一种新型翻粮装置的设计与研究*

尹 强，刘 帅，张永林，余 忠，刘晓鹏，魏 昕

(1.武汉轻工大学机械工程学院，武汉430023；2.荆州市宇中粮食机械有限公司,湖北 荆州434000)

民以食为天， 任何时候粮食问题都是不可忽视的重要问题。随着我国科学技术水平的不断发展，农业科学技术的不断优化， 粮食产量得到了极大地提高，因此需要大型粮仓安全地储存粮食[1-2]。近年来农村由于晾晒粮食的场地不足， 青壮年劳动力外流严重， 大量的新收获高湿度粮食无法及时得到晾晒而入仓储存。而若将高湿度粮食直接入仓，受通风不畅或温差影响，遇季节转换或气温骤变，在粮堆表层易形成结露层及造成结顶现象， 这会影响粮层的通风以及降温散湿的效果。 粮食的水分过高容易滋生大量的微生物，若没有及时处理这些问题，粮食就极有可能会发生霉变甚至最终丧失食用价值[3-5]。 粮库为了减少这种现象， 通常在结露初期使用人工进行翻粮、挖沟等方式来排湿及散热。但人工方式排湿散热效果往往不理想，劳动强度大、工作环境较差及翻粮不均等。为了解决这些问题，在此设计了一种机械翻粮装置，无需人工劳动，可达到良好的翻粮效果[6-10]。

1 翻粮装置的结构

本文设计的翻粮装置主要由丝杠绞龙翻粮平台、预置式底仓翻粮装置组成。通过预置式底仓翻粮装置以及丝杠绞龙翻粮平台的配合使用， 可以代替人工翻粮方式，降低粮仓工作人员的劳动强度，提高工作效率，很好地达到排热散湿效果，保证了储存粮食质量。 翻粮装置如图1 所示。

图1 翻粮装置结构总体示意图

在粮食进仓前，将翻粮装置在仓内预置好，当有需要时就可以选择启动预置式底仓翻粮装置或丝杠绞龙翻粮平台，或者两种同时启动。启动预置式底仓翻粮装置可以使中低层粮食按照提前设定好的循环路线进行翻粮，启动丝杠绞龙翻粮平台后，通过控制驱动装置来使翻粮部件到达所要翻粮的位置和深度。根据实际情况选择合理的组合方法，可极大地提高工作效率和降低劳动强度， 很好地减少储粮安全隐患。

1.1 丝杠绞龙翻搅平台的设计

丝杠绞龙翻粮平台主要由基座、 升降机构和翻搅机构等组成，如图2 所示。

图2 丝杠绞龙翻粮平台

对于粮仓内各粮层的粮食， 主要通过丝杠绞龙翻粮平台来进行处理。 在水平驱动装置和升降机构的控制下， 翻搅件能够到达指定翻粮部位和翻粮深度，再由驱动电机带动翻搅件进行翻粮操作。为了使翻粮动作能够顺利进行， 基座的安装位置应该布置在所需翻粮部位的粮层最上方， 升降机构安装在设备基座上， 控制机构对翻搅机构上下方向的高度严格控制。 在进行翻粮动作时，会产生粉尘杂质，这些因素可能会对装置造成影响，降低使用寿命，因此选择将丝杠绞龙翻粮平台的安装位置设定在离粮面有一定距离的位置，这样达到提高该装置使用寿命。

1.2 预置式底仓翻粮装置的设计

预置式底仓翻粮装置主要由安装于粮仓的翻粮辊轴以及提供动力的驱动装置组成，如图3 所示。

图3 预置式底仓翻粮装置

在粮仓各个侧壁上分别布置多个翻粮辊轴以及配对的驱动装置， 为了使翻粮辊轴在翻粮过程中以固定方向输送粮食的目的，在其上设置导向筋，导向筋沿翻粮辊轴轴线方向螺旋延伸具备导向功能。 导向筋在每个翻粮辊轴两端形成粮食进口端和粮食出口端， 相邻布置的翻粮辊轴就很容易形成一条翻粮路线，从一个翻粮辊轴的粮食出口端开始，到达另一个翻粮辊轴的粮食进口端。 在粮仓中设置多个翻粮辊轴即可设置多条翻粮路线并且具有循环翻粮功能，使粮食能够循环翻粮，使粮食在此过程中的翻搅变得更加充分。

2 关键技术研究

2.1 升降机构的设计

在本翻粮装置中， 丝杠绞龙翻粮平台的定位主要是针对处于发热粮层的粮食进行翻搅， 让翻搅件到达指定位置及深度完成翻粮动作。 在这个过程中升降机构的作用毋庸置疑， 对此我们着重对升降机构做了设计，如图4 所示。

图4 翻粮机升降机构示意图

升降机构包括基座、螺接杆、升降板、蜗轮蜗杆模块、动力输出轴、传动轴及驱动电机等组成。 其中基座用来安装翻搅件， 为了使翻粮机构能够沿竖直方向进行升降动作， 采用四个螺接杆将升降板和基座连接起来，当螺接杆转动时，通过螺接杆外壁上的螺纹带动升降板完成上下运动， 螺接杆的转动方向决定升降板向上运动还是向下运动， 螺接杆顺时针转动时，升降板向上运动，螺接杆逆时针转动时，升降板向下运动。这种传动方式的自锁性能很优秀，并且能够使升降板更加精确的在上下方向上运动，也有很好的平稳性，受力也变得更加均衡。整个升降机构的动力部分由驱动电机提供，在这个传动系统中，动力输出轴和第二传动轴上设置蜗杆结构， 在第一传动轴和螺接杆上设置有涡轮结构， 采用蜗轮蜗杆传动将动力由驱动电机上依次从动力输出轴、 第一传动轴、第二传动轴最终传到螺接杆上，最终带动升降板完成升降动作。 在其中的涡轮蜗杆模块由五部分组成，分别是涡轮、蜗杆推力轴承、丝杆螺母、蜗杆、涡轮蜗杆安装箱五部分。

2.2 预置式底仓翻粮装置翻粮路线设计

在预置式底仓翻粮装置中， 各个翻粮辊轴的连通关系可以形成各种循环路线， 通过设计各翻粮辊轴的粮食进口端和出口端位置， 即可完成预想的翻粮路线设计。 在本预置式底仓翻粮装置中设计了如下几种循环路线。

若无特殊情况， 在本预置式底仓翻粮装置中翻粮循环路线如图5 所示。设置有三个翻粮辊轴，分别是沿竖直方向布置的辊轴1、 沿水平方向布置的辊轴2 和辊轴3， 其中辊轴2 和辊轴3 自上而下隔有一定距离，但都位于辊轴1 的同一侧，另外辊轴3 的外部设置有一个套筒用来减小压力并使翻粮更加充分均匀，套筒之上开有一个喂料口。 A 循环路径中，粮食从底部被辊轴1 带动克服重力， 由辊轴1 底部的粮食进口端到达上方的粮食出口端；B 循环路径中，位于辊轴2 粮食进口端周围的粮食和由A 循环路线带来的粮食通过辊轴2 螺旋导向筋到达辊轴2粮食出口端；C 循环路径中，粮食依靠自身重力下落到辊轴3 的粮食进口端；D 循环路径中，粮食通过套筒上的喂料口到达辊轴3 的粮食进口端， 再通过辊轴3 的螺旋导向筋输送到辊轴3 的粮食出口端。

图5 仓内翻粮循环路线示意图

对于需求不同的粮仓，设置循环路线也不同，如图6 所示，展示了另一种循环示意图。在图6 中所采用的翻粮装置中设置了两个翻粮辊轴， 第一翻粮辊轴位于粮仓靠近底部位置， 第二翻粮辊轴位于第一翻粮辊轴上方。第一翻粮辊轴采取水平布置，第二翻粮辊轴采取倾斜向上布置。 在翻粮流程中流程1 是将位于第一翻粮辊轴进口端的粮食在螺旋导向筋作用下运送至出口端； 流程2 则是将进入第二翻粮辊轴的粮食在螺旋导向筋作用下倾斜输送至出口端；流程3 表示粮食在自重下下落到翻粮辊轴喂料口。

图6 仓内翻粮三角形循环路线示意图

3 结语

粮食翻搅是是粮仓在储备粮食时必不可缺的一道工序， 翻粮机则是粮库减少人力劳动和提高仓内翻粮效率的一种重要设备。 本文为解决当下粮仓人工翻粮劳动强度高、机械化程度低、现有翻粮机翻粮效率低下等问题，提出了一种新型翻粮装置，重点介绍了其丝杠绞龙翻搅平台和预置式底仓翻粮装置的结构设计， 论述了其升降机构和预置式底仓翻粮装置多种循环路线的工作原理。 该新型翻粮装置工作状态灵活、自动化程度高，弥补了许多现有翻粮装置的不足，能够完全实现机械化翻粮，极大程度提高了粮仓翻粮工作的效率与质量，其主要有以下优点：

（1）本装置通过预置式底仓翻粮装置在粮仓内设置多个翻粮辊轴，能够实现粮仓内粮食应翻尽翻，应搅尽搅。

（2）通过水平驱动装置和升降机构带动翻搅件可到达粮层任意指定位置进行翻搅， 故可以实现定点翻粮。

（3）循环路线的设定可使粮食保持流动状态，使翻粮更加充分彻底，更加适应湿度较大的作业环境。