尹 強(qiáng)，劉 帥，張永林，余 忠，劉曉鵬，魏 昕

(1.武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，武漢430023；2.荊州市宇中糧食機(jī)械有限公司,湖北 荊州434000)

民以食為天， 任何時(shí)候糧食問(wèn)題都是不可忽視的重要問(wèn)題。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷優(yōu)化， 糧食產(chǎn)量得到了極大地提高，因此需要大型糧倉(cāng)安全地儲(chǔ)存糧食[1-2]。近年來(lái)農(nóng)村由于晾曬糧食的場(chǎng)地不足， 青壯年勞動(dòng)力外流嚴(yán)重， 大量的新收獲高濕度糧食無(wú)法及時(shí)得到晾曬而入倉(cāng)儲(chǔ)存。而若將高濕度糧食直接入倉(cāng)，受通風(fēng)不暢或溫差影響，遇季節(jié)轉(zhuǎn)換或氣溫驟變，在糧堆表層易形成結(jié)露層及造成結(jié)頂現(xiàn)象， 這會(huì)影響糧層的通風(fēng)以及降溫散濕的效果。 糧食的水分過(guò)高容易滋生大量的微生物，若沒(méi)有及時(shí)處理這些問(wèn)題，糧食就極有可能會(huì)發(fā)生霉變甚至最終喪失食用價(jià)值[3-5]。 糧庫(kù)為了減少這種現(xiàn)象， 通常在結(jié)露初期使用人工進(jìn)行翻糧、挖溝等方式來(lái)排濕及散熱。但人工方式排濕散熱效果往往不理想，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境較差及翻糧不均等。為了解決這些問(wèn)題，在此設(shè)計(jì)了一種機(jī)械翻糧裝置，無(wú)需人工勞動(dòng)，可達(dá)到良好的翻糧效果[6-10]。

1 翻糧裝置的結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的翻糧裝置主要由絲杠絞龍翻糧平臺(tái)、預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置組成。通過(guò)預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置以及絲杠絞龍翻糧平臺(tái)的配合使用， 可以代替人工翻糧方式，降低糧倉(cāng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，很好地達(dá)到排熱散濕效果，保證了儲(chǔ)存糧食質(zhì)量。 翻糧裝置如圖1 所示。

圖1 翻糧裝置結(jié)構(gòu)總體示意圖

在糧食進(jìn)倉(cāng)前，將翻糧裝置在倉(cāng)內(nèi)預(yù)置好，當(dāng)有需要時(shí)就可以選擇啟動(dòng)預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置或絲杠絞龍翻糧平臺(tái)，或者兩種同時(shí)啟動(dòng)。啟動(dòng)預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置可以使中低層糧食按照提前設(shè)定好的循環(huán)路線進(jìn)行翻糧，啟動(dòng)絲杠絞龍翻糧平臺(tái)后，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)使翻糧部件到達(dá)所要翻糧的位置和深度。根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的組合方法，可極大地提高工作效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度， 很好地減少儲(chǔ)糧安全隱患。

1.1 絲杠絞龍翻攪平臺(tái)的設(shè)計(jì)

絲杠絞龍翻糧平臺(tái)主要由基座、 升降機(jī)構(gòu)和翻攪機(jī)構(gòu)等組成，如圖2 所示。

圖2 絲杠絞龍翻糧平臺(tái)

對(duì)于糧倉(cāng)內(nèi)各糧層的糧食， 主要通過(guò)絲杠絞龍翻糧平臺(tái)來(lái)進(jìn)行處理。 在水平驅(qū)動(dòng)裝置和升降機(jī)構(gòu)的控制下， 翻攪件能夠到達(dá)指定翻糧部位和翻糧深度，再由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)翻攪件進(jìn)行翻糧操作。為了使翻糧動(dòng)作能夠順利進(jìn)行， 基座的安裝位置應(yīng)該布置在所需翻糧部位的糧層最上方， 升降機(jī)構(gòu)安裝在設(shè)備基座上， 控制機(jī)構(gòu)對(duì)翻攪機(jī)構(gòu)上下方向的高度嚴(yán)格控制。 在進(jìn)行翻糧動(dòng)作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粉塵雜質(zhì)，這些因素可能會(huì)對(duì)裝置造成影響，降低使用壽命，因此選擇將絲杠絞龍翻糧平臺(tái)的安裝位置設(shè)定在離糧面有一定距離的位置，這樣達(dá)到提高該裝置使用壽命。

1.2 預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置的設(shè)計(jì)

預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置主要由安裝于糧倉(cāng)的翻糧輥軸以及提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)裝置組成，如圖3 所示。

圖3 預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置

在糧倉(cāng)各個(gè)側(cè)壁上分別布置多個(gè)翻糧輥軸以及配對(duì)的驅(qū)動(dòng)裝置， 為了使翻糧輥軸在翻糧過(guò)程中以固定方向輸送糧食的目的，在其上設(shè)置導(dǎo)向筋，導(dǎo)向筋沿翻糧輥軸軸線方向螺旋延伸具備導(dǎo)向功能。 導(dǎo)向筋在每個(gè)翻糧輥軸兩端形成糧食進(jìn)口端和糧食出口端， 相鄰布置的翻糧輥軸就很容易形成一條翻糧路線，從一個(gè)翻糧輥軸的糧食出口端開(kāi)始，到達(dá)另一個(gè)翻糧輥軸的糧食進(jìn)口端。 在糧倉(cāng)中設(shè)置多個(gè)翻糧輥軸即可設(shè)置多條翻糧路線并且具有循環(huán)翻糧功能，使糧食能夠循環(huán)翻糧，使糧食在此過(guò)程中的翻攪變得更加充分。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在本翻糧裝置中， 絲杠絞龍翻糧平臺(tái)的定位主要是針對(duì)處于發(fā)熱糧層的糧食進(jìn)行翻攪， 讓翻攪件到達(dá)指定位置及深度完成翻糧動(dòng)作。 在這個(gè)過(guò)程中升降機(jī)構(gòu)的作用毋庸置疑， 對(duì)此我們著重對(duì)升降機(jī)構(gòu)做了設(shè)計(jì)，如圖4 所示。

圖4 翻糧機(jī)升降機(jī)構(gòu)示意圖

升降機(jī)構(gòu)包括基座、螺接桿、升降板、蝸輪蝸桿模塊、動(dòng)力輸出軸、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。 其中基座用來(lái)安裝翻攪件， 為了使翻糧機(jī)構(gòu)能夠沿豎直方向進(jìn)行升降動(dòng)作， 采用四個(gè)螺接桿將升降板和基座連接起來(lái)，當(dāng)螺接桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)螺接桿外壁上的螺紋帶動(dòng)升降板完成上下運(yùn)動(dòng)， 螺接桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向決定升降板向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)， 螺接桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，升降板向上運(yùn)動(dòng)，螺接桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，升降板向下運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)方式的自鎖性能很優(yōu)秀，并且能夠使升降板更加精確的在上下方向上運(yùn)動(dòng)，也有很好的平穩(wěn)性，受力也變得更加均衡。整個(gè)升降機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供，在這個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，動(dòng)力輸出軸和第二傳動(dòng)軸上設(shè)置蝸桿結(jié)構(gòu)， 在第一傳動(dòng)軸和螺接桿上設(shè)置有渦輪結(jié)構(gòu)， 采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)將動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)電機(jī)上依次從動(dòng)力輸出軸、 第一傳動(dòng)軸、第二傳動(dòng)軸最終傳到螺接桿上，最終帶動(dòng)升降板完成升降動(dòng)作。 在其中的渦輪蝸桿模塊由五部分組成，分別是渦輪、蝸桿推力軸承、絲桿螺母、蝸桿、渦輪蝸桿安裝箱五部分。

2.2 預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置翻糧路線設(shè)計(jì)

在預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置中， 各個(gè)翻糧輥軸的連通關(guān)系可以形成各種循環(huán)路線， 通過(guò)設(shè)計(jì)各翻糧輥軸的糧食進(jìn)口端和出口端位置， 即可完成預(yù)想的翻糧路線設(shè)計(jì)。 在本預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置中設(shè)計(jì)了如下幾種循環(huán)路線。

若無(wú)特殊情況， 在本預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置中翻糧循環(huán)路線如圖5 所示。設(shè)置有三個(gè)翻糧輥軸，分別是沿豎直方向布置的輥軸1、 沿水平方向布置的輥軸2 和輥軸3， 其中輥軸2 和輥軸3 自上而下隔有一定距離，但都位于輥軸1 的同一側(cè)，另外輥軸3 的外部設(shè)置有一個(gè)套筒用來(lái)減小壓力并使翻糧更加充分均勻，套筒之上開(kāi)有一個(gè)喂料口。 A 循環(huán)路徑中，糧食從底部被輥軸1 帶動(dòng)克服重力， 由輥軸1 底部的糧食進(jìn)口端到達(dá)上方的糧食出口端；B 循環(huán)路徑中，位于輥軸2 糧食進(jìn)口端周?chē)募Z食和由A 循環(huán)路線帶來(lái)的糧食通過(guò)輥軸2 螺旋導(dǎo)向筋到達(dá)輥軸2糧食出口端；C 循環(huán)路徑中，糧食依靠自身重力下落到輥軸3 的糧食進(jìn)口端；D 循環(huán)路徑中，糧食通過(guò)套筒上的喂料口到達(dá)輥軸3 的糧食進(jìn)口端， 再通過(guò)輥軸3 的螺旋導(dǎo)向筋輸送到輥軸3 的糧食出口端。

圖5 倉(cāng)內(nèi)翻糧循環(huán)路線示意圖

對(duì)于需求不同的糧倉(cāng)，設(shè)置循環(huán)路線也不同，如圖6 所示，展示了另一種循環(huán)示意圖。在圖6 中所采用的翻糧裝置中設(shè)置了兩個(gè)翻糧輥軸， 第一翻糧輥軸位于糧倉(cāng)靠近底部位置， 第二翻糧輥軸位于第一翻糧輥軸上方。第一翻糧輥軸采取水平布置，第二翻糧輥軸采取傾斜向上布置。 在翻糧流程中流程1 是將位于第一翻糧輥軸進(jìn)口端的糧食在螺旋導(dǎo)向筋作用下運(yùn)送至出口端； 流程2 則是將進(jìn)入第二翻糧輥軸的糧食在螺旋導(dǎo)向筋作用下傾斜輸送至出口端；流程3 表示糧食在自重下下落到翻糧輥軸喂料口。

圖6 倉(cāng)內(nèi)翻糧三角形循環(huán)路線示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

糧食翻攪是是糧倉(cāng)在儲(chǔ)備糧食時(shí)必不可缺的一道工序， 翻糧機(jī)則是糧庫(kù)減少人力勞動(dòng)和提高倉(cāng)內(nèi)翻糧效率的一種重要設(shè)備。 本文為解決當(dāng)下糧倉(cāng)人工翻糧勞動(dòng)強(qiáng)度高、機(jī)械化程度低、現(xiàn)有翻糧機(jī)翻糧效率低下等問(wèn)題，提出了一種新型翻糧裝置，重點(diǎn)介紹了其絲杠絞龍翻攪平臺(tái)和預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 論述了其升降機(jī)構(gòu)和預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置多種循環(huán)路線的工作原理。 該新型翻糧裝置工作狀態(tài)靈活、自動(dòng)化程度高，彌補(bǔ)了許多現(xiàn)有翻糧裝置的不足，能夠完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化翻糧，極大程度提高了糧倉(cāng)翻糧工作的效率與質(zhì)量，其主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本裝置通過(guò)預(yù)置式底倉(cāng)翻糧裝置在糧倉(cāng)內(nèi)設(shè)置多個(gè)翻糧輥軸，能夠?qū)崿F(xiàn)糧倉(cāng)內(nèi)糧食應(yīng)翻盡翻，應(yīng)攪盡攪。

（2）通過(guò)水平驅(qū)動(dòng)裝置和升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)翻攪件可到達(dá)糧層任意指定位置進(jìn)行翻攪， 故可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)翻糧。

（3）循環(huán)路線的設(shè)定可使糧食保持流動(dòng)狀態(tài)，使翻糧更加充分徹底，更加適應(yīng)濕度較大的作業(yè)環(huán)境。