散粮收购车车载吸粮系统研发

◎ 高 兰，史 琦，随 赛

（1.郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450053；2.安徽博微长安电子有限公司，安徽 六安 237000）

粮食收购是粮食产后收储作业的重要环节，研究解决散粮收购车装卸粮作业机械化自动化技术难题，对保障我国粮食安全收获入仓、减少产后损失、保障品质、增加农民收益具有非常重要的意义。现阶段，我国散粮收购车作业主要集中在田间地头或者粮食散户家中。在田间地头进行粮食收购作业时，多采用运输车与收割机直接对接自动装粮方式，基本实现了自动机械化装粮作业；而对于散户粮食收购，多采用包粮方式进行装卸，存在着漏撒严重、机械化程度低、人工劳动强度大、劳动力缺乏等突出问题，研发具备自装自卸功能的粮食散装收购车，实现粮食收购作业的机械化、自动化，已经成为解决粮食收购落后作业状况的重要途径。

1 车载吸粮装车系统的工作原理

粮食散装收购车的研发以满足农户家或者各种晒场散粮装卸车机械化自动作业和安全运输为设计导向，依据散粮收购车的使用功能需求和车辆改装技术规范，车辆总体结构组成包括二类底盘车、专用车厢、车载吸粮装车系统、液压举升系统、卸粮机构、装卸粮操控机构和备品备件箱等，如图1所示。其中，车载吸粮装车系统由高压离心风机、散粮输送管、密封式车厢体和旋风除尘器等组成。密封式车厢体既是粮食物料的主要承载容纳空间，同时兼做车载吸粮装车系统的落料器。车载吸粮系统装粮工作原理为：变速箱上的夹心取力器通过车辆发动机输出动力，带动离心风机运转；离心风机通过输送管道抽取密闭车厢内的空气，使车厢内形成负压，与车厢连接的吸粮管道将粮食吸入车厢，完成装粮作业；车厢内产生的灰尘由除尘刹克龙分离后落进灰尘收集盒，抽出的空气经离心风机排出厢体。

图1 吸粮系统工作原理图

2 车载吸粮系统压损计算和设备选型

2.1 计算输送量、输送风速、输料管直径、风量和输送浓度确定

2.1.1 计算输送量（G算）

吸粮系统产量G=20 000 kg/h，

计算输送量：

式（1）中，α为安全系数，取1.1。

2.1.2 输送风速(υ)

气力输送装置中输送粮粒的风速一般为20～25 m/s，其中，稻谷16～25 m/s、小麦18～30 m/s、玉米25～30 m/s。考虑到吸粮车弯头多、工作环境不固定等，实际情况选择输送风速为υ=25 m/s。

2.1.3 输料管风量、直径和实际输送浓度

输送浓度即气体所含输送物料的质量浓度。我国粮食行业输送稻谷、小麦等物料采用高压离心风机时一般取μ=8～14 kg/kg，根据实际情况取设计输送浓度μ´=13 kg/kg。

设计风量：

式（2）中，ρ为空气密度，在标准状况下，取1.2 kg/m3。

根据公式：

选用无缝钢管作为输料管，根据无缝钢管管径系列，取外径为160 mm，壁厚5 mm，内径d=150 mm。

输料管实际风量：

输料管实际输送浓度：

2.2 吸粮系统压损计算

2.2.1 接料器阻力

采用套筒形吸嘴，阻力系数取2.5。

式（5）中，ζ为接料器阻力系数；ρ为空气密度；υ为输送风速。

2.2.2 加速压损

式（6）中，i谷为加速每吨物料的压损，单位Pa；G算为物料的计算输送量，单位t/h。

2.2.3 提升压损

式中，ρ为加速每吨物料的压损，单位Pa；g为物料的计算输送量，单位t/h；μ为物料实际输送浓度，单位kg/kg；s为物料提升高度，单位m，系统中为4 m。

2.2.4 摩擦压损

查得当d=150 mm、υ=25 m/s时，查R=52.43 Pa/m，K谷=0.002 7×150=0.405，故：

式（8）中，R为加纯空气通过每米风管的摩擦阻力，单位Pa/m；L为输料管的长度，单位m；K为经验系数。

2.2.5 弯头阻力

取弯头曲率半径R=6 d，弯头阻力系数ζ=0.083，故：

2.2.6 恢复压损

当G＞5 t/h，Δ=0.07，弯头后续水平管长为1.5 m时，C=0.85

H复=C·Δ·H=0.85×0.07×6248=372 Pa （10）

式（10）中，C为弯头后续水平管长度修正系数，取值0.85；Δ为输料量的修正系数值，输送量5 t/h以上，取0.07；H加为物料的加速压损，单位Pa。

2.2.7 卸料器阻力

容积式卸料器阻力系数ζ=3，经验系数K=0.2，进风口风速υ进=10 m/s，则：

则输送物料部分压力损失计算：H1=H接+H加+H升+H摩+H弯+H复+H卸=937.5+6248+542.4+3270+390+372+595=12 354.9 Pa

2.2.8 辅助系统压损

该段风管总长度L=3 m，取υ=12.8 m/s，当Q=1 590 m3/h，查得d=265 mm，R=6.18 Pa/m。该段风网上有3个弯头，取α=90，R=3D，则ζ=0.12，

其中：∑ζ=2×0.12=0.24

刹克龙除尘器阻力：处理风量Q=1 590 m3/h，刹克龙直径D0=500 mm，υ进=17 m/s，则H除=794 Pa，则辅助系统压损H2=42+794=836 Pa。

2.2.9 整个吸粮系统总阻力损失

∑H=H1+H2=12354.9+836=13190.9 Pa

2.3 选择风机和电动机

计算风机参数，考虑到管道漏风、车厢体漏风、旋风除尘器等因素，风量增加10%，风压增加60%的裕量，故风机应产生的风量、风压为：

式中，K电为电动机储备的系数，取1.1；η风为通风机的全压效率，取0.7；η传为通风机与电动机之间的传动效率，取0.95。

根据以上计算及查看离心风机样本，选择SF-20型高压离心风机，输送风压为-22 kPa，输送风量30 m3/min，风机转速4 100 r/min。取配用电动机功率取N电=22 kW。

3 总结

研发的散粮收购车车载吸粮装车系统通过装卸粮实载试验和示范应用，吸粮系统平均作业产量可达20 t/h，较好地实现了散粮收购车装粮作业的机械化、自动化，降低了工人劳动强度，有效改善了我国粮食收购作业劳动力缺乏的状况，有助于促进我国粮食物流技术现代化发展。