智能化出倉機的研制*

張明友 譚達(dá)川 毛根武 邱佳志 陳惠欽

(1 中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091)(2 中央儲備糧漳州直屬庫有限公司 361005)

我國人口眾多，每年糧食需求量大，為此國家投資建設(shè)了大批糧食儲備庫。這些儲備庫主要以平房倉、立筒倉和淺圓倉為主，其中平房倉約占總倉容的86.9%[1]。立筒倉由于下糧口相對固定，容易通過閘門放糧、螺旋清倉機[2]等設(shè)備實現(xiàn)自動化出倉。平房倉倉內(nèi)作業(yè)面積大,跨度長21 m(最大可達(dá)72 m)[3]，且出糧口不固定，不適合建固定式出倉作業(yè)線。散糧出倉機由于可根據(jù)糧食位置在倉內(nèi)移動作業(yè)，成為解決平房倉出倉作業(yè)的關(guān)鍵裝備。

1 出倉機發(fā)展現(xiàn)狀

市面上現(xiàn)有出倉機按結(jié)構(gòu)可分為翼輪式、刮板式和螺旋式[4]，不同結(jié)構(gòu)的出倉機產(chǎn)量差異較大。通過大量調(diào)查分析，翼輪式、鏈條刮板式出倉機產(chǎn)量30 t/h～50 t/h(無人輔助鏟糧，以小麥計算，下同)，單管螺旋式出倉機產(chǎn)量20 t/h～35 t/h，水平螺旋+刮板式出倉機產(chǎn)量60 t/h～120 t/h。絕大部分出倉機尚處在半人工半機械化狀態(tài)，且抑塵防塵效果均不理想。

國內(nèi)出倉機生產(chǎn)廠家多為小規(guī)模企業(yè)，研發(fā)投入少，創(chuàng)新能力薄弱，普遍存在產(chǎn)量小、智能化程度低、工人勞動強度大、粉塵污染重等問題。隨著人口老齡化不斷加劇和國家對環(huán)境保護(hù)越來越重視，這類出倉機已經(jīng)不符合現(xiàn)階段行業(yè)需求和國家發(fā)展方向，研制一款產(chǎn)量大、智能、環(huán)保的出倉機勢在必行。

2 總體結(jié)構(gòu)和工作原理

設(shè)備由扒糧系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和抑塵系統(tǒng)5部分組成，如圖1所示。

圖1 智能化出倉機總體結(jié)構(gòu)圖

扒糧系統(tǒng)固定在輸送系統(tǒng)前端，輸送系統(tǒng)末端通過鉸鏈與行走系統(tǒng)后置支座相連，前端底部通過液壓缸連接在行走系統(tǒng)上，由液壓缸的伸縮實現(xiàn)俯仰功能。在智能控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)配下，行走系統(tǒng)、扒糧系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)有機聯(lián)動，實現(xiàn)大產(chǎn)量出倉作業(yè)。出倉作業(yè)過程中，扒糧系統(tǒng)將糧食從地面扒起并迅速傳送到輸送系統(tǒng)中，糧食沿輸送系統(tǒng)到達(dá)設(shè)備出料口，通過密閉式的出料斗落入裝車設(shè)備。整個扒糧、輸送過程均是在微負(fù)壓的抑塵系統(tǒng)中進(jìn)行，具有很好的環(huán)保效果。

2.1 扒糧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

扒糧系統(tǒng)由殼體、水平絞龍、驅(qū)動電機3部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。殼體由錳鋼板激光下料焊接而成，強度高，耐磨性好。水平絞龍由芯軸、螺旋葉片和輔助花輪組成，通過一側(cè)的減速電機驅(qū)動。兩側(cè)螺旋葉片旋向相反，運行時將兩側(cè)糧食推往中間，由輔助花輪將糧食收攏并及時傳送到后續(xù)輸送系統(tǒng)上，提高扒糧效率。

圖2 扒頭結(jié)構(gòu)圖

2.2 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)采用成熟工業(yè)橡膠履帶作為底盤，相關(guān)尺寸按圖紙定做。履帶采用大間距花紋橡膠材料，噪聲低、牽引性好、質(zhì)量輕、對地面壓強小[5]，行走中能有效減少糧食破碎。底盤由大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動，通過遙控指令或預(yù)設(shè)程序控制，可前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎和原地回轉(zhuǎn)，操作方便，機動靈活。

2.3 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)為800 mm帶寬的帶式輸送機，通過減速電機驅(qū)動，設(shè)計帶速2.5 m/s。當(dāng)輸送品種為小麥，滿載荷輸送時其橫截面S=77600 mm2，如圖3所示。計算最大輸送產(chǎn)量為Q=S×V×3600=523 t/h。

2.4 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)包括智能控制箱、手持操作器和傳感器三部分，這三部分交互作用，可實現(xiàn)智能化出倉作業(yè)。扒頭前方集成兩組金屬傳感器，用于探測扒頭埋藏在糧堆中的金屬地上籠。左右兩側(cè)集成超聲波傳感器，可檢測設(shè)備前方和兩側(cè)墻體、人或其他障礙物的距離。當(dāng)被檢測物距離小于預(yù)設(shè)保護(hù)距離時，設(shè)備自動停止運行，并通過聲光進(jìn)行報警，提示操作人員前來處理，保障設(shè)備、設(shè)施安全。設(shè)備集成了視頻系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)，操作人員只需在倉外就可以實時操控和監(jiān)視設(shè)備作業(yè)。智能控制系統(tǒng)內(nèi)置編程接口，可通過程序代碼設(shè)置扒糧路徑，讓出倉機按照預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行自動扒糧作業(yè)，實現(xiàn)出倉智能化。智能控制器原理框圖如圖4所示。

2.5 抑塵系統(tǒng)

設(shè)備采用“密閉為主、吸風(fēng)為輔”抑塵方式[6]，扒頭中央內(nèi)置負(fù)壓風(fēng)道，輸送系統(tǒng)采用整體式密閉抑塵[7]，輸送機身設(shè)置一體式上蓋，側(cè)面輔助膠皮進(jìn)行密封，出料口設(shè)置密閉出料斗和柔性密閉罩，抑塵效果良好。

3 測試情況

本設(shè)備扒頭殼體呈錐鏟型，自身具有很好的散糧導(dǎo)向功能，加上內(nèi)部螺旋葉片和花輪的收攏傳遞作用，可輕松實現(xiàn)玉米、小麥、稻谷及大豆等顆粒狀糧食的扒糧出倉功能。為驗證設(shè)備效果，選擇休止角最大、流動性最差的稻谷[8]作為測試樣品。通過稻谷實倉作業(yè)測試，設(shè)備產(chǎn)量、扒糧能耗、噪聲、粉塵濃度數(shù)據(jù)如表1。

表1 智能化出倉機稻谷測試結(jié)果

由表1可知，所研制的智能化出倉機稻谷作業(yè)產(chǎn)量140.4 t/h，遠(yuǎn)大于設(shè)計目標(biāo)70 t/h；能耗0.05 kW·h/t，粉塵濃度8.87 mg/m3，噪聲72.4 dB(A)，均小于預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

4.1 智能化出倉機采用橡膠履帶底盤為動力，水平絞龍+輔助花輪為扒糧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)量大、噪聲低。

4.2 設(shè)備可遙控和按編程路徑作業(yè)，能自動識別金屬地上籠和其他障礙物功能，智能化程度和安全性較高。

4.3 設(shè)備采用“密閉為主、吸風(fēng)為輔”抑塵方式，環(huán)保優(yōu)勢明顯。

4.4 設(shè)備可廣泛用于糧食倉儲、加工、飼料、散糧中轉(zhuǎn)站等場合，市場應(yīng)用前景廣闊。同時也能對我國出倉設(shè)備的研發(fā)起到參考作用。