錐底出倉機研發

◎ 隨 賽，辛爍軍，夏朝勇，趙瑞營

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

1 國內外流動性較差物料出倉現狀

近年來，糧食錐底筒倉作為中轉倉或儲備倉、散粕倉以其具有機械化程度相對較高、占地面積小、容量大等優勢，正逐漸成為我國糧食流通與倉儲系統的主力倉型。錐底筒倉對于存儲流動性較好的物料，如大豆、小麥等，多能通過中心出料口，自流完成出倉作業；然而對于糧食雜質、豆粕、麩皮以及丁香等流動性較差的物料，存儲過程中易出現發熱板結、結拱等現象，出倉時易形成“鼠洞”“自流搭橋”等問題，板結嚴重時將無法進行自流出倉作業。這已成為嚴重制約各糧油碼頭、糧油加工企業物流效率提高的瓶頸問題。

針對豆粕、麩皮、糧食雜質等流動性較差物料的出倉設備研究和制造方面，國外起步較早，如美國某公司研發的Cone-Bottom 型出倉機，可實現錐底筒倉豆粕等流動性較差物料的出倉作業，但因其設備價格昂貴，溝通服務等各方面不盡如人意，推廣應用并不順利。

國內在豆粕等流動性較差物料的錐底筒倉出倉裝備研究方面尚屬空白，鄭州中糧科研設計院有限公司依靠自身強大的科研能力和多年豐富的螺旋清倉設備研發設計經驗，開展了錐底筒倉高效出倉裝備的研發，以期破解倉內流動性較差物料自流出倉易起拱、搭橋或因板結嚴重而不能出倉等問題，實現倉內物料的高效自動化出倉作業，提高糧油企業物流效率，提升我國錐底筒倉出倉作業機械化水平，降低工人勞動強度，增強我國糧油機械裝備市場競爭力。同時隨著裝備不斷優化，必定會給糧食物流裝備市場帶來新鮮活力，給國外產品帶來沖擊，打破國外產品對市場的壟斷地位，也必將引導我國糧機廠家不斷做大做強，進軍國際市場。

2 錐底出倉機研發

錐底出倉機以“強制物料出倉、先進先出”為設計理念，解決倉內流動性較差物料自流出倉時易形成“鼠洞”、搭橋以及因板結嚴重而不能出倉等問題，以期提高不流動或半流動物料在錐底筒倉內的出倉作業機械化水平，降低工人勞動強度和企業生產成本。

2.1 出倉螺旋裝置

鄭州中糧科研設計院有限公司依托在螺旋清倉機研發方面的技術積累，研發了可破解倉內物料因板結、結拱等而不能順利出倉的螺旋輸送裝置（如圖1所示），創新研發出變軸徑變螺距的螺旋體，在保證螺旋軸強度的基礎上，大幅降低螺旋體整體重量，確保輸送產能。螺旋輸送裝置可強制物料出倉，實現物料的先進先出、連續輸送作業。避免物料在自流出倉時形成中空、搭橋等問題，同時亦方便加裝余料清掃裝置。

圖1 出倉螺旋裝置示意圖

出倉螺旋裝置作業過程中除了要承受自身重力，還將承擔倉內上部物料的壓力作用。根據裝置結構特點及運行工況，對出倉螺旋裝置的受壓承載能力和受壓變形位移量進行了參數化分析，結果見圖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 中間旋轉筒

如圖4 所示，中間旋轉筒主要包括公轉從動齒輪盤、自轉馬達安裝筒、旋轉出料筒等部分，公轉馬達通過蝸桿驅動從動齒輪盤，帶動整個中間旋轉筒繞倉中心做公轉運動；出倉螺旋裝置通過自轉馬達安裝筒與自轉馬達相連接，繞安裝筒中心做周轉運動，完成物料向出料筒的輸送作業。

2.3 液壓旋轉支撐

如圖5 所示，中間旋轉筒下部法蘭通過螺栓與液壓旋轉支撐內表面相連接，液壓旋轉支撐采用特殊設計，實現內芯與油路的同步旋轉動作、外殼體與下部出料口的固定連接；巧妙實現上部油路旋轉供給驅動與下部出料口固定出料動作的獨立運行。

圖5 液壓旋轉支撐示意圖

2.4 液壓控制系統

螺旋輸送裝置的自轉和公轉采用液壓馬達進行驅動，兩個液壓馬達由同一套液壓系統實現驅動控制。成熟液壓系統的引入，替代了電氣設備控制，在降低了物料出倉過程粉爆可能性的同時，也進一步保證了設備運行的穩定性及可靠性；降低了企業投入成本，增加了設備運行安全性。液壓控制系統主要由液壓泵站、管路、快速接頭等組成。液壓控制系統如圖6 所示。

圖6 液壓控制系統現場圖

2.5 錐底出倉機工作原理

錐底出倉機以“強制物料出倉，避免物料自流出倉，先進先出”為原則進行設計，避免物料在自流出倉時形成中空、搭橋等問題，同時亦可避免物料與倉壁板結嚴重而不能出倉。

如圖7 所示，錐底出倉機依靠出倉螺旋的自轉將不流動或半流動的物料強制輸送至倉中心出口，物料通過中間旋轉筒輸送至下行輸送設備；同時螺旋的自轉亦可破除物料板結等現象；出倉螺旋自轉的同時，在公轉驅動的作用下，出倉螺旋、螺旋自轉驅動和中間旋轉筒等部件將同時繞倉中心軸線作公轉運動，保證物料持續輸出。通過出倉螺旋的自轉作業，以及與出倉螺旋、螺旋自轉驅動和中間旋轉筒等部件公轉作業的緊密配合，逐步完成整倉物料的出倉作業。

圖7 錐底出倉機工作原理示意圖

3 錐底出倉機試驗

3.1 樣機空車試驗

在中糧工科茂盛裝備（河南）有限公司加工基地對樣機進行了廠內空車試驗，如圖8 所示。樣機在加工基地空載累計運行24 h，單次連續運轉最長8 h，期間樣機螺旋葉片運轉平順、無卡阻干涉等問題，控制系統反應靈敏、動作準確；樣機運行平穩、可靠，各部件溫升正常，預定功能可全部實現，具備了生產性試驗條件。

圖8 樣機廠內空車試驗圖

3.2 樣機生產性試驗

3.2.1 樣機倉內空載試驗

4臺錐底出倉機在已在國內某糧油企業安裝應用，安裝完成后對液壓旋轉支撐件的水平度以及出倉螺旋葉片到錐底倉內壁的距離進行了測量核準，經檢測，液壓旋轉支撐件以及出倉螺旋裝置的安裝精度均滿足合同和標準技術要求，具備了空載調試試驗條件。空載調試過程中，設備運轉平穩，控制系統反應靈敏，預計動作準確。設備現場空載調試試驗如圖9 所示。

圖9 設備現場空載調試試驗圖

3.2.2 樣機負載試驗

空載調試順利結束后，開展了出倉機的負載試驗，錐底倉內存儲物料為玉米進倉時清理出的雜質及篩下物（包括大小雜質、灰塵等）。出倉機液壓控制系統配置有流量調節閥，可調節設備自轉和公轉轉速，進而控制物料出倉作業產能，達到出倉產量隨時可調的目的。現場物料出倉作業過程中，出倉機作業連續性好，控制系統反應靈敏、動作準確，出倉結束倉內基本無余料；平均出倉作業產能40 t·h-1時，已能滿足了下游輸送設備的產能要求。錐底出倉機的投入應用，實現了錐底倉內流動性較差物料的機械化、自動化、高效化出倉作業。設備現場負載試驗如圖10 所示。

圖10 設備現場負載試驗圖

4 設備主要特點

設備研發中采用了先進設計理念及眾多創新性設計，保證了成果與國內外類似產品相比明顯處于技術領先地位，具有以下特點：①研發的錐底出倉機可應用于倉徑為4 ～16 m 的錐底倉型，且無需特殊改造。②采用EDEM、ANSYS、INVENTOR 等軟件對該研發裝備進行三維仿真試驗模擬，并對其關鍵節點進行受力計算分析，以優化其結構性能，降低產品成本。③采用“先進先出，強制出倉”理念，避免物料自流引起塔橋、坍塌等現象。④出倉螺旋采用懸臂設計，倉內無輔助支撐，降低故障率。⑤驅動系統采用液壓馬達，運行穩定性高，確保了螺旋自轉和公轉的驅動扭矩。⑥系統馬達、減速器等傳動部件均置于倉外，方便維修，避免了倉內故障或事故發生。

5 結語

錐底出倉機的成功研發，有效破解了倉內不流動或半流動物料出倉時易形成結拱、搭橋或因板結嚴重而不能順利出倉等問題，提升了錐底筒倉內流動性較差物料的出倉作業機械化水平，降低了工人勞動強度，提高了出倉作業安全性，減少了企業生產成本投入；實現了錐底倉內流動性較差物料的高效化、自動化、機械化出倉作業。錐底出倉機設備服務對象明確，定位于糧食、飼料儲運行業，符合國家政策方向，市場容量大，具有良好的產業化前景。