新型原糧入倉清理設(shè)備的研制與應(yīng)用*

毛根武 張明友 張光輝 唐國晨

(1 中儲(chǔ)糧成都儲(chǔ)藏研究院有限公司 610091) (2 中央儲(chǔ)備糧宜昌直屬庫有限公司 443000) (3 中央儲(chǔ)備糧合肥直屬庫有限公司 231121)

隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力人口的轉(zhuǎn)移，糧食收獲的方式已向機(jī)械化方向轉(zhuǎn)變,機(jī)械化收獲所占比例逐年增大。報(bào)道顯示，2018年至2021年，全國農(nóng)作物耕種收儲(chǔ)綜合機(jī)械化率分別提高至67%、69%、70%、80%，其中全國小麥機(jī)收比例分別為95.5%、96.0%、97.0%、98.0%。機(jī)械化收獲后的糧食不再進(jìn)行雜質(zhì)清理而直接銷售的情況較多，入倉前原糧中雜質(zhì)含量超標(biāo)的情況大量存在。收購稻谷中雜質(zhì)含量在2.5%較為普遍，有時(shí)會(huì)高達(dá)5.0%，有的輕型雜質(zhì)(如稻梗、莖、葉等)約占雜質(zhì)體積的60%～70%，有的有機(jī)雜質(zhì)(如根、莖、葉、細(xì)灰、空稻殼等)約占雜質(zhì)總重量的75%[1～2]。

入倉原糧的雜質(zhì)含量不宜大于1.0%,雜質(zhì)含量較高時(shí)應(yīng)進(jìn)行清理[3]。原糧雜質(zhì)含量的大幅超標(biāo)，常規(guī)單臺(tái)清理設(shè)備不能滿足清理質(zhì)量和基本作業(yè)效率的要求[2]，需增加外部風(fēng)力輔助分離設(shè)備[4]，“兩篩兩吹”多臺(tái)設(shè)備串聯(lián)工作[5～6]才能保證清理后入倉原糧的質(zhì)量，給實(shí)際工作增加了很多困難。入倉清理作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量多，作業(yè)面積大，揚(yáng)塵點(diǎn)多，粉塵污染問題突出、作業(yè)效率不高的情況當(dāng)前普遍存在[2][6][7]。

為解決此問題，國內(nèi)外相關(guān)的研究較多，但目前還未見比較徹底、高效、環(huán)保的解決辦法。本文通過分析糧食儲(chǔ)備庫原糧入倉清理所使用的主流移動(dòng)式設(shè)備的特點(diǎn)和存在的問題，結(jié)合相關(guān)研究，提出解決“兩篩兩吹”清理存在問題的解決思路，介紹一種新型高效環(huán)保組合清理設(shè)備的研制路線和應(yīng)用測試情況。

1 現(xiàn)有主流移動(dòng)式清理設(shè)備的特點(diǎn)和問題分析

糧食雜質(zhì)的清理主要有風(fēng)選、篩選、精選等方式，每種方式的處理量、清理效果各不相同。其中風(fēng)選和篩選的清理能力較高，能分離出多數(shù)輕雜和細(xì)雜，但不能分離出并肩雜質(zhì)。比重分選和精選清理效果好，能分離并肩雜質(zhì)，但單位時(shí)間的處理量小，難以滿足原糧出入庫清理速度的要求[8]。當(dāng)前，原糧入倉雜質(zhì)清理主要使用的移動(dòng)式設(shè)備類型有振動(dòng)組合清理篩，圓筒組合清理篩，風(fēng)選組合清理篩3種。各類設(shè)備根據(jù)使用定位不同，其結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)也有差異。

1.1 振動(dòng)組合清理篩

振動(dòng)組合清理篩(圖1)一般由振動(dòng)篩體1、垂直風(fēng)選器2、離心風(fēng)機(jī)3、旋風(fēng)分離器4、螺旋排料絞龍5、機(jī)架6和(自)行走系統(tǒng)7等部分組成。設(shè)備篩面大，分離大雜、細(xì)雜和輕雜清理能力高，產(chǎn)量大。設(shè)備的篩理面積一般為7.2 m2～9.2 m2，風(fēng)選寬度一般為180 cm～230 cm。清理稻谷時(shí)，振動(dòng)篩體上層大雜篩面易被柔性雜質(zhì)堵塞，堵塞后作業(yè)效率大大降低，需要人工進(jìn)行篩面清理，雜質(zhì)含量越高清理間隔時(shí)間越短；清理小麥時(shí)，為確保產(chǎn)量，上層篩面篩孔一般在Φ18 mm～Φ25 mm，對麥桔桿的清理效果不佳。

圖1 振動(dòng)組合清理篩

1.2 風(fēng)選振動(dòng)組合篩

風(fēng)選振動(dòng)組合篩(圖2)一般由均料機(jī)構(gòu)1、風(fēng)選室2、重力沉降室3、振動(dòng)篩4、除(雜)塵器5、離心風(fēng)機(jī)6、機(jī)架7等部分組成。設(shè)備的篩理面積一般為4.5 m2～6.5 m2，風(fēng)選寬度一般為300 cm～360 cm。風(fēng)選振動(dòng)組合篩清理工藝上采用先風(fēng)選后振動(dòng)清理的雙風(fēng)選串聯(lián)結(jié)構(gòu)，風(fēng)選面積大于振動(dòng)組合清理篩，但篩理面積小于振動(dòng)組合清理篩，清理稻谷的效果較好，清理小麥和玉米的大雜清理效果不如振動(dòng)組合清理篩。

圖2 風(fēng)選振動(dòng)組合篩

1.3 圓筒組合清理篩

圓筒組合清理篩(圖3)一般由圓筒篩1、振動(dòng)篩2、垂直風(fēng)選器3、離心風(fēng)機(jī)4、除雜除塵裝置5、機(jī)架6和行走系統(tǒng)7等部分組成。設(shè)備的篩面理積一般在10.5 m2左右，風(fēng)選寬度一般為180 cm。設(shè)備篩理面積一般較振動(dòng)組合清理篩大，風(fēng)選面積基本相當(dāng)，對大雜、小雜、輕雜的清理能力得以增加，先清理長(大)雜后振動(dòng)篩不易堵塞，作業(yè)效率和清理效果穩(wěn)定，近年來應(yīng)用逐步增多。

圖3 圓筒組合清理篩

1.4 主流清理設(shè)備問題分析

主流清理設(shè)備不能滿足大產(chǎn)量、高含雜率情況下清理效果的主要原因有：設(shè)備的篩理面積和風(fēng)選面積不足；雜質(zhì)清理工藝不合理；結(jié)構(gòu)不合理，性能參數(shù)不佳。

篩理面積和風(fēng)選面積不足造成糧流厚度太大，使大雜和小(細(xì))雜的過篩分離率、氣流穿透糧層分離輕雜的分離率不高。

先振動(dòng)篩選分離大雜和細(xì)雜，再風(fēng)選分離輕雜的清理工藝，高含雜或柔性大雜較多時(shí)，短時(shí)間內(nèi)會(huì)使篩面篩孔大量堵塞，造成清理效率大量下降。先圓筒篩選再振動(dòng)清理，最后再風(fēng)選的清理工藝，輕雜風(fēng)選的作用面積小，輕雜分離效率不符合實(shí)際條件。

同樣結(jié)構(gòu)、同樣尺寸的設(shè)備不同生產(chǎn)企業(yè)同一條件下的清理效率差異性較大。

2 “一篩”設(shè)備代替“兩篩兩吹”設(shè)備的思路

要滿足設(shè)定產(chǎn)量條件下能清理高含雜率原糧的要求，關(guān)鍵是要解決好提高篩理面積、提高篩面利用率以及選好篩分振動(dòng)機(jī)制的問題[5][9]。作業(yè)場地需要經(jīng)常性變更，使得設(shè)備的高度、長度、寬度受到一定的限制，設(shè)備的體積要符合實(shí)際使用要求。分析3種主流組合清理設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和不足，如在圓筒組合清理篩設(shè)備基礎(chǔ)上以合理的方式、適當(dāng)?shù)捏w積增加風(fēng)選裝置，提高風(fēng)選面積，即可解決當(dāng)前原糧中輕雜普遍偏高的問題，便可以以一臺(tái)設(shè)備代替兩篩作業(yè)三臺(tái)設(shè)備。

3 新型入倉清理設(shè)備研制的目標(biāo)

適用對象:適用于小麥、稻谷、玉米原糧雜質(zhì)的清理，清理的主要對象包括大雜、小雜、細(xì)雜、輕雜等比重、尺寸差異明顯的雜質(zhì)。

清理效率和效果：≥50 t/h(以稻谷計(jì))；綜合雜質(zhì)清除率不低于70%。

環(huán)保：空轉(zhuǎn)噪音≤85dB(A)；粉塵濃度不超過30 mg/m3。

移動(dòng)與操作：自動(dòng)可控行走與轉(zhuǎn)向(不需人工輔助)。

4 新型入倉清理設(shè)備的設(shè)計(jì)要求和原則

新設(shè)備的研制需要在一定高度、體積下有足夠的篩理面積和風(fēng)選面積，要有合理的工藝確保各部分能長期穩(wěn)定工作，同時(shí)要便于使用和維護(hù)。

作業(yè)效率必須滿足設(shè)計(jì)最大雜質(zhì)指標(biāo)的需要，不能因?yàn)殡s質(zhì)含量的增高而使清理效率或清理效果降低，須按設(shè)計(jì)最大產(chǎn)量和最高雜質(zhì)含量進(jìn)行工藝選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在清理工藝方面，要遵循先大(長)雜，后小(短)雜，先輕雜，后重雜，多次輕雜分選的原則。

5 新型入倉清理設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工藝路線及參數(shù)

5.1 新設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

新設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)包含進(jìn)料密閉罩1、分料均料裝置2、第一風(fēng)選裝置3、圓筒篩理裝置4、振動(dòng)清理裝置5、第二風(fēng)選裝置6、重力沉降裝置7、脈沖除塵裝置8與自行走裝置9等部分，如圖4。

進(jìn)料密閉罩1為半密閉結(jié)構(gòu)，將帶式輸送機(jī)頭部的出料口全部密封，減少輸送機(jī)與進(jìn)料口之間的揚(yáng)塵。

分料均料裝置2采用金字塔三角分料結(jié)構(gòu)，帶式輸送機(jī)輸入的原糧被分6路向左右兩側(cè)分布，加上2道重力門的均料作用，原料均勻通過第一風(fēng)選裝置3的吸風(fēng)口，以此提高風(fēng)選效果。

圓筒篩理裝置4為2組相同的圓筒清理裝置，相同體積下，清理面積較單筒圓筒清理篩提高50%左右。

振動(dòng)清理裝置5采用振動(dòng)清理篩結(jié)構(gòu)，上層分離大雜，中層分離小(細(xì))雜，下層收集小(細(xì))雜。

第二風(fēng)選裝置6為垂直風(fēng)選器。第一風(fēng)選裝置3和第二風(fēng)選裝置6的出風(fēng)口與重力沉降裝置7的進(jìn)風(fēng)口相連接，風(fēng)選出的大雜先在重力沉降裝置7下部沉降，通過密閉式絞龍排出。

脈沖除塵裝置8采用高壓脈沖布袋除塵方式將輕雜和分離進(jìn)行分離沉降，通過密閉式絞龍排出。

自行走裝置9采用電池驅(qū)動(dòng)和無線搖控方式，斷電自剎車停車。

圖4 設(shè)備基本組成

5.2 新設(shè)備的工藝路線

圖5 設(shè)備工藝路線

6 新設(shè)備應(yīng)用情況

新設(shè)備試制完成后在某收儲(chǔ)庫開展了實(shí)際應(yīng)用測試，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

從作業(yè)效率和清理效果看，含雜率在3.3%的稻谷，新設(shè)備在50 t/h條件下，一次性清理后原糧含雜率降低至1.0%，含雜率在3.0%的稻谷，新設(shè)備在50 t/h條件下，一次性清理后原糧含雜率降低至0.65%；含雜率在4.0%的稻谷，新設(shè)備在40 t/h條件下，一次性清理后原糧含雜率降低至0.92%，均達(dá)到相關(guān)入倉質(zhì)量要求。在同一批次糧源條件下，兩篩作業(yè)線在清理含雜率在3.0%的稻谷時(shí)，在30 t/h條件下，一次性清理后原糧含雜率降低至0.92%，在清理含雜率在4.0%的稻谷時(shí)，在30 t/h條件下，一次性清理后原糧含雜率降低至1.95%。通過對比可以得出，新設(shè)備在作業(yè)效率和清理效果能夠滿足使用要求，替代現(xiàn)有兩篩作業(yè)線。

表1 新設(shè)備與兩篩清理作業(yè)線清雜情況數(shù)據(jù)對比(稻谷)

從環(huán)保效果看，新設(shè)備在作業(yè)效率不超過50 t/h、含雜率不超過4.0%時(shí)，作業(yè)設(shè)備四周1 m范圍內(nèi)的粉塵濃度為6.20 mg/m3～7.73 mg/m3，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，遠(yuǎn)低于兩篩作業(yè)線中沒有采用環(huán)保處理的85.7 mg/m3～114.2 mg/m3的指標(biāo)。

從使用操作和維護(hù)看，設(shè)備使用期間不需要人工清理設(shè)備篩面，相同條件下，兩篩作業(yè)線每天操作人員至少清理篩面6次。

7 新設(shè)備與常規(guī)兩篩清理作業(yè)線對比分析

通過新設(shè)備與常規(guī)兩篩清理作業(yè)線相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)的對比分析可以看出，作業(yè)線設(shè)備的數(shù)量減少了2臺(tái)；使用新設(shè)備清理小麥的作業(yè)效率提高了1.71倍，清理稻谷的作業(yè)效率提高了1.67倍；清雜效率提高了0.5%；清理小麥的單位能耗降低了0.37 kW·h/t，同比下降66%，清理稻谷的單位能耗降低了0.96 kW·h/t，同比下降66%；作業(yè)線長度減小了16.6 m；作業(yè)面積減小了29.3 m2；作業(yè)環(huán)境明顯改善。

表2 與現(xiàn)有“兩篩”清理設(shè)備性能參數(shù)對比表

8 展望

在當(dāng)前糧食集中收購窗口時(shí)間越來越短，環(huán)保要求越來越嚴(yán)，勞動(dòng)力越來越少，糧食質(zhì)量越來越不穩(wěn)定的情況下，原糧入倉“卡脖子”的環(huán)節(jié)在清理，集高效率、低污染、少維護(hù)于一體的新型組合式清理設(shè)備的出現(xiàn)將解決這一難題，是實(shí)現(xiàn)高效入倉作業(yè)的關(guān)鍵，是大型收儲(chǔ)庫的必然選擇，擁有良好的市場前景。