一种粮食降破碎防分级伞形布料综合系统的设计与应用

◎ 宋雨杨，肖彦民，王 强

（中粮工科迎春农牧机械（山东）有限公司，山东 东营 257000）

目前，在人力资源和土地资源日趋紧张的情况下，原粮等粮食多被置于立式粮食筒仓中进行储存。虽然粮食筒仓具备容量大、占地面积小、机械化程度高、运营成本低等特点，但其在应用过程中也存在一些问题。特别是粮食在最后的入仓环节，由于多数筒仓进粮方式为仓顶中心进粮，仓顶进料口距底面的高差很大，会造成严重的粮食破碎和分级现象，对粮食的长期储存带来很多不利因素，严重影响储粮品质[1]。

基于此，本文集成了机械设计、结构分析、模拟分析、土建设计等领域的研究设计，结合多年粮食筒仓使用经验，研究出一种叠楼梯式防破碎及伞形防分级布料综合系统。经现场应用，此系统不仅能有效降低入仓粮食的破碎率，而且能有效防止粮食自动分级。

1 粮食破碎和自动分级的原因及危害

采用粮食筒仓储粮时，粮食经过接收、清理、提升输送等流程，在最后的入仓环节，由于仓顶进料口距底面的高差大，粮食落地速度快、冲击大，易造成粮食出现不同程度的破碎。此外，由于粮食颗粒大小、饱满度、含水量、杂质等都不尽相同，在进入筒仓跌落过程中，受碰撞力、重力和空气阻力的综合因素影响，引起各类物质的重新分布，形成自然分级。多数筒仓进粮方式为仓顶中心单一进口入仓，形成以筒仓轴线为中心到仓壁由不同的颗粒组成的同心圆，灰尘、杂质和破碎粮的小颗粒形成的杂质区处于筒仓的中心部位[2]。

有研究发现，灰尘、杂质和破碎粮的小颗粒形成的杂质区，由于孔隙度小、带菌量大、吸湿性强，容易造成此部位滋生虫霉，发热霉变，严重时会危及整个筒仓的粮食[3]。由此可见，粮食破碎率高及自动分级现象会严重影响储粮品质，降低储粮安全和稳定性。

2 防破碎及伞形防分级布料综合系统的研究应用

2.1 工作原理

此综合系统主要用于降低粮食入仓的破碎率，缓解粮食入仓自动分级。粮食进入筒仓后，经伞形布料器进入斜溜管，然后通过特制转向弯头进入侧壁跌落竖管。

伞形布料器设暂存分流斗，根据入仓产量及粮食品种设多个布料点（一般为偶数4～8 个），通过多点进仓结合暂存分流斗及转向弯头，使粮食颗粒不断折返变向，促使粮食不同粒度的颗粒充分混合，以达到防止粮食自动分级的效果。

粮食进入侧壁跌落竖管，竖管内设置若干回转折返倾斜挡板，对粮食下落进行缓冲，实现改变粮食流向、降低粮食入仓落地速度和冲击力，从而实现降低粮食破碎率的目的[4]。

2.2 综合系统的结构

以某万吨粮食筒仓（直径27.5 m）仓储工程为例进行分析，综合系统包括暂存分流斗、斜溜管、转向弯头、跌落竖管等。整体图样见图1，现场应用案例见图2。

图1 综合系统的整体图

图2 综合系统的应用案例图

2.2.1 暂存分流斗

此系统设计Φ1 500 mm的暂存分斗体（按800 t·h-1产量计算）。为保证分流斗体内无粮食残留，内部设置倒三圆锥体和倒三角棱体，每个圆锥体或棱体设计角度在30°～40°，以保证斗体内的粮食全部分流完成，无残留。

为保证斗体内粮食及时均匀地分流到仓内，防止发生流料堵塞，斗体出口设计6 个出料口（设计尺寸：400 mm×400 mm）。由于6 个出料口均匀布置于斗体的圆周方向，极大地消除了大型储粮筒仓储粮时的偏仓现象，提高了筒仓的利用率和安全性能。分流斗的立面图示和平面图示分别见图3、图4。

图3 分流斗的立面主视图

图4 分流斗的俯视图

2.2.2 斜溜管

暂存斗体每一个分流口对应一根斜溜管，设计尺寸为方口400 mm×400 mm，根据实际使用效果，此尺寸既满足了粮食的及时分流，又保证了粮层高度不超过斜溜管内高的2/3。

根据不同粮食的自流角度，调整斜溜管的角度（通过调节构件“紧线器”进行调整），可保证粮食在自流的状态下，实现粮食的层级流动，减小粮食的流动速度，降低粮食对溜管的摩擦损坏[5]。紧线器的立体图示和截面图示分别见图5、图6。

图5 紧线器的立体图

图6 紧线器的截面图

2.2.3 跌落竖管

跌落竖管由顶节跌落竖管、中间节跌落竖管、底节跌落竖管和固定钢带组成。为减缓跌落竖管内粮食的流速，降低粮食的破碎率和分级，在跌落竖管内，每隔大约300 mm 交错布置倾斜跌落板，形成叠梯形式。根据粮食流动特性的不同，倾斜角度大约控制在36°～45°，并在跌落板上配置减磨板，以提高跌落竖管整体的使用寿命。

每条跌落竖管上，间隔1.0～1.5 m，开设300～400 mm 的孔洞，粮食从竖管开设的孔洞中不断流出，在筒仓底部逐层堆积。粮食从侧孔流出，流速较慢，可以达到降速降破碎的目的。

固定钢带与筒仓仓体之间采用螺栓装配固定，通过固定钢带和紧线器的联合作用，以有效调节斜溜管的角度，并将跌落竖管固定于筒仓仓壁上，实现整个跌落系统的稳定，防止跌落系统管道出现折弯、拉脱、倾倒的情况。跌落竖管的立体图示见图7。

图7 跌落竖管的立体图

2.3 实施效果分析

2.3.1 降低破碎率

叠楼梯式跌落竖管利用运动学原理，模拟了粮食从进入到跌落的全过程（如图8）。粮食颗粒从斜溜管进入竖直管，此时，初始速度v0，接触倾斜跌落板后，进行速度分解降速为v1，然后经过重力加速为v2，再次接触倾斜跌落板后，进行速度分解降速为v3，然后，经过重复性减速—加速—减速—加速……直至流入筒仓底面。在此过程中，可以清晰地捕捉到斜溜管的粮食滑落达到速度高峰，瞬时减速之后，经过侧壁跌落竖管若干折返减速、加速，继而以一个相对稳定的低速平稳落地。从模拟分析可以得出，叠楼梯式竖直跌落管的使用，对于降低破碎率会起到明显的效果。

图8 粮食颗粒运动速度模拟分析图

2.3.2 防止自动分级

伞形布料器利用仿真模拟技术，对中心口直接落料和伞形布料扶壁落料，分别进行了粮食从进入到跌落的全过程堆积模拟，通过对比可以清晰直观地观测到粮食堆积分布和平整度的不同，详见图9。

图9 粮食堆积模拟图

3 结语

本文设计了叠楼梯式防破碎及伞形防分级布料综合系统，从工作原理、结构分析、模拟分析等几个方面验证了其实用性。结果表明，该综合系统能有效解决粮食下降产生的巨大冲击力对粮食本身造成的破坏，降低入仓粮食的破碎，有效防止粮食自动分级。

因此，防破碎及伞形防分级布料综合系统可广泛应用于粮食加工企业，如玉米深加工、饲料加工、植物油加工等。该综合系统与行业同类产品相比，具有较好的通用性及安装便捷性，整套装置无任何机械机构执行，可靠性高。

综上所述，防破碎及伞形防分级布料综合系统能较好地缓解粮食筒仓传统入仓的问题，且具有较高的经济效益和可靠性，是易破碎粮食品种储存仓的入仓推荐产品。