趙金輝 李 玥 孫鳳陽(yáng)

(1 中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司 100089)(2 中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司吉林分公司 130000)

我國(guó)在20世紀(jì)90年代，利用世界銀行貸款改善中國(guó)糧食流通項(xiàng)目，逐步引進(jìn)了一些大容量、高效率的淺圓倉(cāng)儲(chǔ)糧設(shè)施[1]，彌補(bǔ)了我國(guó)糧庫(kù)大容量?jī)?chǔ)糧設(shè)施技術(shù)的短板。經(jīng)過(guò)近30多年的實(shí)踐應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識(shí)和掌握了淺圓倉(cāng)的儲(chǔ)糧優(yōu)越性能，目前淺圓倉(cāng)已成為國(guó)內(nèi)新倉(cāng)建設(shè)的主流倉(cāng)型[2]。然而，由于在項(xiàng)目引進(jìn)過(guò)程中，對(duì)糧食破碎與自動(dòng)分級(jí)等問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足，相應(yīng)的配套設(shè)施不同步或不完善，導(dǎo)致糧食在入倉(cāng)時(shí)出現(xiàn)顆粒破碎和雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了儲(chǔ)糧品質(zhì)和安全，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[6]。

糧食破碎率是衡量糧食品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。淺圓倉(cāng)直徑一般為25 m～30 m,[3]裝糧高度在12 m～15 m，當(dāng)糧食經(jīng)倉(cāng)頂輸送設(shè)備卸料口從高處落下時(shí)，由于垂直落差高、速度快、沖擊大，造成谷物嚴(yán)重破碎和自動(dòng)分級(jí)。尤其是東北烘后的粉質(zhì)玉米本身裂紋率較高，加上高落差和猛烈撞擊，出現(xiàn)了玉米較高的破碎率。大量破碎籽粒和粉狀物料存在，易發(fā)生吸濕、結(jié)露、發(fā)熱和發(fā)霉等現(xiàn)象，構(gòu)成儲(chǔ)糧的隱患點(diǎn)，是儲(chǔ)存中需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。[4]實(shí)際使用結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)入倉(cāng)和發(fā)放，糧食破碎率普遍增加8%～10%，[5]特別是經(jīng)過(guò)干燥機(jī)烘干后的玉米破碎率高達(dá)15%左右，導(dǎo)致糧食品質(zhì)下降，保管難度加大，給經(jīng)營(yíng)企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至影響到糧食的安全儲(chǔ)存。國(guó)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家隨著儲(chǔ)糧倉(cāng)不斷向高大化發(fā)展，倉(cāng)內(nèi)外裝卸等生產(chǎn)作業(yè)基本全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，有的國(guó)家也實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝自動(dòng)化。但是國(guó)外在淺圓倉(cāng)防破碎裝置方面的研究很少。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 國(guó)內(nèi)淺圓倉(cāng)防破碎裝置

國(guó)內(nèi)相關(guān)的淺圓倉(cāng)防破碎裝置大體可以分為三類(lèi)：

1.1.1 自動(dòng)伸縮升降式緩沖裝置 缺點(diǎn)是機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電氣檢測(cè)與控制要求較高，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差、維修保養(yǎng)難度大。此外，當(dāng)糧食裝滿(mǎn)后，所有的料斗全部升到倉(cāng)內(nèi)頂部，由于收縮后的料斗裝置占有一定的高度，導(dǎo)致裝糧高度受限，會(huì)減少倉(cāng)容，因此沒(méi)有被推廣普及，只是早期應(yīng)用于黑龍江省世行貸款項(xiàng)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、人工操作不方便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、沒(méi)有形成機(jī)械化和現(xiàn)代化，該裝置曾經(jīng)在吉林省世行貸款項(xiàng)目建設(shè)中，有個(gè)別糧庫(kù)使用過(guò)該裝置，但沒(méi)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(jìn)路徑增加，大大減緩了糧流的運(yùn)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(dá)70%，而且還有效地解決了糧食的自動(dòng)分級(jí)現(xiàn)象。

先進(jìn)的淺圓倉(cāng)防破碎裝置設(shè)計(jì)應(yīng)該體現(xiàn)在以下兩方面：一是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠，具有降低糧食破碎率、減輕雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)和改善布料均勻度；二是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食進(jìn)倉(cāng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，更加人性化、自動(dòng)化和智能化。

1.2 獨(dú)立式塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證淺圓倉(cāng)的建筑結(jié)構(gòu)不受緩降防破碎裝置影響，在塔架設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮防破碎裝置的結(jié)構(gòu)獨(dú)立性，避免出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)造成連鎖反應(yīng)。同時(shí)，塔架安裝選址在淺圓倉(cāng)的中心，便于布料均勻和施工方便。塔架機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 淺圓倉(cāng)結(jié)構(gòu)圖及電控裝置

獨(dú)立式塔架制作采用鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝，整體呈長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度3.2 m，寬度2.8 m，高度20 m。獨(dú)立式塔架所用鋼材為Q235-B，四個(gè)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(dú)立式塔架共分八層，每層設(shè)有檢修平臺(tái)，折返溜槽緩降裝置安裝在塔架內(nèi)，平臺(tái)四周加裝防護(hù)欄柵，保證設(shè)備維護(hù)檢修人身安全。

1.3 儲(chǔ)料罐布料分糧口設(shè)計(jì)

為了保證淺圓倉(cāng)糧食入倉(cāng)布料均勻和減輕雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)，從淺圓倉(cāng)入倉(cāng)的玉米首先進(jìn)入到儲(chǔ)料罐，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制糧食從5個(gè)分糧口流出，儲(chǔ)料罐分糧口示意圖如圖2所示。

圖2 儲(chǔ)糧罐結(jié)構(gòu)示意圖

工藝流程如下：

(1)關(guān)閉5個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，待糧食裝到儲(chǔ)料罐高度1 m時(shí)，打開(kāi)左、右側(cè)兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，糧食從主溜糧口流入第一段折板溜槽內(nèi)，經(jīng)折返進(jìn)入第二段、第三段直至第九段時(shí)到達(dá)淺圓倉(cāng)底部，形成兩個(gè)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(méi)第九段、第八段直至折板溜槽，當(dāng)糧面上升到第一段折板溜槽底部時(shí)(高度約20 m)打開(kāi)前側(cè)和后側(cè)兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，糧食從前后輔溜糧口同時(shí)流出，起到均勻布料作用。

(3)當(dāng)糧面堆積到4個(gè)溜糧口時(shí)，停止淺圓倉(cāng)入料工作進(jìn)行人工平倉(cāng)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行入糧補(bǔ)料，直至糧食平面達(dá)到14 m入料完畢，此時(shí)打開(kāi)下側(cè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥放出儲(chǔ)料罐余料，整個(gè)入糧工藝完畢。

1.4 緩降減速折返溜槽設(shè)計(jì)

塔架內(nèi)設(shè)計(jì)左右兩組折返溜槽。每組溜槽由9個(gè)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(nèi)順暢流動(dòng)，不產(chǎn)生自然堆積現(xiàn)象。

玉米破碎的主要原因是從淺圓倉(cāng)頂部按自由落體規(guī)律運(yùn)動(dòng)至底部，以我公司淺圓倉(cāng)高度23.5 m為例，入倉(cāng)后的玉米從頂部到達(dá)底部的時(shí)間和末速度可按下式推導(dǎo)：

①

v=gt

②

采用緩降減速折返溜槽后，使玉米從倉(cāng)頂?shù)降撞康穆窂皆黾?，運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，速度自然會(huì)下降，沖擊力也會(huì)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(nèi)設(shè)計(jì)了一層內(nèi)襯板，材質(zhì)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(rèn)為在該處的糧食初速度為0，末速度可按式③計(jì)算：

③

2 電控設(shè)計(jì)

2.1 均勻布料電路設(shè)計(jì)

儲(chǔ)糧罐共設(shè)有5個(gè)放糧調(diào)節(jié)閥。每個(gè)放糧溜管均采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)控制出口糧食流量，閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)范圍為0～100%，采用步進(jìn)方式調(diào)節(jié)，步幅可根據(jù)工藝要求通過(guò)軟件任意調(diào)整，最大限度地保證了糧食入倉(cāng)布料相對(duì)均勻、盡量減輕雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控電路設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置主要包括倉(cāng)內(nèi)料位高度檢測(cè)、塔架內(nèi)糧食溫度檢測(cè)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖像監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置布置圖如圖1所示。

倉(cāng)內(nèi)糧食高度檢測(cè)采用紅外傳感器，穿透力強(qiáng)、抗粉塵。沿塔架兩側(cè)共設(shè)置2組，每組5個(gè)，間隔2.5 m。塔架兩側(cè)安裝2條測(cè)溫電纜，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔架周?chē)募Z溫變化情況，觀(guān)察由于安裝鋼制塔架可能導(dǎo)致糧溫的特殊變化，以及雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)局部集中可能帶來(lái)的不利影響。在塔架頂端平臺(tái)設(shè)置6個(gè)全彩高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，其中4個(gè)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)4個(gè)溜糧口的工作狀態(tài)，另外2個(gè)監(jiān)測(cè)塔架周?chē)Z食的布料情況和雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)狀況。

3 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)選用工業(yè)觸摸屏一體機(jī)，采用RS-485智能模塊組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊。在組態(tài)軟件MCGS環(huán)境下，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程測(cè)控和人機(jī)對(duì)話(huà)。

3.1 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)

原理圖如圖4所示。測(cè)控系統(tǒng)主機(jī)為工業(yè)觸摸屏，通過(guò)RS485總線(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)智能模塊構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)，通訊模式采用MODBUS RTU協(xié)議，遠(yuǎn)程通訊距離可達(dá)1000 m。智能輸入模塊主要采集現(xiàn)場(chǎng)糧食料位、電動(dòng)閥門(mén)限位及開(kāi)度等信息；智能輸出模塊主要控制電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)度。

圖4 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)

3.2 圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

原理圖如圖5所示。圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由液晶顯示屏、硬盤(pán)錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖收發(fā)器和現(xiàn)場(chǎng)全彩網(wǎng)絡(luò)攝像頭組成?，F(xiàn)場(chǎng)攝像頭采集的圖像信號(hào)經(jīng)光纖收發(fā)器傳送至控制室網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和硬盤(pán)錄像機(jī)，實(shí)現(xiàn)圖像顯示、畫(huà)面切換和存儲(chǔ)等功能。由于傳輸線(xiàn)選用光纖，具有圖像傳輸距離遠(yuǎn)、信息準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

圖5 圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

糧庫(kù)淺圓倉(cāng)防破碎裝置是解決淺圓倉(cāng)糧食入倉(cāng)時(shí)，防止谷物破碎的關(guān)鍵配套設(shè)施，它的作用不僅可以降低糧食破碎率，還可以減輕雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)和布料不均勻等現(xiàn)象。糧庫(kù)淺圓倉(cāng)防破碎裝置的廣泛應(yīng)用，使淺圓倉(cāng)儲(chǔ)糧性能得到改良與提升，實(shí)現(xiàn)了糧食破損率的大幅度下降、雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)和布料不均勻有所改善，顯著提高了糧食品質(zhì)、減少糧食浪費(fèi)，對(duì)糧食企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和安全儲(chǔ)糧具有重大意義。結(jié)合中央儲(chǔ)備糧榆樹(shù)直屬庫(kù)有限公司的實(shí)際情況和使用經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立塔架式折返溜槽淺圓倉(cāng)防破碎裝置，克服了目前市場(chǎng)上防破碎裝置的缺點(diǎn)，最大程度降低了糧食破碎率，有效改善了雜質(zhì)自動(dòng)分級(jí)和糧食布料不均等技術(shù)難題。同時(shí)，電氣控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食進(jìn)倉(cāng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，更加人性化、自動(dòng)化和智能化。