獨立塔架式淺圓倉防破碎裝置設計*

趙金輝 李 玥 孫鳳陽

(1 中國儲備糧管理集團有限公司 100089)(2 中國儲備糧管理集團有限公司吉林分公司 130000)

我國在20世紀90年代，利用世界銀行貸款改善中國糧食流通項目，逐步引進了一些大容量、高效率的淺圓倉儲糧設施[1]，彌補了我國糧庫大容量儲糧設施技術的短板。經過近30多年的實踐應用，人們逐漸認識和掌握了淺圓倉的儲糧優越性能，目前淺圓倉已成為國內新倉建設的主流倉型[2]。然而，由于在項目引進過程中，對糧食破碎與自動分級等問題認識不足，相應的配套設施不同步或不完善，導致糧食在入倉時出現顆粒破碎和雜質自動分級現象，嚴重降低了儲糧品質和安全，造成較大的經濟損失[6]。

糧食破碎率是衡量糧食品質的一項重要指標。淺圓倉直徑一般為25 m～30 m,[3]裝糧高度在12 m～15 m，當糧食經倉頂輸送設備卸料口從高處落下時，由于垂直落差高、速度快、沖擊大，造成谷物嚴重破碎和自動分級。尤其是東北烘后的粉質玉米本身裂紋率較高，加上高落差和猛烈撞擊，出現了玉米較高的破碎率。大量破碎籽粒和粉狀物料存在，易發生吸濕、結露、發熱和發霉等現象，構成儲糧的隱患點，是儲存中需重點關注的問題。[4]實際使用結果表明：經過入倉和發放，糧食破碎率普遍增加8%～10%，[5]特別是經過干燥機烘干后的玉米破碎率高達15%左右，導致糧食品質下降，保管難度加大，給經營企業造成了嚴重的經濟損失，甚至影響到糧食的安全儲存。國外經濟發達國家隨著儲糧倉不斷向高大化發展，倉內外裝卸等生產作業基本全部實現機械化，有的國家也實現了生產工藝自動化。但是國外在淺圓倉防破碎裝置方面的研究很少。

1 機械結構設計

1.1 國內淺圓倉防破碎裝置

國內相關的淺圓倉防破碎裝置大體可以分為三類：

1.1.1 自動伸縮升降式緩沖裝置 缺點是機械裝置結構復雜、電氣檢測與控制要求較高，系統運行可靠性差、維修保養難度大。此外，當糧食裝滿后，所有的料斗全部升到倉內頂部，由于收縮后的料斗裝置占有一定的高度，導致裝糧高度受限，會減少倉容，因此沒有被推廣普及，只是早期應用于黑龍江省世行貸款項目中。

1.1.2 鋼索式撓性緩沖裝置 具有一定的防破碎功能，但機械結構設計不合理、人工操作不方便，費時費力、沒有形成機械化和現代化，該裝置曾經在吉林省世行貸款項目建設中，有個別糧庫使用過該裝置，但沒有被廣泛推廣。

1.1.3 附壁折板式溜槽緩沖裝置 它使糧食在溜糧槽行進路徑增加，大大減緩了糧流的運行速度、終極沖擊力減弱，糧食的防碎效果較好，最大可降低破碎率達70%，而且還有效地解決了糧食的自動分級現象。

先進的淺圓倉防破碎裝置設計應該體現在以下兩方面：一是機械結構設計合理、堅固耐用、運行可靠，具有降低糧食破碎率、減輕雜質自動分級和改善布料均勻度；二是電氣控制系統設計采用先進技術，全面實現對糧食進倉的狀態實時監控，更加人性化、自動化和智能化。

1.2 獨立式塔架結構設計

為了保證淺圓倉的建筑結構不受緩降防破碎裝置影響，在塔架設計時，充分考慮防破碎裝置的結構獨立性，避免出現問題時造成連鎖反應。同時，塔架安裝選址在淺圓倉的中心，便于布料均勻和施工方便。塔架機械結構示意圖如圖1所示。

圖1 淺圓倉結構圖及電控裝置

獨立式塔架制作采用鋼結構焊接工藝，整體呈長方體結構，長度3.2 m，寬度2.8 m，高度20 m。獨立式塔架所用鋼材為Q235-B，四個立柱采用型材方管120 mm×120 mm×8 mm，斜拉支撐采用型材方管100 mm×100 mm×6 mm。

獨立式塔架共分八層，每層設有檢修平臺，折返溜槽緩降裝置安裝在塔架內，平臺四周加裝防護欄柵，保證設備維護檢修人身安全。

1.3 儲料罐布料分糧口設計

為了保證淺圓倉糧食入倉布料均勻和減輕雜質自動分級，從淺圓倉入倉的玉米首先進入到儲料罐，通過調節閥控制糧食從5個分糧口流出，儲料罐分糧口示意圖如圖2所示。

圖2 儲糧罐結構示意圖

工藝流程如下：

(1)關閉5個電動調節閥，待糧食裝到儲料罐高度1 m時，打開左、右側兩個電動調節閥，糧食從主溜糧口流入第一段折板溜槽內，經折返進入第二段、第三段直至第九段時到達淺圓倉底部，形成兩個錐形體糧堆。

(2)隨著糧食的不斷流入，糧面逐漸上升，依次埋沒第九段、第八段直至折板溜槽，當糧面上升到第一段折板溜槽底部時(高度約20 m)打開前側和后側兩個電動調節閥，糧食從前后輔溜糧口同時流出，起到均勻布料作用。

(3)當糧面堆積到4個溜糧口時，停止淺圓倉入料工作進行人工平倉，根據實際情況進行入糧補料，直至糧食平面達到14 m入料完畢，此時打開下側電動調節閥放出儲料罐余料，整個入糧工藝完畢。

1.4 緩降減速折返溜槽設計

塔架內設計左右兩組折返溜槽。每組溜槽由9個折返溜槽組成，溜槽與水平面夾角為38°，略大于玉米極限自流角37°，以保證玉米在溜槽內順暢流動，不產生自然堆積現象。

玉米破碎的主要原因是從淺圓倉頂部按自由落體規律運動至底部，以我公司淺圓倉高度23.5 m為例，入倉后的玉米從頂部到達底部的時間和末速度可按下式推導：

①

v=gt

②

采用緩降減速折返溜槽后，使玉米從倉頂到底部的路徑增加，運行時間加長，速度自然會下降，沖擊力也會減弱，大大降低了玉米的破碎率。折返溜槽的外形尺寸如圖3所示。

圖3 折返溜槽

溜槽采用Q235鋼板折成U形，寬度為500 mm，高度為300 mm。為了增大摩擦力減緩糧食流速和鋼板使用壽命，在溜槽內設計了一層內襯板，材質為聚氨酯，厚度為10 mm。由于在兩段溜槽連接處采用折返工藝，理論上近似認為在該處的糧食初速度為0，末速度可按式③計算：

③

2 電控設計

2.1 均勻布料電路設計

儲糧罐共設有5個放糧調節閥。每個放糧溜管均采用電動調節閥門控制出口糧食流量，閥門開度調節范圍為0～100%，采用步進方式調節，步幅可根據工藝要求通過軟件任意調整，最大限度地保證了糧食入倉布料相對均勻、盡量減輕雜質自動分級。

2.2 現場監控電路設計

現場檢測裝置主要包括倉內料位高度檢測、塔架內糧食溫度檢測和設備運行狀態圖像監控。現場檢測裝置布置圖如圖1所示。

倉內糧食高度檢測采用紅外傳感器，穿透力強、抗粉塵。沿塔架兩側共設置2組，每組5個，間隔2.5 m。塔架兩側安裝2條測溫電纜，實時監測塔架周圍的糧溫變化情況，觀察由于安裝鋼制塔架可能導致糧溫的特殊變化，以及雜質自動分級局部集中可能帶來的不利影響。在塔架頂端平臺設置6個全彩高清網絡攝像頭，其中4個攝像頭實時監測4個溜糧口的工作狀態，另外2個監測塔架周圍糧食的布料情況和雜質自動分級狀況。

3 計算機遠程測控系統設計

本系統設計采用計算機控制系統，計算機選用工業觸摸屏一體機，采用RS-485智能模塊組網，實現遠程數據通訊。在組態軟件MCGS環境下，實時顯示現場測量數據，遠程測控和人機對話。

3.1 計算機遠程測控系統

原理圖如圖4所示。測控系統主機為工業觸摸屏，通過RS485總線與現場智能模塊構成工業現場局域網，通訊模式采用MODBUS RTU協議，遠程通訊距離可達1000 m。智能輸入模塊主要采集現場糧食料位、電動閥門限位及開度等信息；智能輸出模塊主要控制電動閥門開度。

圖4 計算機測控系統

3.2 圖像遠程監控系統

原理圖如圖5所示。圖像遠程監控系統由液晶顯示屏、硬盤錄像機、網絡交換機、光纖收發器和現場全彩網絡攝像頭組成。現場攝像頭采集的圖像信號經光纖收發器傳送至控制室網絡交換機和硬盤錄像機，實現圖像顯示、畫面切換和存儲等功能。由于傳輸線選用光纖，具有圖像傳輸距離遠、信息準確等優點。

圖5 圖像遠程監控系統

4 結語

糧庫淺圓倉防破碎裝置是解決淺圓倉糧食入倉時，防止谷物破碎的關鍵配套設施，它的作用不僅可以降低糧食破碎率，還可以減輕雜質自動分級和布料不均勻等現象。糧庫淺圓倉防破碎裝置的廣泛應用，使淺圓倉儲糧性能得到改良與提升，實現了糧食破損率的大幅度下降、雜質自動分級和布料不均勻有所改善，顯著提高了糧食品質、減少糧食浪費，對糧食企業的經濟效益和安全儲糧具有重大意義。結合中央儲備糧榆樹直屬庫有限公司的實際情況和使用經驗，獨立塔架式折返溜槽淺圓倉防破碎裝置，克服了目前市場上防破碎裝置的缺點，最大程度降低了糧食破碎率，有效改善了雜質自動分級和糧食布料不均等技術難題。同時，電氣控制系統采用先進的檢測技術，實現對糧食進倉狀態實時監控，更加人性化、自動化和智能化。