有一定的防破碎功能，但機械結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、人工操作不方便，費時費力、沒有形成機械化和現(xiàn)代化，該裝置曾經(jīng)在吉林省世行貸款項目建設(shè)中，有個別糧庫使用過該裝置，但沒有被廣泛推廣。

1.1.3 附壁折板式溜槽緩沖裝置 它使糧食在溜糧槽行進路徑增加，大大減緩了糧流的運行速度、終極沖擊力減弱，糧食的防碎效果較好，最大可降低破碎率達70%，而且還有效地解決了糧食的自動分級現(xiàn)象。

先進的淺圓倉防破碎裝置設(shè)計應(yīng)該體現(xiàn)在以下兩方面：一是機械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、堅固耐用、運行可靠，具有降低糧食破碎率、減輕雜質(zhì)自動分級和改善布料均勻度；二是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計采用先進技術(shù)，全面實現(xiàn)對糧食進倉的狀態(tài)實時監(jiān)控，更加人性化、自動化和智能化。

1.2 獨立式塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了保證淺圓倉的建筑結(jié)構(gòu)不受緩降防破碎裝置影響，在塔架設(shè)計時，充分考慮防破碎裝置的結(jié)構(gòu)獨立性，避免出現(xiàn)問題時造成連鎖反應(yīng)。同時，塔架安裝選址在淺圓倉的中心，便于布料均勻和施工方便。塔架機械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 淺圓倉結(jié)構(gòu)圖及電控裝置

獨立式塔架制作采用鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝，整體呈長方體結(jié)構(gòu)，長度3.2 m，寬度2.8 m，高度20 m。獨立式塔架所用鋼材為Q235-B，四個立柱采用型材方管120 mm×120 mm×8 mm，斜拉支撐采用型材方管100 mm×100 mm×6 mm。

獨立式塔架共分八層，每層設(shè)有檢修平臺，折返溜槽緩降裝置安裝在塔架內(nèi)，平臺四周加裝防護欄柵，保證設(shè)備維護檢修人身安全。

1.3 儲料罐布料分糧口設(shè)計

為了保證淺圓倉糧食入倉布料均勻和減輕雜質(zhì)自動分級，從淺圓倉入倉的玉米首先進入到儲料罐，通過調(diào)節(jié)閥控制糧食從5個分糧口流出，儲料罐分糧口示意圖如圖2所示。

圖2 儲糧罐結(jié)構(gòu)示意圖

工藝流程如下：

(1)關(guān)閉5個電動調(diào)節(jié)閥，待糧食裝到儲料罐高度1 m時，打開左、右側(cè)兩個電動調(diào)節(jié)閥，糧食從主溜糧口流入第一段折板溜槽內(nèi)，經(jīng)折返進入第二段、第三段直至第九段時到達淺圓倉底部，形成兩個錐形體糧堆。

(2)隨著糧食的不斷流入，糧面逐漸上升，依次埋沒第九段、第八段直至折板溜槽，當(dāng)糧面上升到第一段折板溜槽底部時(高度約20 m)打開前側(cè)和后側(cè)兩個電動調(diào)節(jié)閥，糧食從前后輔溜糧口同時流出，起到均勻布料作用。

(3)當(dāng)糧面堆積到4個溜糧口時，停止淺圓倉入料工作進行人工平倉，根據(jù)實際情況進行入糧補料，直至糧食平面達到14 m入料完畢，此時打開下側(cè)電動調(diào)節(jié)閥放出儲料罐余料，整個入糧工藝完畢。

1.4 緩降減速折返溜槽設(shè)計

塔架內(nèi)設(shè)計左右兩組折返溜槽。每組溜槽由9個折返溜槽組成，溜槽與水平面夾角為38°，略大于玉米極限自流角37°，以保證玉米在溜槽內(nèi)順暢流動，不產(chǎn)生自然堆積現(xiàn)象。

玉米破碎的主要原因是從淺圓倉頂部按自由落體規(guī)律運動至底部，以我公司淺圓倉高度23.5 m為例，入倉后的玉米從頂部到達底部的時間和末速度可按下式推導(dǎo)：

①

v=gt

②

采用緩降減速折返溜槽后，使玉米從倉頂?shù)降撞康穆窂皆黾?，運行時間加長，速度自然會下降，沖擊力也會減弱，大大降低了玉米的破碎率。折返溜槽的外形尺寸如圖3所示。

圖3 折返溜槽

溜槽采用Q235鋼板折成U形，寬度為500 mm，高度為300 mm。為了增大摩擦力減緩糧食流速和鋼板使用壽命，在溜槽內(nèi)設(shè)計了一層內(nèi)襯板，材質(zhì)為聚氨酯，厚度為10 mm。由于在兩段溜槽連接處采用折返工藝，理論上近似認(rèn)為在該處的糧食初速度為0，末速度可按式③計算：

③

2 電控設(shè)計

2.1 均勻布料電路設(shè)計

儲糧罐共設(shè)有5個放糧調(diào)節(jié)閥。每個放糧溜管均采用電動調(diào)節(jié)閥門控制出口糧食流量，閥門開度調(diào)節(jié)范圍為0～100%，采用步進方式調(diào)節(jié)，步幅可根據(jù)工藝要求通過軟件任意調(diào)整，最大限度地保證了糧食入倉布料相對均勻、盡量減輕雜質(zhì)自動分級。

2.2 現(xiàn)場監(jiān)控電路設(shè)計

現(xiàn)場檢測裝置主要包括倉內(nèi)料位高度檢測、塔架內(nèi)糧食溫度檢測和設(shè)備運行狀態(tài)圖像監(jiān)控?，F(xiàn)場檢測裝置布置圖如圖1所示。

倉內(nèi)糧食高度檢測采用紅外傳感器，穿透力強、抗粉塵。沿塔架兩側(cè)共設(shè)置2組，每組5個，間隔2.5 m。塔架兩側(cè)安裝2條測溫電纜，實時監(jiān)測塔架周圍的糧溫變化情況，觀察由于安裝鋼制塔架可能導(dǎo)致糧溫的特殊變化，以及雜質(zhì)自動分級局部集中可能帶來的不利影響。在塔架頂端平臺設(shè)置6個全彩高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，其中4個攝像頭實時監(jiān)測4個溜糧口的工作狀態(tài)，另外2個監(jiān)測塔架周圍糧食的布料情況和雜質(zhì)自動分級狀況。

3 計算機遠程測控系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計采用計算機控制系統(tǒng)，計算機選用工業(yè)觸摸屏一體機，采用RS-485智能模塊組網(wǎng)，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)通訊。在組態(tài)軟件MCGS環(huán)境下，實時顯示現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，遠程測控和人機對話。

3.1 計算機遠程測控系統(tǒng)

原理圖如圖4所示。測控系統(tǒng)主機為工業(yè)觸摸屏，通過RS485總線與現(xiàn)場智能模塊構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場局域網(wǎng)，通訊模式采用MODBUS RTU協(xié)議，遠程通訊距離可達1000 m。智能輸入模塊主要采集現(xiàn)場糧食料位、電動閥門限位及開度等信息；智能輸出模塊主要控制電動閥門開度。

圖4 計算機測控系統(tǒng)

3.2 圖像遠程監(jiān)控系統(tǒng)

原理圖如圖5所示。圖像遠程監(jiān)控系統(tǒng)由液晶顯示屏、硬盤錄像機、網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器和現(xiàn)場全彩網(wǎng)絡(luò)攝像頭組成。現(xiàn)場攝像頭采集的圖像信號經(jīng)光纖收發(fā)器傳送至控制室網(wǎng)絡(luò)交換機和硬盤錄像機，實現(xiàn)圖像顯示、畫面切換和存儲等功能。由于傳輸線選用光纖，具有圖像傳輸距離遠、信息準(zhǔn)確等優(yōu)點。

圖5 圖像遠程監(jiān)控系統(tǒng)

4 結(jié)語

糧庫淺圓倉防破碎裝置是解決淺圓倉糧食入倉時，防止谷物破碎的關(guān)鍵配套設(shè)施，它的作用不僅可以降低糧食破碎率，還可以減輕雜質(zhì)自動分級和布料不均勻等現(xiàn)象。糧庫淺圓倉防破碎裝置的廣泛應(yīng)用，使淺圓倉儲糧性能得到改良與提升，實現(xiàn)了糧食破損率的大幅度下降、雜質(zhì)自動分級和布料不均勻有所改善，顯著提高了糧食品質(zhì)、減少糧食浪費，對糧食企業(yè)的經(jīng)濟效益和安全儲糧具有重大意義。結(jié)合中央儲備糧榆樹直屬庫有限公司的實際情況和使用經(jīng)驗，獨立塔架式折返溜槽淺圓倉防破碎裝置，克服了目前市場上防破碎裝置的缺點，最大程度降低了糧食破碎率，有效改善了雜質(zhì)自動分級和糧食布料不均等技術(shù)難題。同時，電氣控制系統(tǒng)采用先進的檢測技術(shù)，實現(xiàn)對糧食進倉狀態(tài)實時監(jiān)控，更加人性化、自動化和智能化。