散糧收購車車載吸糧系統(tǒng)研發(fā)

◎ 高 蘭，史 琦，隨 賽

（1.鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450053；2.安徽博微長安電子有限公司，安徽 六安 237000）

糧食收購是糧食產(chǎn)后收儲作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，研究解決散糧收購車裝卸糧作業(yè)機(jī)械化自動化技術(shù)難題，對保障我國糧食安全收獲入倉、減少產(chǎn)后損失、保障品質(zhì)、增加農(nóng)民收益具有非常重要的意義?，F(xiàn)階段，我國散糧收購車作業(yè)主要集中在田間地頭或者糧食散戶家中。在田間地頭進(jìn)行糧食收購作業(yè)時，多采用運(yùn)輸車與收割機(jī)直接對接自動裝糧方式，基本實(shí)現(xiàn)了自動機(jī)械化裝糧作業(yè)；而對于散戶糧食收購，多采用包糧方式進(jìn)行裝卸，存在著漏撒嚴(yán)重、機(jī)械化程度低、人工勞動強(qiáng)度大、勞動力缺乏等突出問題，研發(fā)具備自裝自卸功能的糧食散裝收購車，實(shí)現(xiàn)糧食收購作業(yè)的機(jī)械化、自動化，已經(jīng)成為解決糧食收購落后作業(yè)狀況的重要途徑。

1 車載吸糧裝車系統(tǒng)的工作原理

糧食散裝收購車的研發(fā)以滿足農(nóng)戶家或者各種曬場散糧裝卸車機(jī)械化自動作業(yè)和安全運(yùn)輸為設(shè)計(jì)導(dǎo)向，依據(jù)散糧收購車的使用功能需求和車輛改裝技術(shù)規(guī)范，車輛總體結(jié)構(gòu)組成包括二類底盤車、專用車廂、車載吸糧裝車系統(tǒng)、液壓舉升系統(tǒng)、卸糧機(jī)構(gòu)、裝卸糧操控機(jī)構(gòu)和備品備件箱等，如圖1所示。其中，車載吸糧裝車系統(tǒng)由高壓離心風(fēng)機(jī)、散糧輸送管、密封式車廂體和旋風(fēng)除塵器等組成。密封式車廂體既是糧食物料的主要承載容納空間，同時兼做車載吸糧裝車系統(tǒng)的落料器。車載吸糧系統(tǒng)裝糧工作原理為：變速箱上的夾心取力器通過車輛發(fā)動機(jī)輸出動力，帶動離心風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；離心風(fēng)機(jī)通過輸送管道抽取密閉車廂內(nèi)的空氣，使車廂內(nèi)形成負(fù)壓，與車廂連接的吸糧管道將糧食吸入車廂，完成裝糧作業(yè)；車廂內(nèi)產(chǎn)生的灰塵由除塵剎克龍分離后落進(jìn)灰塵收集盒，抽出的空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)排出廂體。

圖1 吸糧系統(tǒng)工作原理圖

2 車載吸糧系統(tǒng)壓損計(jì)算和設(shè)備選型

2.1 計(jì)算輸送量、輸送風(fēng)速、輸料管直徑、風(fēng)量和輸送濃度確定

2.1.1 計(jì)算輸送量（G算）

吸糧系統(tǒng)產(chǎn)量G=20 000 kg/h，

計(jì)算輸送量：

式（1）中，α為安全系數(shù)，取1.1。

2.1.2 輸送風(fēng)速(υ)

氣力輸送裝置中輸送糧粒的風(fēng)速一般為20～25 m/s，其中，稻谷16～25 m/s、小麥18～30 m/s、玉米25～30 m/s?？紤]到吸糧車彎頭多、工作環(huán)境不固定等，實(shí)際情況選擇輸送風(fēng)速為υ=25 m/s。

2.1.3 輸料管風(fēng)量、直徑和實(shí)際輸送濃度

輸送濃度即氣體所含輸送物料的質(zhì)量濃度。我國糧食行業(yè)輸送稻谷、小麥等物料采用高壓離心風(fēng)機(jī)時一般取μ=8～14 kg/kg，根據(jù)實(shí)際情況取設(shè)計(jì)輸送濃度μ′=13 kg/kg。

設(shè)計(jì)風(fēng)量：

式（2）中，ρ為空氣密度，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，取1.2 kg/m3。

根據(jù)公式：

選用無縫鋼管作為輸料管，根據(jù)無縫鋼管管徑系列，取外徑為160 mm，壁厚5 mm，內(nèi)徑d=150 mm。

輸料管實(shí)際風(fēng)量：

輸料管實(shí)際輸送濃度：

2.2 吸糧系統(tǒng)壓損計(jì)算

2.2.1 接料器阻力

采用套筒形吸嘴，阻力系數(shù)取2.5。

式（5）中，ζ為接料器阻力系數(shù)；ρ為空氣密度；υ為輸送風(fēng)速。

2.2.2 加速壓損

式（6）中，i谷為加速每噸物料的壓損，單位Pa；G算為物料的計(jì)算輸送量，單位t/h。

2.2.3 提升壓損

式中，ρ為加速每噸物料的壓損，單位Pa；g為物料的計(jì)算輸送量，單位t/h；μ為物料實(shí)際輸送濃度，單位kg/kg；s為物料提升高度，單位m，系統(tǒng)中為4 m。

2.2.4 摩擦壓損

查得當(dāng)d=150 mm、υ=25 m/s時，查R=52.43 Pa/m，K谷=0.002 7×150=0.405，故：

式（8）中，R為加純空氣通過每米風(fēng)管的摩擦阻力，單位Pa/m；L為輸料管的長度，單位m；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

2.2.5 彎頭阻力

取彎頭曲率半徑R=6 d，彎頭阻力系數(shù)ζ=0.083，故：

2.2.6 恢復(fù)壓損

當(dāng)G＞5 t/h，Δ=0.07，彎頭后續(xù)水平管長為1.5 m時，C=0.85

H復(fù)=C·Δ·H=0.85×0.07×6248=372 Pa （10）

式（10）中，C為彎頭后續(xù)水平管長度修正系數(shù)，取值0.85；Δ為輸料量的修正系數(shù)值，輸送量5 t/h以上，取0.07；H加為物料的加速壓損，單位Pa。

2.2.7 卸料器阻力

容積式卸料器阻力系數(shù)ζ=3，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)K=0.2，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速υ進(jìn)=10 m/s，則：

則輸送物料部分壓力損失計(jì)算：H1=H接+H加+H升+H摩+H彎+H復(fù)+H卸=937.5+6248+542.4+3270+390+372+595=12 354.9 Pa

2.2.8 輔助系統(tǒng)壓損

該段風(fēng)管總長度L=3 m，取υ=12.8 m/s，當(dāng)Q=1 590 m3/h，查得d=265 mm，R=6.18 Pa/m。該段風(fēng)網(wǎng)上有3個彎頭，取α=90，R=3D，則ζ=0.12，

其中：∑ζ=2×0.12=0.24

剎克龍除塵器阻力：處理風(fēng)量Q=1 590 m3/h，剎克龍直徑D0=500 mm，υ進(jìn)=17 m/s，則H除=794 Pa，則輔助系統(tǒng)壓損H2=42+794=836 Pa。

2.2.9 整個吸糧系統(tǒng)總阻力損失

∑H=H1+H2=12354.9+836=13190.9 Pa

2.3 選擇風(fēng)機(jī)和電動機(jī)

計(jì)算風(fēng)機(jī)參數(shù)，考慮到管道漏風(fēng)、車廂體漏風(fēng)、旋風(fēng)除塵器等因素，風(fēng)量增加10%，風(fēng)壓增加60%的裕量，故風(fēng)機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)量、風(fēng)壓為：

式中，K電為電動機(jī)儲備的系數(shù)，取1.1；η風(fēng)為通風(fēng)機(jī)的全壓效率，取0.7；η傳為通風(fēng)機(jī)與電動機(jī)之間的傳動效率，取0.95。

根據(jù)以上計(jì)算及查看離心風(fēng)機(jī)樣本，選擇SF-20型高壓離心風(fēng)機(jī)，輸送風(fēng)壓為-22 kPa，輸送風(fēng)量30 m3/min，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速4 100 r/min。取配用電動機(jī)功率取N電=22 kW。

3 總結(jié)

研發(fā)的散糧收購車車載吸糧裝車系統(tǒng)通過裝卸糧實(shí)載試驗(yàn)和示范應(yīng)用，吸糧系統(tǒng)平均作業(yè)產(chǎn)量可達(dá)20 t/h，較好地實(shí)現(xiàn)了散糧收購車裝糧作業(yè)的機(jī)械化、自動化，降低了工人勞動強(qiáng)度，有效改善了我國糧食收購作業(yè)勞動力缺乏的狀況，有助于促進(jìn)我國糧食物流技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展。