独立塔架式浅圆仓防破碎装置设计*

赵金辉 李 玥 孙凤阳

(1 中国储备粮管理集团有限公司 100089)(2 中国储备粮管理集团有限公司吉林分公司 130000)

我国在20世纪90年代，利用世界银行贷款改善中国粮食流通项目，逐步引进了一些大容量、高效率的浅圆仓储粮设施[1]，弥补了我国粮库大容量储粮设施技术的短板。经过近30多年的实践应用，人们逐渐认识和掌握了浅圆仓的储粮优越性能，目前浅圆仓已成为国内新仓建设的主流仓型[2]。然而，由于在项目引进过程中，对粮食破碎与自动分级等问题认识不足，相应的配套设施不同步或不完善，导致粮食在入仓时出现颗粒破碎和杂质自动分级现象，严重降低了储粮品质和安全，造成较大的经济损失[6]。

粮食破碎率是衡量粮食品质的一项重要指标。浅圆仓直径一般为25 m～30 m,[3]装粮高度在12 m～15 m，当粮食经仓顶输送设备卸料口从高处落下时，由于垂直落差高、速度快、冲击大，造成谷物严重破碎和自动分级。尤其是东北烘后的粉质玉米本身裂纹率较高，加上高落差和猛烈撞击，出现了玉米较高的破碎率。大量破碎籽粒和粉状物料存在，易发生吸湿、结露、发热和发霉等现象，构成储粮的隐患点，是储存中需重点关注的问题。[4]实际使用结果表明：经过入仓和发放，粮食破碎率普遍增加8%～10%，[5]特别是经过干燥机烘干后的玉米破碎率高达15%左右，导致粮食品质下降，保管难度加大，给经营企业造成了严重的经济损失，甚至影响到粮食的安全储存。国外经济发达国家随着储粮仓不断向高大化发展，仓内外装卸等生产作业基本全部实现机械化，有的国家也实现了生产工艺自动化。但是国外在浅圆仓防破碎装置方面的研究很少。

1 机械结构设计

1.1 国内浅圆仓防破碎装置

国内相关的浅圆仓防破碎装置大体可以分为三类：

1.1.1 自动伸缩升降式缓冲装置 缺点是机械装置结构复杂、电气检测与控制要求较高，系统运行可靠性差、维修保养难度大。此外，当粮食装满后，所有的料斗全部升到仓内顶部，由于收缩后的料斗装置占有一定的高度，导致装粮高度受限，会减少仓容，因此没有被推广普及，只是早期应用于黑龙江省世行贷款项目中。

1.1.2 钢索式挠性缓冲装置 具有一定的防破碎功能，但机械结构设计不合理、人工操作不方便，费时费力、没有形成机械化和现代化，该装置曾经在吉林省世行贷款项目建设中，有个别粮库使用过该装置，但没有被广泛推广。

1.1.3 附壁折板式溜槽缓冲装置 它使粮食在溜粮槽行进路径增加，大大减缓了粮流的运行速度、终极冲击力减弱，粮食的防碎效果较好，最大可降低破碎率达70%，而且还有效地解决了粮食的自动分级现象。

先进的浅圆仓防破碎装置设计应该体现在以下两方面：一是机械结构设计合理、坚固耐用、运行可靠，具有降低粮食破碎率、减轻杂质自动分级和改善布料均匀度；二是电气控制系统设计采用先进技术，全面实现对粮食进仓的状态实时监控，更加人性化、自动化和智能化。

1.2 独立式塔架结构设计

为了保证浅圆仓的建筑结构不受缓降防破碎装置影响，在塔架设计时，充分考虑防破碎装置的结构独立性，避免出现问题时造成连锁反应。同时，塔架安装选址在浅圆仓的中心，便于布料均匀和施工方便。塔架机械结构示意图如图1所示。

图1 浅圆仓结构图及电控装置

独立式塔架制作采用钢结构焊接工艺，整体呈长方体结构，长度3.2 m，宽度2.8 m，高度20 m。独立式塔架所用钢材为Q235-B，四个立柱采用型材方管120 mm×120 mm×8 mm，斜拉支撑采用型材方管100 mm×100 mm×6 mm。

独立式塔架共分八层，每层设有检修平台，折返溜槽缓降装置安装在塔架内，平台四周加装防护栏栅，保证设备维护检修人身安全。

1.3 储料罐布料分粮口设计

为了保证浅圆仓粮食入仓布料均匀和减轻杂质自动分级，从浅圆仓入仓的玉米首先进入到储料罐，通过调节阀控制粮食从5个分粮口流出，储料罐分粮口示意图如图2所示。

图2 储粮罐结构示意图

工艺流程如下：

(1)关闭5个电动调节阀，待粮食装到储料罐高度1 m时，打开左、右侧两个电动调节阀，粮食从主溜粮口流入第一段折板溜槽内，经折返进入第二段、第三段直至第九段时到达浅圆仓底部，形成两个锥形体粮堆。

(2)随着粮食的不断流入，粮面逐渐上升，依次埋没第九段、第八段直至折板溜槽，当粮面上升到第一段折板溜槽底部时(高度约20 m)打开前侧和后侧两个电动调节阀，粮食从前后辅溜粮口同时流出，起到均匀布料作用。

(3)当粮面堆积到4个溜粮口时，停止浅圆仓入料工作进行人工平仓，根据实际情况进行入粮补料，直至粮食平面达到14 m入料完毕，此时打开下侧电动调节阀放出储料罐余料，整个入粮工艺完毕。

1.4 缓降减速折返溜槽设计

塔架内设计左右两组折返溜槽。每组溜槽由9个折返溜槽组成，溜槽与水平面夹角为38°，略大于玉米极限自流角37°，以保证玉米在溜槽内顺畅流动，不产生自然堆积现象。

玉米破碎的主要原因是从浅圆仓顶部按自由落体规律运动至底部，以我公司浅圆仓高度23.5 m为例，入仓后的玉米从顶部到达底部的时间和末速度可按下式推导：

①

v=gt

②

采用缓降减速折返溜槽后，使玉米从仓顶到底部的路径增加，运行时间加长，速度自然会下降，冲击力也会减弱，大大降低了玉米的破碎率。折返溜槽的外形尺寸如图3所示。

图3 折返溜槽

溜槽采用Q235钢板折成U形，宽度为500 mm，高度为300 mm。为了增大摩擦力减缓粮食流速和钢板使用寿命，在溜槽内设计了一层内衬板，材质为聚氨酯，厚度为10 mm。由于在两段溜槽连接处采用折返工艺，理论上近似认为在该处的粮食初速度为0，末速度可按式③计算：

③

2 电控设计

2.1 均匀布料电路设计

储粮罐共设有5个放粮调节阀。每个放粮溜管均采用电动调节阀门控制出口粮食流量，阀门开度调节范围为0～100%，采用步进方式调节，步幅可根据工艺要求通过软件任意调整，最大限度地保证了粮食入仓布料相对均匀、尽量减轻杂质自动分级。

2.2 现场监控电路设计

现场检测装置主要包括仓内料位高度检测、塔架内粮食温度检测和设备运行状态图像监控。现场检测装置布置图如图1所示。

仓内粮食高度检测采用红外传感器，穿透力强、抗粉尘。沿塔架两侧共设置2组，每组5个，间隔2.5 m。塔架两侧安装2条测温电缆，实时监测塔架周围的粮温变化情况，观察由于安装钢制塔架可能导致粮温的特殊变化，以及杂质自动分级局部集中可能带来的不利影响。在塔架顶端平台设置6个全彩高清网络摄像头，其中4个摄像头实时监测4个溜粮口的工作状态，另外2个监测塔架周围粮食的布料情况和杂质自动分级状况。

3 计算机远程测控系统设计

本系统设计采用计算机控制系统，计算机选用工业触摸屏一体机，采用RS-485智能模块组网，实现远程数据通讯。在组态软件MCGS环境下，实时显示现场测量数据，远程测控和人机对话。

3.1 计算机远程测控系统

原理图如图4所示。测控系统主机为工业触摸屏，通过RS485总线与现场智能模块构成工业现场局域网，通讯模式采用MODBUS RTU协议，远程通讯距离可达1000 m。智能输入模块主要采集现场粮食料位、电动阀门限位及开度等信息；智能输出模块主要控制电动阀门开度。

图4 计算机测控系统

3.2 图像远程监控系统

原理图如图5所示。图像远程监控系统由液晶显示屏、硬盘录像机、网络交换机、光纤收发器和现场全彩网络摄像头组成。现场摄像头采集的图像信号经光纤收发器传送至控制室网络交换机和硬盘录像机，实现图像显示、画面切换和存储等功能。由于传输线选用光纤，具有图像传输距离远、信息准确等优点。

图5 图像远程监控系统

4 结语

粮库浅圆仓防破碎装置是解决浅圆仓粮食入仓时，防止谷物破碎的关键配套设施，它的作用不仅可以降低粮食破碎率，还可以减轻杂质自动分级和布料不均匀等现象。粮库浅圆仓防破碎装置的广泛应用，使浅圆仓储粮性能得到改良与提升，实现了粮食破损率的大幅度下降、杂质自动分级和布料不均匀有所改善，显著提高了粮食品质、减少粮食浪费，对粮食企业的经济效益和安全储粮具有重大意义。结合中央储备粮榆树直属库有限公司的实际情况和使用经验，独立塔架式折返溜槽浅圆仓防破碎装置，克服了目前市场上防破碎装置的缺点，最大程度降低了粮食破碎率，有效改善了杂质自动分级和粮食布料不均等技术难题。同时，电气控制系统采用先进的检测技术，实现对粮食进仓状态实时监控，更加人性化、自动化和智能化。