散糧收購車車載吸糧系統研發

◎ 高 蘭，史 琦，隨 賽

（1.鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450053；2.安徽博微長安電子有限公司，安徽 六安 237000）

糧食收購是糧食產后收儲作業的重要環節，研究解決散糧收購車裝卸糧作業機械化自動化技術難題，對保障我國糧食安全收獲入倉、減少產后損失、保障品質、增加農民收益具有非常重要的意義。現階段，我國散糧收購車作業主要集中在田間地頭或者糧食散戶家中。在田間地頭進行糧食收購作業時，多采用運輸車與收割機直接對接自動裝糧方式，基本實現了自動機械化裝糧作業；而對于散戶糧食收購，多采用包糧方式進行裝卸，存在著漏撒嚴重、機械化程度低、人工勞動強度大、勞動力缺乏等突出問題，研發具備自裝自卸功能的糧食散裝收購車，實現糧食收購作業的機械化、自動化，已經成為解決糧食收購落后作業狀況的重要途徑。

1 車載吸糧裝車系統的工作原理

糧食散裝收購車的研發以滿足農戶家或者各種曬場散糧裝卸車機械化自動作業和安全運輸為設計導向，依據散糧收購車的使用功能需求和車輛改裝技術規范，車輛總體結構組成包括二類底盤車、專用車廂、車載吸糧裝車系統、液壓舉升系統、卸糧機構、裝卸糧操控機構和備品備件箱等，如圖1所示。其中，車載吸糧裝車系統由高壓離心風機、散糧輸送管、密封式車廂體和旋風除塵器等組成。密封式車廂體既是糧食物料的主要承載容納空間，同時兼做車載吸糧裝車系統的落料器。車載吸糧系統裝糧工作原理為：變速箱上的夾心取力器通過車輛發動機輸出動力，帶動離心風機運轉；離心風機通過輸送管道抽取密閉車廂內的空氣，使車廂內形成負壓，與車廂連接的吸糧管道將糧食吸入車廂，完成裝糧作業；車廂內產生的灰塵由除塵剎克龍分離后落進灰塵收集盒，抽出的空氣經離心風機排出廂體。

圖1 吸糧系統工作原理圖

2 車載吸糧系統壓損計算和設備選型

2.1 計算輸送量、輸送風速、輸料管直徑、風量和輸送濃度確定

2.1.1 計算輸送量（G算）

吸糧系統產量G=20 000 kg/h，

計算輸送量：

式（1）中，α為安全系數，取1.1。

2.1.2 輸送風速(υ)

氣力輸送裝置中輸送糧粒的風速一般為20～25 m/s，其中，稻谷16～25 m/s、小麥18～30 m/s、玉米25～30 m/s。考慮到吸糧車彎頭多、工作環境不固定等，實際情況選擇輸送風速為υ=25 m/s。

2.1.3 輸料管風量、直徑和實際輸送濃度

輸送濃度即氣體所含輸送物料的質量濃度。我國糧食行業輸送稻谷、小麥等物料采用高壓離心風機時一般取μ=8～14 kg/kg，根據實際情況取設計輸送濃度μ′=13 kg/kg。

設計風量：

式（2）中，ρ為空氣密度，在標準狀況下，取1.2 kg/m3。

根據公式：

選用無縫鋼管作為輸料管，根據無縫鋼管管徑系列，取外徑為160 mm，壁厚5 mm，內徑d=150 mm。

輸料管實際風量：

輸料管實際輸送濃度：

2.2 吸糧系統壓損計算

2.2.1 接料器阻力

采用套筒形吸嘴，阻力系數取2.5。

式（5）中，ζ為接料器阻力系數；ρ為空氣密度；υ為輸送風速。

2.2.2 加速壓損

式（6）中，i谷為加速每噸物料的壓損，單位Pa；G算為物料的計算輸送量，單位t/h。

2.2.3 提升壓損

式中，ρ為加速每噸物料的壓損，單位Pa；g為物料的計算輸送量，單位t/h；μ為物料實際輸送濃度，單位kg/kg；s為物料提升高度，單位m，系統中為4 m。

2.2.4 摩擦壓損

查得當d=150 mm、υ=25 m/s時，查R=52.43 Pa/m，K谷=0.002 7×150=0.405，故：

式（8）中，R為加純空氣通過每米風管的摩擦阻力，單位Pa/m；L為輸料管的長度，單位m；K為經驗系數。

2.2.5 彎頭阻力

取彎頭曲率半徑R=6 d，彎頭阻力系數ζ=0.083，故：

2.2.6 恢復壓損

當G＞5 t/h，Δ=0.07，彎頭后續水平管長為1.5 m時，C=0.85

H復=C·Δ·H=0.85×0.07×6248=372 Pa （10）

式（10）中，C為彎頭后續水平管長度修正系數，取值0.85；Δ為輸料量的修正系數值，輸送量5 t/h以上，取0.07；H加為物料的加速壓損，單位Pa。

2.2.7 卸料器阻力

容積式卸料器阻力系數ζ=3，經驗系數K=0.2，進風口風速υ進=10 m/s，則：

則輸送物料部分壓力損失計算：H1=H接+H加+H升+H摩+H彎+H復+H卸=937.5+6248+542.4+3270+390+372+595=12 354.9 Pa

2.2.8 輔助系統壓損

該段風管總長度L=3 m，取υ=12.8 m/s，當Q=1 590 m3/h，查得d=265 mm，R=6.18 Pa/m。該段風網上有3個彎頭，取α=90，R=3D，則ζ=0.12，

其中：∑ζ=2×0.12=0.24

剎克龍除塵器阻力：處理風量Q=1 590 m3/h，剎克龍直徑D0=500 mm，υ進=17 m/s，則H除=794 Pa，則輔助系統壓損H2=42+794=836 Pa。

2.2.9 整個吸糧系統總阻力損失

∑H=H1+H2=12354.9+836=13190.9 Pa

2.3 選擇風機和電動機

計算風機參數，考慮到管道漏風、車廂體漏風、旋風除塵器等因素，風量增加10%，風壓增加60%的裕量，故風機應產生的風量、風壓為：

式中，K電為電動機儲備的系數，取1.1；η風為通風機的全壓效率，取0.7；η傳為通風機與電動機之間的傳動效率，取0.95。

根據以上計算及查看離心風機樣本，選擇SF-20型高壓離心風機，輸送風壓為-22 kPa，輸送風量30 m3/min，風機轉速4 100 r/min。取配用電動機功率取N電=22 kW。

3 總結

研發的散糧收購車車載吸糧裝車系統通過裝卸糧實載試驗和示范應用，吸糧系統平均作業產量可達20 t/h，較好地實現了散糧收購車裝糧作業的機械化、自動化，降低了工人勞動強度，有效改善了我國糧食收購作業勞動力缺乏的狀況，有助于促進我國糧食物流技術現代化發展。