基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)在小麥加工行業(yè)的應用與分析

盧紅平，張國棟，張 鑫

（中糧糧谷控股有限公司，北京 100020）

在發(fā)達國家，散糧運輸及裝車有專門的鐵路運輸和公路運輸方式，并且建立了一套相對完備的有關集裝箱裝卸運輸?shù)睦碚擉w系和糧食運輸系統(tǒng)[1]。我國糧食轉運“四散化”自20世紀70年代開始發(fā)展至今已取得顯著成效，散糧裝卸運輸?shù)姆绞降玫搅嗽絹碓綇V泛的應用，相關體系越來越成熟，但與發(fā)達國家相比還較為落后[2]。隨著我國糧食生產的不斷發(fā)展以及對糧食需求的不斷增加，需要我們對新型的糧食裝卸裝置進行研究，在節(jié)約人力、物力資源的基礎上提高糧食裝卸及運輸?shù)男?，這對于我國糧食生產以及運輸具有十分重要的意義，需要引起足夠的重視[1]。

卸糧過程中往往會產生大量懸浮在空氣中的固體顆粒，會造成很嚴重的危害，不僅會使得工作人員的身體健康受到嚴重威脅，更嚴重的還會導致爆炸事故[3]。因此，對于粉塵濃度的理論分析和控制顯得尤為重要。

本文主要以“四散化”之一的研究分析對象，對系統(tǒng)應用前后的數(shù)據(jù)進行對比分析，同時對風機開度設計不同實驗組別，以探究風機對粉塵濃度的影響。以期為基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)在小麥加工行業(yè)的應用提供參考，并為其他行業(yè)散糧卸車研究提供新思路。

1 裝置與方法

1.1 實驗裝置

實驗用散糧卸車系統(tǒng)的液壓翻板為后翻式，主要由翻板平臺、擋輪器、主液壓缸、擋輪器液壓缸、液壓控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)自動加熱裝置、電氣控制系統(tǒng)等組成，以液壓缸驅動使翻板及糧車與地面形成夾角，使運糧車運載的糧食全部精準下入下糧坑斗內。該系統(tǒng)還配套電控系統(tǒng)、6臺脈沖除塵吸風道，同時系統(tǒng)采取密閉[4]、圍擋[4]措施，減少卸車環(huán)節(jié)產生的粉塵的排放。

翻板主平臺尺寸長18 m，寬3 m，額定舉升重量100 t，45°角內任意懸停，三級伸縮套筒缸，系統(tǒng)動力45 kW。主梁為萊鋼H700型H型鋼2根，長度18 m；橫梁（寬度方向）選用H400型H型；縱梁（長度方向）選用H200型H型鋼。

脈沖除塵器風口安裝在卸糧坑兩側，平行排列。工作時，捕獲卸糧棚內含塵氣體，由進風道進入灰斗，粗塵粒直接落入灰斗底部，細塵粒隨氣流轉折向上進入中、下箱體，粉塵積附在濾袋外表面，過濾后的氣體進入上箱體至凈氣集合管-排風道，經排風機排至大氣。

圖1 散糧卸車系統(tǒng)的卸糧罩棚主視圖Fig.1 Main view of grain unloading shed of bulk grain unloading system

1.2 研究分析方法

1）對于基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用的效率、投資回收期、安全性能等，主要是通過對系統(tǒng)應用前后一段時期數(shù)據(jù)的平均值進行比對，以分析該系統(tǒng)應用效果。

圖2 散糧卸車系統(tǒng)的卸糧罩棚左視圖Fig.2 Left view of grain unloading canopy of bulk grain unloading system

圖3 散糧卸車系統(tǒng)液壓翻版工作過程示意圖Fig.3 Schematic diagram of hydraulic reproduction working process of bulk grain unloading system

2）對于基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用對粉塵濃度控制作用的研究，將脈沖除塵吸風量設置0、200、400、600 m3/h四個實驗組別，分別監(jiān)測對應吸風量下，卸糧時的粉塵濃度，每組試驗重復6次，取平均值作為結果，用以研究脈沖除塵吸風量對卸糧時粉塵濃度的影響。同時，以上數(shù)據(jù)與基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用前（吸風量250 m3/h）對照，以研究分析該系統(tǒng)對粉塵濃度控制的影響。

3）粉塵濃度是單位體積空氣中的粉塵含量。表示方法為是質量濃度，即每立方米空氣中所含粉塵的毫克數(shù)（mg/m3）。

4）本實驗中原糧主要來自于山東、河南的國產小麥。

5）測量儀器為粉塵濃度測量儀，檢測位置為卸糧入坑處，從卸車開始后間隔5 min左右測一次。

6）數(shù)據(jù)測試是卸糧速度均為60 t/h。

7）基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)是在全密閉的環(huán)境下運行的，粉塵不會溢出至外環(huán)境，不會對大氣產生污染。

2 結果與討論

2.1 卸糧效率分析

以沈陽香雪面粉公司為例，基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用后，卸糧環(huán)節(jié)人員由22人減少至9人，主要是由以前的24 h不間斷卸糧調整為僅白天卸糧，減少班次安排和減少人工扒糧等環(huán)節(jié)用工量來達到減人增效的目的。系統(tǒng)應用以前日卸糧量為1 200 t，使用該系統(tǒng)后日卸糧量提升至2 200 t，提升效果明顯，有效保障生產連續(xù)性。同時由于卸糧效率提升，大幅降低了員工勞動強度，增強員工的幸福感和獲得感。

2.2 投資回收分析

本系統(tǒng)一次性固定資產投資69萬元，維修保養(yǎng)費用5萬元/年。系統(tǒng)通過減少13人的用工量，按照減少1個人的人力資源成本收益4 000元來計算，僅人工部分即可帶來人力資源成本收益62.4萬元/年。綜上該系統(tǒng)投資回收期為1.2年。該計算模型未考慮由于降低原糧損耗帶來收益和提高卸糧效率對生產系統(tǒng)正常運轉的保障收益。

2.3 安全性能分析

如1.1節(jié)介紹，該系統(tǒng)面板采用厚度8 mm花紋鋼板，表面平整[5]；焊接采用二氧化碳氣保焊工藝進行焊接，焊后進行焊縫探傷檢驗，焊接完成后形成上下兩層（橫梁和縱梁）交錯鋼梁結構，保證焊接質量及平臺結構強度；鋼結構整體采用拋丸噴砂處理，漆膜厚度達到80 μm以上；在平臺兩側后部和平臺后部加裝防塵導料組件，防止物料和粉塵落入基坑，并引導物料進入接料坑。翻板平臺的傾斜角度和止輪器的升起行程安裝有限位開關來控制[5]；電控系統(tǒng)對擋輪機構的動作和翻板的升降動作實行動作互鎖[5]，可防止誤操作；起升液壓缸采用龍門架雙側支撐設計，減少基坑深度，節(jié)省土建費用；液壓缸處于地面之上，易于安裝和維保；雙側龍門架不僅使平臺的受力合理，而且對車輛起到安全防護作用；采用比例同步控制技術，保證兩條液壓缸高精度同步運行，兩側油缸高差在60 mm以內[5]；采用負載敏感、恒壓變量技術，減少液壓系統(tǒng)發(fā)熱量，節(jié)能降耗，降低系統(tǒng)噪音，改善工作環(huán)境；液壓系統(tǒng)采用大容積吸回油分離結構油箱，宜于液壓油溢氣和散熱，減少液壓油循環(huán)次數(shù)，保證液壓系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行；液壓控制系統(tǒng)設計應急手動回落功能，當系統(tǒng)意外斷電時，液壓翻板停止工作，停留在當前狀態(tài)[5]。采用手動[5]回放功能，液壓翻板會緩慢下降到初始位置，保證人員設備車輛安全；液壓泵站設計自動加熱功能。當環(huán)境溫度過低不利于液壓系統(tǒng)運行時，加熱功能自動運行，將油溫加熱到運行標準溫度，設備方可運行，保護設備；電氣控制系統(tǒng)具有在線顯示、檢測、設置功能，實時顯示液壓翻板的運行狀況，并進行故障自診斷；電氣控制系統(tǒng)配備遠程模塊，采用4G信號傳輸，能夠進行遠程診斷和維護。整體安全性能有保障，能夠有效保障長期可靠運行。

2.4 粉塵濃度研究分析

粉塵指的是懸浮在空氣中的固體顆粒，對于糧食加工業(yè)來說粉塵及其治理是世界范圍內企業(yè)及科技工作者共同關注的課題。粉塵濃度控制不當，不僅會使得工作人員的身體健康受到嚴重威脅，更嚴重的還會導致爆炸事故。同時，由于人民群眾對美好環(huán)境追求的不斷提高，卸糧環(huán)節(jié)粉塵濃度控制已然成為各級生態(tài)環(huán)境部門執(zhí)法檢查的重點內容。

該系統(tǒng)運行6套脈沖除塵系統(tǒng)，有序地控制粉塵，其基本原則是密閉加吸風，即圍堵和疏導[6]。在粉塵產生地點直接將粉塵收集起來，含塵氣體由進風口進入，經過灰斗時，氣體中部分大顆粒粉塵受慣性力和重力作用被分離出來，直接落入灰斗底部。含塵氣體通過灰斗后進入中箱體的濾袋過濾區(qū)，氣體穿過濾袋，粉塵被阻留在濾袋外表面，凈化后的氣體經濾袋口進入上箱體后，再由出風口排出。這樣改善了生產環(huán)境，控制了粉塵的污染，保護了操作工人的身心健康及延長了工廠機械設備的使用壽命等，從而促進了糧食加工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

實驗測得脈沖除塵吸風量分別為0、200、400、600 m3/h時，對應的粉塵濃度數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同風量對應的粉塵濃度數(shù)據(jù)Table 1 Dust concentration data corresponding to different blowing rates

實驗表明，基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)的風機系統(tǒng)對粉塵濃度的影響顯著（P＜0.05），且經過數(shù)據(jù)擬合，得出擬合函數(shù)為：

式中Y為粉塵濃度，mg/m3；X為脈沖除塵系統(tǒng)風量，m3/h。

同時，還收集了基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用前的粉塵濃度數(shù)據(jù)，如表2所示。

圖4 粉塵濃度與風量的區(qū)間圖Fig.4 Interval diagram of dust concentration and blowing rate

圖5 粉塵濃度隨脈沖除塵系統(tǒng)風量的變化規(guī)律Fig.5 Variation law of dust concentration with blowing rate of pulse dust removal system

表2 基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用前的粉塵濃度數(shù)據(jù)Table 2 Dust concentration data of bulk grain unloading system based on hydraulic flap before application mg/m3

由公式（1）可得，基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)的風量為250 m3/h時，該系統(tǒng)運行下的粉塵濃度為7.327 mg/m3，明顯比該系統(tǒng)安裝前同樣吸風量下的粉塵濃度底。

在實踐中發(fā)現(xiàn)，卸糧速度對粉塵濃度也有較大的影響，本次實驗收集了脈沖除塵系統(tǒng)風量為600 m3/h時，不同卸糧速度下粉塵濃度的分布數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 不同卸糧速度下粉塵濃度的分布數(shù)據(jù)Table 3 Distribution data of dust concentration under different unloading speeds mg/m3

圖6 粉塵濃度隨卸車速度的變化規(guī)律Fig.6 Variation law of dust concentration with unloading speed

實驗表明，基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)的卸車速度對粉塵濃度的影響顯著（P＜0.05），且經過數(shù)據(jù)擬合，得出擬合函數(shù)為：

式中Y為粉塵濃度，mg/m3；X為卸車速度，T/h。

以上數(shù)據(jù)均為系統(tǒng)內的粉塵濃度，基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)仍采取封閉措施，最終排放至大氣環(huán)境中的粉塵濃度滿足國家標準[7]。

2.5 節(jié)糧減損分析

查閱文獻可知自動裝卸糧食散運車可降低散糧裝卸過程中的糧食破損率，提高糧食質量[8]。本文在其基礎上，分析發(fā)現(xiàn)，由于卸糧效率的提高，減少了車輛的移動距離，極大的減少了地面上小麥的堆積量，車輛基本上不會對小麥有損傷。綜合近幾年應對的數(shù)據(jù)，基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)應用之前原糧入庫后的得糧率平均為99.90%，系統(tǒng)應用后原糧入庫后的得糧率提升至平均為99.95%，系統(tǒng)應用成熟后，原糧入庫后的得糧率最高可提高至100%，有效減少產后損失，為公司取得較為客觀的經濟收益，全面應用后能夠為切實保障國家糧食安全做出較大的貢獻。

3 結論與應用建議

3.1 結論

1）基于液壓翻板的散糧卸車系統(tǒng)的風機系統(tǒng)對粉塵濃度的影響顯著（P＜0.05），且明顯比該系統(tǒng)安裝前同樣吸風量下的粉塵濃度低。

2）該系統(tǒng)應用后，提升效果明顯，有效保障生產連續(xù)性。同時，大幅降低了員工勞動強度，增強員工的幸福感和獲得感。

3）該系統(tǒng)投資回收期為1.4年，投資回報周期短。

4）該系統(tǒng)整體安全性能有保障，能夠有效保障長期可靠運行。

5）該系統(tǒng)應用后的糧食損耗率基本上為0，對節(jié)約糧食有較大的促進作用。

3.2 應用建議

1）操作者必須熟悉設備的性能以及安全注意事項，初操作者必須在專業(yè)人員指導下進行。

2）啟動設備前應清理好工作現(xiàn)場，檢查各種按鈕是否正常完好；確認安全裝置，特別是車頭保護裝置是否齊全可靠；檢查油箱中的油量是否充足，油路是否存在漏油現(xiàn)象。

3）設備使用前應空車運轉測試后，確認正常方可投入使用。

4）設備運行時操作者嚴禁離崗，要隨時關注各部件運行情況，如有異常，禁止用手調整設備，應立即停機處理，嚴禁帶故障運行，以防出事故。

5）卸車時，車頭安全裝置必須按規(guī)定正確使用，不得拆除或不使用；

6）汽車在平臺上固定、保護功能到位后方可升降平臺；車輛駕駛室內不得有人，設備作業(yè)范圍內不得進人；卸車完成后各部位恢復原位，方可進行下車卸載。

7）停止作業(yè)后要拉閘斷電，設備控制柜不得接用電焊機等其他設備電源線。

8）設備要保持液壓系統(tǒng)的清潔，不得敞開油箱、以免灰塵、鐵屑等異物進入。

9）現(xiàn)場要及時關注脈沖除塵風機除塵效果，保持粉塵濃度在可控范圍內。

10）在具體應用過程中，使用者仍需根據(jù)本文章中的數(shù)據(jù)，結合自身實際情況總結出較為經濟的風量、除塵器配置和卸糧速度等參數(shù)，已達到更好的經濟效果。