新型原粮入仓清理设备的研制与应用*

毛根武 张明友 张光辉 唐国晨

(1 中储粮成都储藏研究院有限公司 610091) (2 中央储备粮宜昌直属库有限公司 443000) (3 中央储备粮合肥直属库有限公司 231121)

随着社会的发展、科技的进步和农业劳动力人口的转移，粮食收获的方式已向机械化方向转变,机械化收获所占比例逐年增大。报道显示，2018年至2021年，全国农作物耕种收储综合机械化率分别提高至67%、69%、70%、80%，其中全国小麦机收比例分别为95.5%、96.0%、97.0%、98.0%。机械化收获后的粮食不再进行杂质清理而直接销售的情况较多，入仓前原粮中杂质含量超标的情况大量存在。收购稻谷中杂质含量在2.5%较为普遍，有时会高达5.0%，有的轻型杂质(如稻梗、茎、叶等)约占杂质体积的60%～70%，有的有机杂质(如根、茎、叶、细灰、空稻壳等)约占杂质总重量的75%[1～2]。

入仓原粮的杂质含量不宜大于1.0%,杂质含量较高时应进行清理[3]。原粮杂质含量的大幅超标，常规单台清理设备不能满足清理质量和基本作业效率的要求[2]，需增加外部风力辅助分离设备[4]，“两筛两吹”多台设备串联工作[5～6]才能保证清理后入仓原粮的质量，给实际工作增加了很多困难。入仓清理作业现场设备数量多，作业面积大，扬尘点多，粉尘污染问题突出、作业效率不高的情况当前普遍存在[2][6][7]。

为解决此问题，国内外相关的研究较多，但目前还未见比较彻底、高效、环保的解决办法。本文通过分析粮食储备库原粮入仓清理所使用的主流移动式设备的特点和存在的问题，结合相关研究，提出解决“两筛两吹”清理存在问题的解决思路，介绍一种新型高效环保组合清理设备的研制路线和应用测试情况。

1 现有主流移动式清理设备的特点和问题分析

粮食杂质的清理主要有风选、筛选、精选等方式，每种方式的处理量、清理效果各不相同。其中风选和筛选的清理能力较高，能分离出多数轻杂和细杂，但不能分离出并肩杂质。比重分选和精选清理效果好，能分离并肩杂质，但单位时间的处理量小，难以满足原粮出入库清理速度的要求[8]。当前，原粮入仓杂质清理主要使用的移动式设备类型有振动组合清理筛，圆筒组合清理筛，风选组合清理筛3种。各类设备根据使用定位不同，其结构、技术参数也有差异。

1.1 振动组合清理筛

振动组合清理筛(图1)一般由振动筛体1、垂直风选器2、离心风机3、旋风分离器4、螺旋排料绞龙5、机架6和(自)行走系统7等部分组成。设备筛面大，分离大杂、细杂和轻杂清理能力高，产量大。设备的筛理面积一般为7.2 m2～9.2 m2，风选宽度一般为180 cm～230 cm。清理稻谷时，振动筛体上层大杂筛面易被柔性杂质堵塞，堵塞后作业效率大大降低，需要人工进行筛面清理，杂质含量越高清理间隔时间越短；清理小麦时，为确保产量，上层筛面筛孔一般在Φ18 mm～Φ25 mm，对麦桔杆的清理效果不佳。

图1 振动组合清理筛

1.2 风选振动组合筛

风选振动组合筛(图2)一般由均料机构1、风选室2、重力沉降室3、振动筛4、除(杂)尘器5、离心风机6、机架7等部分组成。设备的筛理面积一般为4.5 m2～6.5 m2，风选宽度一般为300 cm～360 cm。风选振动组合筛清理工艺上采用先风选后振动清理的双风选串联结构，风选面积大于振动组合清理筛，但筛理面积小于振动组合清理筛，清理稻谷的效果较好，清理小麦和玉米的大杂清理效果不如振动组合清理筛。

图2 风选振动组合筛

1.3 圆筒组合清理筛

圆筒组合清理筛(图3)一般由圆筒筛1、振动筛2、垂直风选器3、离心风机4、除杂除尘装置5、机架6和行走系统7等部分组成。设备的筛面理积一般在10.5 m2左右，风选宽度一般为180 cm。设备筛理面积一般较振动组合清理筛大，风选面积基本相当，对大杂、小杂、轻杂的清理能力得以增加，先清理长(大)杂后振动筛不易堵塞，作业效率和清理效果稳定，近年来应用逐步增多。

图3 圆筒组合清理筛

1.4 主流清理设备问题分析

主流清理设备不能满足大产量、高含杂率情况下清理效果的主要原因有：设备的筛理面积和风选面积不足；杂质清理工艺不合理；结构不合理，性能参数不佳。

筛理面积和风选面积不足造成粮流厚度太大，使大杂和小(细)杂的过筛分离率、气流穿透粮层分离轻杂的分离率不高。

先振动筛选分离大杂和细杂，再风选分离轻杂的清理工艺，高含杂或柔性大杂较多时，短时间内会使筛面筛孔大量堵塞，造成清理效率大量下降。先圆筒筛选再振动清理，最后再风选的清理工艺，轻杂风选的作用面积小，轻杂分离效率不符合实际条件。

同样结构、同样尺寸的设备不同生产企业同一条件下的清理效率差异性较大。

2 “一筛”设备代替“两筛两吹”设备的思路

要满足设定产量条件下能清理高含杂率原粮的要求，关键是要解决好提高筛理面积、提高筛面利用率以及选好筛分振动机制的问题[5][9]。作业场地需要经常性变更，使得设备的高度、长度、宽度受到一定的限制，设备的体积要符合实际使用要求。分析3种主流组合清理设备的技术特点和不足，如在圆筒组合清理筛设备基础上以合理的方式、适当的体积增加风选装置，提高风选面积，即可解决当前原粮中轻杂普遍偏高的问题，便可以以一台设备代替两筛作业三台设备。

3 新型入仓清理设备研制的目标

适用对象:适用于小麦、稻谷、玉米原粮杂质的清理，清理的主要对象包括大杂、小杂、细杂、轻杂等比重、尺寸差异明显的杂质。

清理效率和效果：≥50 t/h(以稻谷计)；综合杂质清除率不低于70%。

环保：空转噪音≤85dB(A)；粉尘浓度不超过30 mg/m3。

移动与操作：自动可控行走与转向(不需人工辅助)。

4 新型入仓清理设备的设计要求和原则

新设备的研制需要在一定高度、体积下有足够的筛理面积和风选面积，要有合理的工艺确保各部分能长期稳定工作，同时要便于使用和维护。

作业效率必须满足设计最大杂质指标的需要，不能因为杂质含量的增高而使清理效率或清理效果降低，须按设计最大产量和最高杂质含量进行工艺选择和结构设计。

在清理工艺方面，要遵循先大(长)杂，后小(短)杂，先轻杂，后重杂，多次轻杂分选的原则。

5 新型入仓清理设备的结构、工艺路线及参数

5.1 新设备的基本结构

新设备的基本结构包含进料密闭罩1、分料均料装置2、第一风选装置3、圆筒筛理装置4、振动清理装置5、第二风选装置6、重力沉降装置7、脉冲除尘装置8与自行走装置9等部分，如图4。

进料密闭罩1为半密闭结构，将带式输送机头部的出料口全部密封，减少输送机与进料口之间的扬尘。

分料均料装置2采用金字塔三角分料结构，带式输送机输入的原粮被分6路向左右两侧分布，加上2道重力门的均料作用，原料均匀通过第一风选装置3的吸风口，以此提高风选效果。

圆筒筛理装置4为2组相同的圆筒清理装置，相同体积下，清理面积较单筒圆筒清理筛提高50%左右。

振动清理装置5采用振动清理筛结构，上层分离大杂，中层分离小(细)杂，下层收集小(细)杂。

第二风选装置6为垂直风选器。第一风选装置3和第二风选装置6的出风口与重力沉降装置7的进风口相连接，风选出的大杂先在重力沉降装置7下部沉降，通过密闭式绞龙排出。

脉冲除尘装置8采用高压脉冲布袋除尘方式将轻杂和分离进行分离沉降，通过密闭式绞龙排出。

自行走装置9采用电池驱动和无线摇控方式，断电自刹车停车。

图4 设备基本组成

5.2 新设备的工艺路线

图5 设备工艺路线

6 新设备应用情况

新设备试制完成后在某收储库开展了实际应用测试，相关数据见表1。

从作业效率和清理效果看，含杂率在3.3%的稻谷，新设备在50 t/h条件下，一次性清理后原粮含杂率降低至1.0%，含杂率在3.0%的稻谷，新设备在50 t/h条件下，一次性清理后原粮含杂率降低至0.65%；含杂率在4.0%的稻谷，新设备在40 t/h条件下，一次性清理后原粮含杂率降低至0.92%，均达到相关入仓质量要求。在同一批次粮源条件下，两筛作业线在清理含杂率在3.0%的稻谷时，在30 t/h条件下，一次性清理后原粮含杂率降低至0.92%，在清理含杂率在4.0%的稻谷时，在30 t/h条件下，一次性清理后原粮含杂率降低至1.95%。通过对比可以得出，新设备在作业效率和清理效果能够满足使用要求，替代现有两筛作业线。

表1 新设备与两筛清理作业线清杂情况数据对比(稻谷)

从环保效果看，新设备在作业效率不超过50 t/h、含杂率不超过4.0%时，作业设备四周1 m范围内的粉尘浓度为6.20 mg/m3～7.73 mg/m3，符合国家环保标准要求，远低于两筛作业线中没有采用环保处理的85.7 mg/m3～114.2 mg/m3的指标。

从使用操作和维护看，设备使用期间不需要人工清理设备筛面，相同条件下，两筛作业线每天操作人员至少清理筛面6次。

7 新设备与常规两筛清理作业线对比分析

通过新设备与常规两筛清理作业线相关数据(表2)的对比分析可以看出，作业线设备的数量减少了2台；使用新设备清理小麦的作业效率提高了1.71倍，清理稻谷的作业效率提高了1.67倍；清杂效率提高了0.5%；清理小麦的单位能耗降低了0.37 kW·h/t，同比下降66%，清理稻谷的单位能耗降低了0.96 kW·h/t，同比下降66%；作业线长度减小了16.6 m；作业面积减小了29.3 m2；作业环境明显改善。

表2 与现有“两筛”清理设备性能参数对比表

8 展望

在当前粮食集中收购窗口时间越来越短，环保要求越来越严，劳动力越来越少，粮食质量越来越不稳定的情况下，原粮入仓“卡脖子”的环节在清理，集高效率、低污染、少维护于一体的新型组合式清理设备的出现将解决这一难题，是实现高效入仓作业的关键，是大型收储库的必然选择，拥有良好的市场前景。