錐底出倉機(jī)研發(fā)

◎ 隨 賽，辛爍軍，夏朝勇，趙瑞營

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001）

1 國內(nèi)外流動(dòng)性較差物料出倉現(xiàn)狀

近年來，糧食錐底筒倉作為中轉(zhuǎn)倉或儲(chǔ)備倉、散粕倉以其具有機(jī)械化程度相對較高、占地面積小、容量大等優(yōu)勢，正逐漸成為我國糧食流通與倉儲(chǔ)系統(tǒng)的主力倉型。錐底筒倉對于存儲(chǔ)流動(dòng)性較好的物料，如大豆、小麥等，多能通過中心出料口，自流完成出倉作業(yè)；然而對于糧食雜質(zhì)、豆粕、麩皮以及丁香等流動(dòng)性較差的物料，存儲(chǔ)過程中易出現(xiàn)發(fā)熱板結(jié)、結(jié)拱等現(xiàn)象，出倉時(shí)易形成“鼠洞”“自流搭橋”等問題，板結(jié)嚴(yán)重時(shí)將無法進(jìn)行自流出倉作業(yè)。這已成為嚴(yán)重制約各糧油碼頭、糧油加工企業(yè)物流效率提高的瓶頸問題。

針對豆粕、麩皮、糧食雜質(zhì)等流動(dòng)性較差物料的出倉設(shè)備研究和制造方面，國外起步較早，如美國某公司研發(fā)的Cone-Bottom 型出倉機(jī)，可實(shí)現(xiàn)錐底筒倉豆粕等流動(dòng)性較差物料的出倉作業(yè)，但因其設(shè)備價(jià)格昂貴，溝通服務(wù)等各方面不盡如人意，推廣應(yīng)用并不順利。

國內(nèi)在豆粕等流動(dòng)性較差物料的錐底筒倉出倉裝備研究方面尚屬空白，鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司依靠自身強(qiáng)大的科研能力和多年豐富的螺旋清倉設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，開展了錐底筒倉高效出倉裝備的研發(fā)，以期破解倉內(nèi)流動(dòng)性較差物料自流出倉易起拱、搭橋或因板結(jié)嚴(yán)重而不能出倉等問題，實(shí)現(xiàn)倉內(nèi)物料的高效自動(dòng)化出倉作業(yè)，提高糧油企業(yè)物流效率，提升我國錐底筒倉出倉作業(yè)機(jī)械化水平，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)我國糧油機(jī)械裝備市場競爭力。同時(shí)隨著裝備不斷優(yōu)化，必定會(huì)給糧食物流裝備市場帶來新鮮活力，給國外產(chǎn)品帶來沖擊，打破國外產(chǎn)品對市場的壟斷地位，也必將引導(dǎo)我國糧機(jī)廠家不斷做大做強(qiáng)，進(jìn)軍國際市場。

2 錐底出倉機(jī)研發(fā)

錐底出倉機(jī)以“強(qiáng)制物料出倉、先進(jìn)先出”為設(shè)計(jì)理念，解決倉內(nèi)流動(dòng)性較差物料自流出倉時(shí)易形成“鼠洞”、搭橋以及因板結(jié)嚴(yán)重而不能出倉等問題，以期提高不流動(dòng)或半流動(dòng)物料在錐底筒倉內(nèi)的出倉作業(yè)機(jī)械化水平，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和企業(yè)生產(chǎn)成本。

2.1 出倉螺旋裝置

鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司依托在螺旋清倉機(jī)研發(fā)方面的技術(shù)積累，研發(fā)了可破解倉內(nèi)物料因板結(jié)、結(jié)拱等而不能順利出倉的螺旋輸送裝置（如圖1所示），創(chuàng)新研發(fā)出變軸徑變螺距的螺旋體，在保證螺旋軸強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，大幅降低螺旋體整體重量，確保輸送產(chǎn)能。螺旋輸送裝置可強(qiáng)制物料出倉，實(shí)現(xiàn)物料的先進(jìn)先出、連續(xù)輸送作業(yè)。避免物料在自流出倉時(shí)形成中空、搭橋等問題，同時(shí)亦方便加裝余料清掃裝置。

圖1 出倉螺旋裝置示意圖

出倉螺旋裝置作業(yè)過程中除了要承受自身重力，還將承擔(dān)倉內(nèi)上部物料的壓力作用。根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)行工況，對出倉螺旋裝置的受壓承載能力和受壓變形位移量進(jìn)行了參數(shù)化分析，結(jié)果見圖2 和圖3。

圖2 出倉螺旋受壓力分析云圖

圖3 出倉螺旋受壓變形位移量分析云圖

2.2 中間旋轉(zhuǎn)筒

如圖4 所示，中間旋轉(zhuǎn)筒主要包括公轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪盤、自轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝筒、旋轉(zhuǎn)出料筒等部分，公轉(zhuǎn)馬達(dá)通過蝸桿驅(qū)動(dòng)從動(dòng)齒輪盤，帶動(dòng)整個(gè)中間旋轉(zhuǎn)筒繞倉中心做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；出倉螺旋裝置通過自轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝筒與自轉(zhuǎn)馬達(dá)相連接，繞安裝筒中心做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成物料向出料筒的輸送作業(yè)。

2.3 液壓旋轉(zhuǎn)支撐

如圖5 所示，中間旋轉(zhuǎn)筒下部法蘭通過螺栓與液壓旋轉(zhuǎn)支撐內(nèi)表面相連接，液壓旋轉(zhuǎn)支撐采用特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)芯與油路的同步旋轉(zhuǎn)動(dòng)作、外殼體與下部出料口的固定連接；巧妙實(shí)現(xiàn)上部油路旋轉(zhuǎn)供給驅(qū)動(dòng)與下部出料口固定出料動(dòng)作的獨(dú)立運(yùn)行。

圖5 液壓旋轉(zhuǎn)支撐示意圖

2.4 液壓控制系統(tǒng)

螺旋輸送裝置的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)采用液壓馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)液壓馬達(dá)由同一套液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制。成熟液壓系統(tǒng)的引入，替代了電氣設(shè)備控制，在降低了物料出倉過程粉爆可能性的同時(shí)，也進(jìn)一步保證了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性；降低了企業(yè)投入成本，增加了設(shè)備運(yùn)行安全性。液壓控制系統(tǒng)主要由液壓泵站、管路、快速接頭等組成。液壓控制系統(tǒng)如圖6 所示。

圖6 液壓控制系統(tǒng)現(xiàn)場圖

2.5 錐底出倉機(jī)工作原理

錐底出倉機(jī)以“強(qiáng)制物料出倉，避免物料自流出倉，先進(jìn)先出”為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免物料在自流出倉時(shí)形成中空、搭橋等問題，同時(shí)亦可避免物料與倉壁板結(jié)嚴(yán)重而不能出倉。

如圖7 所示，錐底出倉機(jī)依靠出倉螺旋的自轉(zhuǎn)將不流動(dòng)或半流動(dòng)的物料強(qiáng)制輸送至倉中心出口，物料通過中間旋轉(zhuǎn)筒輸送至下行輸送設(shè)備；同時(shí)螺旋的自轉(zhuǎn)亦可破除物料板結(jié)等現(xiàn)象；出倉螺旋自轉(zhuǎn)的同時(shí)，在公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的作用下，出倉螺旋、螺旋自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和中間旋轉(zhuǎn)筒等部件將同時(shí)繞倉中心軸線作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，保證物料持續(xù)輸出。通過出倉螺旋的自轉(zhuǎn)作業(yè)，以及與出倉螺旋、螺旋自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和中間旋轉(zhuǎn)筒等部件公轉(zhuǎn)作業(yè)的緊密配合，逐步完成整倉物料的出倉作業(yè)。

圖7 錐底出倉機(jī)工作原理示意圖

3 錐底出倉機(jī)試驗(yàn)

3.1 樣機(jī)空車試驗(yàn)

在中糧工科茂盛裝備（河南）有限公司加工基地對樣機(jī)進(jìn)行了廠內(nèi)空車試驗(yàn)，如圖8 所示。樣機(jī)在加工基地空載累計(jì)運(yùn)行24 h，單次連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)最長8 h，期間樣機(jī)螺旋葉片運(yùn)轉(zhuǎn)平順、無卡阻干涉等問題，控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、動(dòng)作準(zhǔn)確；樣機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，各部件溫升正常，預(yù)定功能可全部實(shí)現(xiàn)，具備了生產(chǎn)性試驗(yàn)條件。

圖8 樣機(jī)廠內(nèi)空車試驗(yàn)圖

3.2 樣機(jī)生產(chǎn)性試驗(yàn)

3.2.1 樣機(jī)倉內(nèi)空載試驗(yàn)

4臺(tái)錐底出倉機(jī)在已在國內(nèi)某糧油企業(yè)安裝應(yīng)用，安裝完成后對液壓旋轉(zhuǎn)支撐件的水平度以及出倉螺旋葉片到錐底倉內(nèi)壁的距離進(jìn)行了測量核準(zhǔn)，經(jīng)檢測，液壓旋轉(zhuǎn)支撐件以及出倉螺旋裝置的安裝精度均滿足合同和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，具備了空載調(diào)試試驗(yàn)條件?？蛰d調(diào)試過程中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，預(yù)計(jì)動(dòng)作準(zhǔn)確。設(shè)備現(xiàn)場空載調(diào)試試驗(yàn)如圖9 所示。

圖9 設(shè)備現(xiàn)場空載調(diào)試試驗(yàn)圖

3.2.2 樣機(jī)負(fù)載試驗(yàn)

空載調(diào)試順利結(jié)束后，開展了出倉機(jī)的負(fù)載試驗(yàn)，錐底倉內(nèi)存儲(chǔ)物料為玉米進(jìn)倉時(shí)清理出的雜質(zhì)及篩下物（包括大小雜質(zhì)、灰塵等）。出倉機(jī)液壓控制系統(tǒng)配置有流量調(diào)節(jié)閥，可調(diào)節(jié)設(shè)備自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制物料出倉作業(yè)產(chǎn)能，達(dá)到出倉產(chǎn)量隨時(shí)可調(diào)的目的。現(xiàn)場物料出倉作業(yè)過程中，出倉機(jī)作業(yè)連續(xù)性好，控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、動(dòng)作準(zhǔn)確，出倉結(jié)束倉內(nèi)基本無余料；平均出倉作業(yè)產(chǎn)能40 t·h-1時(shí)，已能滿足了下游輸送設(shè)備的產(chǎn)能要求。錐底出倉機(jī)的投入應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了錐底倉內(nèi)流動(dòng)性較差物料的機(jī)械化、自動(dòng)化、高效化出倉作業(yè)。設(shè)備現(xiàn)場負(fù)載試驗(yàn)如圖10 所示。

圖10 設(shè)備現(xiàn)場負(fù)載試驗(yàn)圖

4 設(shè)備主要特點(diǎn)

設(shè)備研發(fā)中采用了先進(jìn)設(shè)計(jì)理念及眾多創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，保證了成果與國內(nèi)外類似產(chǎn)品相比明顯處于技術(shù)領(lǐng)先地位，具有以下特點(diǎn)：①研發(fā)的錐底出倉機(jī)可應(yīng)用于倉徑為4 ～16 m 的錐底倉型，且無需特殊改造。②采用EDEM、ANSYS、INVENTOR 等軟件對該研發(fā)裝備進(jìn)行三維仿真試驗(yàn)?zāi)M，并對其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力計(jì)算分析，以優(yōu)化其結(jié)構(gòu)性能，降低產(chǎn)品成本。③采用“先進(jìn)先出，強(qiáng)制出倉”理念，避免物料自流引起塔橋、坍塌等現(xiàn)象。④出倉螺旋采用懸臂設(shè)計(jì)，倉內(nèi)無輔助支撐，降低故障率。⑤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓馬達(dá)，運(yùn)行穩(wěn)定性高，確保了螺旋自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)扭矩。⑥系統(tǒng)馬達(dá)、減速器等傳動(dòng)部件均置于倉外，方便維修，避免了倉內(nèi)故障或事故發(fā)生。

5 結(jié)語

錐底出倉機(jī)的成功研發(fā)，有效破解了倉內(nèi)不流動(dòng)或半流動(dòng)物料出倉時(shí)易形成結(jié)拱、搭橋或因板結(jié)嚴(yán)重而不能順利出倉等問題，提升了錐底筒倉內(nèi)流動(dòng)性較差物料的出倉作業(yè)機(jī)械化水平，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了出倉作業(yè)安全性，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本投入；實(shí)現(xiàn)了錐底倉內(nèi)流動(dòng)性較差物料的高效化、自動(dòng)化、機(jī)械化出倉作業(yè)。錐底出倉機(jī)設(shè)備服務(wù)對象明確，定位于糧食、飼料儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)，符合國家政策方向，市場容量大，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。