大型平底筒仓清仓机性能优化

张伟刚，孙浩波，刘仕瑞

（江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院，江苏 泰州 225300）

我国人口基数大，一直是粮食的进口和消费的大国，受2020年突如其来的疫情影响，粮食的供应链和贸易链都受到不小影响，根据数据显示2020年我国粮食进口量增加了28%。应对粮食贸易的不确定性、增加粮食的储运能力成为各大粮企头等大事，为此各大港口及粮食储运企业的大型平底筒仓的数量也一直在不断增长，作为平底筒仓专用装备，清仓机必不可少，相比于小车式清仓机，轨道式清仓机更适用于大型平底筒仓。筒仓直径越大，受粮食等物料流动性的影响越大，更易造成筒仓内部物料结拱[1]，使得清仓机工作负荷增加，同时因粮食储存量大，清仓机的机架受力更大，容易造成整机的变形；筒仓两个出料口易发生堵塞现象，一旦发生清仓机整机变形和出料口堵料将会给粮食存储企业带来巨大的损失。本文通过对大型平底筒仓清仓机的质量事故进行分析，对清仓机护罩结构、导电方式、控制反馈模式进行升级优化，使之更加适应大型筒仓工作要求，解决了清仓机在大型平底筒仓中易变形、易堵料的现象。

1 护罩结构优化

轨道式清仓机安装在平底筒仓内的底部，一般待物料自动流出到一定程度后进行仓底清仓作业，因此清仓机正常情况下是埋藏在粮食的底部，为了保证清仓机整机正常工作，螺旋叶片组成绞龙，其外部护罩必不可少。原设计采用护架钢梁加斜拉筋的结构（见图1），护罩整体重量偏重，且整体刚性较差，一旦护架钢梁发生变形将导致整机变形，同时需要现场配焊易导致焊接变形，增加现场安装工作量。

图1 清仓机护罩原设计结构

改进后的护罩采用筋板结构（见图2），取消了护架钢梁，同时对筋板进行镂空设计，减少了整机的自重，改进后护罩的整体重量为改进前的重量的78.3%，且整体刚性有了显著提高。

图2 清仓机护罩改进设计结构

根据清仓机护罩模型建立有限元分析模型，经ANSYS有限元分析见图3和图4，改进后的护罩结构在整体刚性上比改进前结构提升了27.3%。

图3 清仓机护罩原设计结构有限元分析模型

图4 清仓机护罩改进后结构有限元分析模型

2 导电结构优化

原清仓机导电结构采用的是内置式导电滑环设计，该设计能满足清仓机实现绕筒仓旋转工作，该装置为内置式的，而筒仓环境为防爆环境，通常为粉尘防爆21区[2]，因此内置式导电滑环需要做防尘设计，占据空间较大，会大大减少物料流出的截面空间（见图5a）。

改进的清仓机采用外置导电滑环设计 （见图5b），该结构不仅维修方便，大大增加了出料口的截面，使得清仓出料更顺畅，不会因为局部粮食结拱而造成堵料，外置结构使得导电部分位于防爆区域外，减小了筒仓群的爆炸风险。

图5 导电滑环方案

3 控制方式优化

原装置采用PLC控制，无法通过调节清仓机的速度来调节出仓效率，也无法根据工作负荷调整工作速度，对堵料情况无法做出预判，容易导致堵料而损坏清仓机。改进后的装置增加了如下控制功能：①采用变频器控制，可控制出仓量和按照要求调节清仓机速度；②PI反馈控制，根据电流大小控制清仓绞龙的速度；③出料口增加阻旋式料位器，能根据料位计信号探测物料，根据反馈信号控制绞龙速度及暂停；④增加锁机功能，当绞龙电机连续两次报警或者行走连续两次报警后，启动锁机功能，需经过人工手动排除故障，确认无误后方能再次启动设备；⑤增加设备使用计时功能，通过累计时间显示，提醒客户定期维护保养设备。

4 小结

大型平底筒仓的建设提升了粮食储运的效率，清仓机作为筒仓清仓必不可少的设备，一旦发生整机变形、堵料、爆炸等事故，将会影响企业整个粮食加工及储运的正常运转。本文通过对清仓机的护罩整体结构、导电方式、控制方式进行优化，使小型平底筒仓成熟使用的清仓机更适用于大型平底筒仓，经过优化后的清仓机整体结构更加稳定，控制效率更高，风险隐患更小。