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散粮收购车车载吸粮系统研发

摘 要:粮食收购是粮食产后收储作业的重要环节,本文从研究利用气力吸运技术实现散粮收购车自动装粮的角度,阐述了车载吸粮系统的结构总成、工作原理、压损计算及设备选型,以期为自装自卸散粮收购车的发展提供借鉴参考.

关键词:散粮收购车;吸粮系统;结构总成;工作原理

Abstract:Grain purchase is an important part in the storage operation of grain post-harvest, From theperspective of the theory that vehicles of bulk grain loading grains automatically by pneumatic conveyingtechnology, this paper elaborates many issues, including the entire structure of suction system on vehiclesof bulk grain purchase, working principles, calculation on pressure loss and selection of machine types. Lookforward to providing the reference for the development of the self-loading & unloading vehicles of bulk grainpurchase.

Key words:Vehicles of bulk grain purchase; Grain suction system; Structural assembly; Working principle

中图分类号:TU249.2

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.

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等于20 000 kg/h,

计算输送量:

G算等于αG等于1.1×20 000 kg/h等于22 000 kg/h (1)

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等于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等于8 ~ 14 kg/kg,根据实际情况取设计输送浓度μ′等于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等于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等于150 mm、υ等于25 m/s 时,查R等于52.43 Pa/m,K谷等于0.002 7×150等于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等于6 d,弯头阻力系数ζ等于0.083,故:

2.2.6 恢复压损

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

H复等于C·Δ·H等于0.85×0.07×6248等于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等于3,经验系数K等于0.2,进风口风速υ 进等于10 m/s,则:

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

2.2.8 辅助系统压损

该段风管总长度L等于3 m, 取υ等于12.8 m/s, 当Q等于1 590 m3/h,查得d等于265 mm,R等于6.18 Pa/m.该段风网上有3 个弯头,取α等于90,R等于3D,则ζ等于0.12,其中:Σ ζ等于2×0.12等于0.24

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

2.2.9 整个吸粮系统总阻力损失

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-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电等于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.

参考文献:

[1] 刘四麟. 粮食工程设计手册[M]. 郑州:郑州大学出版社,2002.

[2] 张 岩,张 雄,罗 珣. 气力输送技术的综合应用与实践[J]. 内燃机与配件,2017(20):131-132.

[3] 黄芬霞,靳世平. 管道内颗粒气力输送的研究现状与热点分析[J]. 中国粉体技术,2017,23(5):87-92.

基金项目:2014 年粮食公益性行业科研专项“‘北粮南运’散粮高效运输系统化技术装备研发”(编号:201413005).

作者简介:高 兰(1975—),女,正高级工程师;专业方向为物流工程,专业从事粮食物流规划、技术装备研发.

史 琦(1974—),男,工程师;专业方向为机械设计,专业从事机械结构技术装备研发、粮食设备设计.

系统论文范文结:

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