挡粮门安全及结构优化方案探讨*

孙慧男 王 蓉 秦 锋 孙奇辉 玄惠民 胡 俊

(1 国家粮食局郑州粮仓机械质量监督检验测试中心 450053) (2 中央储备粮新港直属库有限公司 451100)

目前我国粮食储藏仓型主要为平房仓，国内约80%的粮库仓型是平房仓和高大平房仓。但是平房仓的机械化程度低，需要人工辅助进行出入仓作业。出仓作业一般通过挡粮门的出粮口进行卸料。卸粮口由操作工人手动开启。整个仓房挡粮门与土建结构相比，受力比较薄弱，实际出粮作业过程中挡粮门不断被流动的粮食施加动态载荷。此时操作工人在挡粮门附近进行出粮流量的控制，存在极大的安全隐患[1]。近年来，由于挡粮门结构、安装质量、操作等因素影响，安全事故频发。因此迫切需要对挡粮门的结构安全、挡粮门的维护检测、使用操作等进行规范，提高挡粮门安全性。本文对现有挡粮门进行优化设计，研发了一种出粮口自动控制装置。使操作工人远离危险点，消除安全隐患，最大程度降低不安全风险，促进安全生产。

1 挡粮门安全隐患存在的因素

由于实际使用过程中，存在以下几点原因，致使挡粮门造成不可逆转的破坏和变形，极大地增加了挡粮门坍塌事故的风险。

1.1 安装方式因素

1.1.1 新建挡粮门连接处的安装质量 新建挡粮门在实际安装时，由于安装工人人为原因导致的焊接质量不符合标准，见图1。焊接后存在明显焊溜、夹渣、未焊满等现象，甚至有些出现翘起，见图2。当挡粮门闭合时连接处受到剪力作用，长期的闭合开启的操作，致使连接处产生焊缝裂纹，从而导致原有的稳定结构被破坏，严重影响到挡粮门的整体安全性。加上后期的粮食出仓作业，挡粮门不断受到粮食的冲击，被破坏的挡粮门稳定结构随时有崩塌的危险，导致安全事故发生。因此，挡粮门连接处的安装质量和挡粮门的安全性密不可分。

图1 焊缝质量

图2 合页翘起

1.1.2 改造挡粮门连接处的处理方式 为了节省成本，粮食仓储企业对一些仓房原有的挡粮门进行改造作业，由于改造相比较新建而言，施工繁琐，难度大，对施工要求更为严格。但是实际改造时，大部分施工企业没有对焊缝长度、门轴尺寸、合页尺寸进行合理的理论计算，作业人员完全根据经验采取“打补丁”方式进行简单补焊，施工后实际连接处强度无法保证，安全风险极大。

图3 改造后的合页

图4 改造连接处的加固

1.2 设计制造因素

一些厂家在进行挡粮门设计时，仅凭经验，缺乏理论依据作为支撑，无法进行设计前期挡粮门的强度校核。且挡粮门在实际制造生产时用料不符合标准规范要求，选材不严格，多数为了节省成本采用非标材料。上述原因造成挡粮门成型后结构强度不满足使用要求，长期装粮、出仓等作业过程会造成挡粮门变形现象的发生，造成不可控的安全隐患。

1.3 实际出粮作业因素

粮库实际出粮时，基本上都采用人工操作开启出粮口，挡粮门出粮口一般为插板式，由于插板长时间受到粮食侧压力作用，开启困难，操作极其不方便且安全性较低。粮食出仓过程中，操作人员长时间在出粮口附近，观察出粮情况并手动控制出粮口的启闭。挡粮门一旦发生崩塌，作业人员无法及时躲闪，造成安全事故。

2 挡粮门结构的优化

不同厂家的挡粮门有其各自的结构特点，但是其总体结构型式大同小异。本文结合了不同厂家挡粮门的特点，对其进行了优化改进。

现有挡粮门较为合理的结构设计主要有：底层外开[2,3]，手轮锁紧[4]，对扇子母扣槽配合关闭，上下层关闭后采用方管扣合方式。

根据以上结构特点对挡粮门设计制造进行如下改进：

2.1 设计前进行结构强度校核

依据平房仓设计规范[5]，作用于挡粮门单位面积上的水平压力Ph按下式计算：

Ph=Ckγs

式中：C——动态修正系数，取1.3，考虑动载荷因素；

k——侧压力系数；

γ——所装粮食的重力密度；

s——储料顶面至所计算截面的距离(m)。

挡粮门强度校核时，门洞口宽度对结构设计影响较大，洞口高度决定了挡粮门的层数与层高。

2.2 优化挡粮门闭合开启方式

实际装粮作业时，挡粮门需逐层自下而上进行关闭。挡粮门关闭时，呈现三角形稳定结构，三个支点中两扇门对接处为活动支点。若关闭时产生错位现象，承受粮食侧压后，稳定的三角形结构被破坏，安全风险很大。因此采用了子母扣槽方式来避免三角形挡粮门关闭后错位现象发生。除此之外，在每层挡粮门上安装两个拉紧手轮，上下层挡粮门采用镀锌方管扣合方式，为防止挡粮门崩塌设置了三重保险。

图5 挡粮门闭合左右扇子母扣槽

图6 挡粮门闭合上下层方管扣合

实际出粮作业时，挡粮门可以逐层自上而下进行开启。当粮食自流停止后挡粮门上部几节门扇可以朝内打开，为开启方便设计了抓手结构，该结构不仅可以方便启闭挡粮门，还可以暂时替代爬梯使用。尤其针对较高的门扇，可以方便空仓时挡粮门的启闭。

2.3 优化出料口开启方式

现有挡粮门在粮食出仓时，出粮口均需人工手动操作打开。由于在出仓过程中挡粮门持续受到动态侧压力的作用，操作人员站在附近作业极其危险。为此对现有挡粮门出粮口进行改进，利用电动推杆自动控制代替人工手动操作控制出料口(如图7所示)的开启关闭。考虑到粮食轮换一般为2年～3年，电动推杆长期装在挡粮门上，在熏蒸、潮湿等环境下会影响推杆的正常使用。且每套挡粮门均安装推杆会增加采购成本，造成资源浪费。因此将该套装置设计成可拆卸式、卡槽式安装方式可以实现快装快拆。出粮作业前将其安装在挡粮门上，操作人员可站在安全距离外利用遥控装置控制出粮口开启关闭，待出粮作业完成后，将其拆下进行下个仓的出粮作业。平底座电动推杆为铝合金材质，上下各有一个限位开关，保证伸缩杆达到顶部和底部会自动停止，确保电机不会因卡住不动造成毁坏，遥控操作可以实现任意位置停止和开启，操作简单。

图7 加装遥控式电动推杆

4 结论

随着挡粮门安全事故的频发，挡粮门的安全性逐渐受到重视，新建仓挡粮门的设计及强度核算逐渐增多，但绝大多数旧仓挡粮门的安全性还有待提高。挡粮门的安全性是否满足要求需进行以下几点判断：(1)校核结构强度是否满足要求；(2)合页强度是否满足要求；(3)安装质量是否满足要求；(4)焊接质量是否达到国家标准要求；(5)出粮口的自动控制是否满足安全要求；(6)挡粮门开启是否方便灵活；(7)储存粮食轮换周期后是否对挡粮门的安全性进行整体检查；(8)与挡粮门合页连接处的墙体预埋是否满足要求。