平房仓布粮装置的方案设计

尹 强，周林升，张永林，余 忠，范吉军，刘晓鹏

(1.武汉轻工大学机械工程学院，湖北 武汉 430023；2.荆州市宇中粮食机械有限公司,湖北 荆州 434000)

我国作为一个粮食大国，仓储规模越来越大，而在平房仓粮食入库过程中采用的是利用移动式胶带输送机将粮食运输到装仓机，装仓机再将粮食分布到粮仓中。采用装仓机的落粮方式会导致出现多个大小不一的粮食堆，而粮食堆的出现会造成局部粮食温度升高和霉变，不利于对粮仓的通风以及会对粮仓温湿度检测预警造成干扰[1]。并且粮食堆的出现对于后续平整粮面来说增加了工作量，还存在人平整粮面作业时陷入粮食堆的安全隐患[2]。在浅圆仓中粮食是通过仓顶中心进粮，采用仓顶中心进粮这种单一进粮方式容易发生粮食自动分级现象。自动分级现象会造成中心区域杂质和破碎粒的聚集，出现较大粮食堆，热量和湿气不易流动，从而霉虫滋生。为了解决霉虫问题需要进行熏蒸，而中心区域透气性差会使得熏蒸效果不理想，并且霉变情况严重时还需倒仓[3]。

为解决粮食堆积造成的影响，平整粮面是粮食入库过程中所不能缺少的环节。在考虑到人工平整粮面效率低且存在安全隐患的背景下已经有机械平粮装置的提出，如复合式平粮机器人方案中利用桁架式机器人完成粮仓大范围内的粗平粮，移动式机器人完成角落平粮，消除粮食堆。除了在布粮作业结束后进行平粮操作，目前也已经考虑到在布粮阶段消除粮食堆积现象的影响。平房仓中可以改变装仓机落粮高度，通过在单一方向上来回布粮来避免落粮高度一步到位。更改落粮高度这种作业方式并没有改变单点落粮，在减少粮食堆积上效果有限。相较于单点落粮，多点落粮能明显降低粮食堆积的高度[4]。平房仓中多点落粮实现方式可以是在粮仓顶部中心位置布置传送带，在传送带两侧布置多条落粮管道，每个管道上沿管道路径装有多个可控开启或关闭的孔洞。在浅圆仓中粮食堆出现的个数少于平房仓，且在浅圆仓中粮食堆的出现是自动分级现象造成的，为解决浅圆仓粮食自动分级现象，已采用的布粮装置有多功能中心减压管装置、布粮器装置、阀控式防分级装置[5-6]。采用中心减压管装置可达到分离杂质的效果，但去除杂质操作繁琐，采用布粮器装置实现了多点落粮使得杂质分布均匀但维修麻烦，采用阀控式防分级装置实现了杂质分布均匀并降低粮食堆积高度[7]。鉴于浅圆仓中布粮装置已能较好降低粮食堆积高度，我们将对平房仓中布粮装置进行方案设计。

1 布粮装置方案选择

1.1 阶梯式布粮装置

(1)结构组成

阶梯式布粮装置由导轨、固定传粮机构、活动布粮机构组成。导轨布置于平房仓顶部且贴近粮仓侧壁面，固定传粮机构与活动传粮机构呈垂直分布，活动布粮机构的活动范围需要满足在平房仓各方向都能布粮。固定传粮机构由滚筒、传送带、挡板、电机组成，活动传粮机构由带刮板传送带、落料斗、支撑架、滑轨、电机组成。

图1 阶梯式布粮装置示意图

(2)工作原理

粮食自漏斗落入固定传粮机构上的输送带上，输送带运送粮食自右向左运动，在左端电机驱动的刮板将粮食刮离输送带送入落料漏斗，进入落料漏斗的粮食在重力作用下落到活动传粮机构上的输送带上，粮食在输送带上自前向后运动，粮食在接近左右布置的刮板时，做往复运动的刮板将粮食刮进落料漏斗，落料漏斗将粮食分散到粮仓地面上。电机驱动滚轮沿前后方向在导轨上运动，带动左右布置的刮板在输送带上前后运动，从而实现粮食在粮仓中前后布粮。同样的，布置于前后方向的输送带下方也有滚轮，在电机驱动下滚轮带动输送带在导轨上左右运动，从而实现粮食在粮仓中左右布粮。

1.2 控速式布粮装置

(1)结构组成

控速式布粮装置由上料机构、输送布料机构、导料板、导轨组成。上料机构包括支撑架、传送带、落粮漏斗。输送布料机构包括水平传送带、布料架、布料管，布料管内部安装有控速叶轮，在布料管底部开设有多个下料孔。支撑架放置于粮仓外，落粮漏斗设置于粮仓侧壁中间位置。输送布料机构中水平传送带沿粮仓中心线布置，布料管沿传送带两侧倾斜布置，位于布料管底部的布料架架设于导轨上。

图2 控速式布粮装置

(2)工作原理

粮食经上料机构的传送带运至落料漏斗中，粮食从落料漏斗掉落至输料机构上的水平传送带。在电机驱动下传送带将落料漏斗一端的粮食运至粮仓侧壁另一端，在这一过程中布置于传送带上方的导料板将粮食一分为二分流至布料管的集料腔。临时存放于集料腔的粮食会在控速叶轮的转动下流至布料管，通过齿轮齿条传动的流量板会根据布粮速度要求改变流量板的相对位置从而实现下料孔不同程度的开启，粮食经由下料孔便落到粮仓底部。通过控速叶轮控制进入布料管的粮食量和在流量板控制下不同程度下料孔的开启，输送布料机构实现了在横向上布粮的速度控制。借助滚轮可将输送布料机构沿纵向来回移动，实现在粮仓中整体布粮速度的可控性。

1.3 轨道式布粮装置

(1)结构组成

轨道式布粮装置由横向输料机构和纵向输料机构、两组滑轨、张紧调节组件组成。一组导轨横向布置于平房仓中，另一组以纵向布置，纵向输料机构与纵向导轨之间通过滚轮连接。同样的，横向输料机构也是通过滚轮与横向导轨连接，横向输料机构位于纵向输料机构上方。输料机构由传送带、主动滚筒、辅助滚筒、驱动电机、落料口等组成。

图3 轨道式布粮装置示意图

(2)工作原理

当运料车上的粮食通过斗式提升机运送到横向输料机构上方的落料筒时，在电机驱动下主动滚筒带动传送带做往复运动，当传送带上的粮食到达端部时便顺着出料筒落到纵向传送带上，纵向传送带同样运送粮食到出料筒，沿着出料筒落下的粮食分散于粮仓中。由于粮仓尺寸大，要想将粮食均匀分布于粮仓各个位置，纵向输料机构与横向输料机构就需要移动。安装于输料机构下方的链轮就是起这一作用。电机驱动链轮旋转，与链轮共轴的滚轮从而能够在滑轨上运动，位于滚轮支撑架上的传送带便会跟着一起运动，并且可以根据需要控制电机的正反转，实现传送带在一个方向上进行往返运动。控制传送带运转方向的电机同样也能正反转，这样能确保在一个方向上传送带两端出料筒落粮是一致的。

2 布粮装置方案比较

阶梯式布粮装置需要在粮仓顶部沿前后左右四个方向布置导轨，借助电机驱动的滚轮带动刮板和输送带运动实现粮食在粮仓中各个方向的布粮，这种布粮方式可以实现在布粮过程中每一位置落粮量相同从而降低粮食堆积高度，为后续平粮减轻劳动强度。在阶梯式布粮装置中考虑到传送带在长期使用中逐渐老化会出现打滑现象，打滑现象对于传动效率来说是不利的。通过加装张紧调节组件来改变传送带的中心距可以避免打滑，采取张紧调节组件有效降低维修成本。阶梯式布粮装置的缺陷也很明显，因粮仓有多种规格，针对不同规格的粮仓所需的导轨尺寸也有所不同，采用该种布粮装置经济性不高。而且固定传粮机构和活动传粮机构均需在布粮过程中放置于粮仓内，无论是放入还是取出固定传粮机构和活动传粮机构都会造成较大的工作量。

控速式布粮装置通过在粮仓中轴线上布置传送带，纵向方向上设置滑轨使得粮食沿布料管落入粮仓中。在控速式布粮装置中布料管的结构设计尤为重要，叶轮的旋转使得经过分料板落入集料腔的粮食在进入布料管前速度得到控制，下料孔不同程度的开启使得从孔中落入粮仓中的粮食量得到控制。该种布粮装置通过控制下落的粮食量来布粮在一定程度上能实现布粮的均匀性，降低粮食堆积高度。控速式布粮装置的缺陷在于控速精度低，不易维修。控速机构的增设在控制下落粮食量的同时造成将粮食布满粮仓花费时间增多，为提高布料效率可将下料孔尺寸增大，而布料机构尺寸的增大会降低粮食量的控制精度。由于叶轮和流量板均位于布料管中，部分粮食在落到下料孔之前会处在叶轮以及流量板的间隙中，在间隙中堆积的粮食会影响叶轮和流量板的正常运转。为保证布料机构的正常运行需及时清扫间隙中的粮食，将布料管拆开的做法不仅维修难度大而且经济性不高。

轨道式布粮装置通过在粮仓上方架设滑轨，滑轨上放置横向和纵向输料机构，通过电机带动输料机构的移动实现了在平房仓中各方向的布粮。该种布粮装置结构简单，易于安装。采用该种布粮方案可以有效避免粮食自动分级以及降低粮食堆积的高度。受出料筒尺寸的影响，滚轮带动传送带不可能抵达平房仓墙面位置，在靠近墙面位置所出现的粮食堆积情况将较粮仓中部更为明显。由于粮仓尺寸规格不同，针对每一特定的粮仓都需要在粮仓顶部加装适应尺寸的滑轨，若要对所有粮仓增加滑轨将会是很大的工作量。除了需要考虑滑轨的实际长度，安装在滑轨上的布料装置在布粮完后需要撤出粮仓，在平房仓中架设横向和纵向输料机构这种方案考虑到了布粮的简单有效性，但在方便布粮装置进入和离开粮仓方面缺乏考虑。

通过上述分析，从布粮效率、经济成本、出入库难易程度、可操作性对3种布粮方案进行比较，见表1。

表1 布粮方式对比表

由表1可知，在平房仓中在仓顶架设导轨布粮装置综合性能好于阶梯式布粮装置和控速式布粮装置。

3 总结

布粮装置是粮食入库过程中的关键装置。我们在分析研究背景的基础上，详述了平房仓布粮装置的结构组成和工作原理，对3种布粮方案进行了对比分析，选出平房仓中较优的布粮方案。所采用的布粮装置优势在于：

(1)实现了在粮仓各个方向上的均匀布粮，降低了布粮阶段所造成的粮食堆积程度，减缓了粮食堆积造成的局部温度过高和发霉，减轻了后续平粮工作量。

(2)借助布粮装置的运动避免了以往粮食顺重力落下所造成的粮食自动分级情况，利于熏蒸杀虫时药剂的渗透，利于通风降温时空气流动。

(3)所采用的布粮装置机械原理简单，搭建起来易于实现，所花费成本少。

所采用的布粮装置的劣势在于：

(1)布粮装置进出库比较困难，对于多种尺寸规格的粮仓来说适应性较差。

(2)布粮装置单一，未能实现与粮仓其它作业的有效衔接，如翻粮、扦样等。