常玉燕

【摘  要】 谷物在进谷物干燥机烘干前，抛撒在进仓传输带上的谷物由于存在抛撒厚度不均匀、抛洒流动阻碍等问题，从而造成谷物干燥不均匀。为解决谷物抛撒不均匀现象，以提高谷物干燥均匀性。文章根据谷物流动性分析，基于creo3D建模软件设计了一款能够均匀抛撒谷物的分粮机构，该机构除了均匀抛撒功能之外，还可减少谷物干燥后的破损率，同时结构简单，制造加工成本低，性能可靠，能够连续工作，并且可以达到良好的清杂效果。

【关键词】 谷物干燥；分粮机构；优化设计；破碎率

一、研究背景

我国是人口大国，是粮食生产与需求大国，据报道2019年我国粮食产量为6.64万万吨，比2018年增长0.99，2020年我国粮食产量为6.69万万吨，2021年我国粮食产量达6.83万万吨，2022年我国粮食产量达6.87万万吨。

皖北地区位于黄河以南、淮河以北是全国玉米产量最大的集中产区，地处温带季风气候带。夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。气候湿润，阳光充足，地处平原地区，浇灌便利。每年的冬季于11 月初左右到来年的4月中旬左右，大约5个月，冬季受蒙古冷高压控制，气候寒冷干旱少雨，农作物的种植多以小麦为主；夏季受极地海洋气团或变性热带海洋气团影响，高温多雨。自5月份开始，到 9 月上旬结束，大约4個月的时间盛行夏季风，气候湿润多雨；而春、秋两季时间很短。皖北地区地处平原人口众多，人均耕地面积较少。皖北地区的农田种植一般为一年两茬模式，即冬季一般以种植小麦为主，而到了小麦成熟之后农田种植玉米或大豆，再次秋收后农田种植小麦。这样，农田上的农作物种植两次成熟两次收获两次，夏季空气湿度大，梅雨季节时间长等因素。我国经济的不断发展，大量具有劳动能力的青壮年走出农村，进入城市或务工或经商。大多数妇女、儿童及老人留守在农村，夏忙秋收时，留守农村的妇女和老人就成为主要劳动力，他们在粮食晾晒的时候，凸显力不从心。

我国粮食在收割后，因劳动力不足，连续多日的阴雨天气谷物晾晒不及时，造成谷物的损失高达18%，其中因为粮食干燥效果不达标造成谷物霉变及发芽等引起的损失高达５％，谷物在丰收之后的干燥、储存等问题仍是影响我国粮食的主要因素之一。由此看来，谷物降低含水量并达到长期储存含水率，做到颗粒归仓是至关重要的。

我国对谷物干燥机的研究逐渐发展，技术不断地完善成熟，在实际谷物烘干作业时还有诸多地方需要进行改进提高，针对我国现如今的常见谷物特点，要求该类谷物干燥机必须具有干燥品质高，干燥损耗低的功能特点。

谷物干燥机进粮通常采用螺旋输送机构，利用螺旋叶片的旋转运动将谷物推送到谷物干燥机的传输带中，传输带的运动带动谷物运动将谷物输送到入料口，进入干燥机烘干仓。气流与物料错流流动，传输带前移的过程中，谷物通过不断与干燥机烘干仓中不同高度不同温度的热空气接触来实现干燥－舒缓－干燥这一低温烘干环节将其烘干。谷物在传输带上整个干燥的过程中保持进仓的原态，传输带上谷物堆积厚度是进烘干仓时分粮机构铺撒谷物在传输带上的谷物在传输带的厚度均匀度直接影响谷物的干燥品质。通过分析市场现广泛应用的干燥机机型优化设计一款谷物干燥机中的分粮机构，利用谷物的自身特性，实现谷物抛撒均匀、谷物抛撒后平铺在传输带上的厚度均匀，抛撒过程中减少谷物破损。在分粮机构在抛撒分粮的过程中也是对谷物进行一次清杂，降低谷物的含杂量。基于creo3D建模软件设计加工出样件，组装分粮机构在室内进行试验，室内试验条件是在无不利因素的理想状态下进行的试验，根据试验取样谷物干燥后的效果、含杂率、破碎率等数据对谷物干燥机的分粮机构进行分析改进。

二、分粮机构设计

（一）工作原理

干燥机分粮机构的重要机构有辅助杆、分粮盘、驱动电机、固定支架传动机构等几部分组成。分粮机构设置在谷物入仓塔下方，谷物传输带的上方，由传动机构带动分粮机构旋转运动，根据不同谷物特性选择相应的运动速度，完成谷物抛撒满足抛撒在传输带上铺撒厚度均匀，达到均铺效果。

（二）分粮机构主要部件分粮盘优化设计

根据谷物的相关特性，从谷物落入分粮盘内到抛撒到传输带这一过程摩擦降低。分粮盘表面要求光滑，表面与谷物之间具有不粘连性，并且为完成分粮盘应在连续长时间作业，要求分粮盘材料具有抗冲击性、耐磨性、耐腐性能好的材料。设计优化出分粮盘的角度，合理利用谷物颗粒和斜板间的摩擦力，提高抛撒质量达到厚度均匀。

分粮盘的倾斜角度和尺寸结合传输带横截面积尺寸布置而定，两者之间位置相对应，分粮机构安装传输带前端改变谷物的运动方向。分量机构斜板可以改变谷物的运动方向。合理的角度设计减小了对谷物流动阻碍的影响，同时考虑到谷物堆积高度，会造成谷物与倾斜面之间产生较大摩擦力，倾斜角度可选大一些。

（三）分粮机构设计实验试验

1. 分粮机构的参数设计以安徽省宿州市飞松机械有限公司中的一款5H-30T低温循环谷物干燥机为例，具体参数见表1。干燥对象选取皖北地区主要玉米品种，其规格为长10mm，宽8mm，厚4mm。

2. 为分粮机构工作效能的评价主要性能指标为除杂率和破碎率两项。测试后评价分粮机构的性能指标主要选择除杂率以及破碎率两项指标作为评价依据，为测试结果更准确，样本分析主要针对连续五日的实验数据，对五日采集的数据进行样本分析测算，测算结果为五日采集数据的算术平均值。测试主要针对烘干前后的玉米样本的含杂率α和破碎率β两个数值。

计算公式为：

α= ×100%

β=（1-）×100%

其中：Z为样品中杂质的质量；

N为样品中完整颗粒的质量；

M为样品的总质量。

采样选择玉米样品的重量为0.5千克，利用标准采用烘相法，温度选取105℃。实验测试针对谷物在干燥前和干燥后的含水率x和破碎率y进行计算。

计算公式为：

ω=×100%

x=1-×100%

y=β1-β0

不同批次试验取样玉米干燥过程的新增破碎率变化表2所示。

对不同批次玉米试验得出平均破碎增率基本上低于0.15%。这样玉米在干燥过程中因降水幅度造成的破碎倍增不在明显突变，国家标准中规定了破碎率为0.2%，本机试验数据显示，整体玉米的破碎增率明显低于规定值。

收割后的玉米主要杂质为玉米叶、玉米须以及小片玉米芯等。玉米须和玉米叶含水量在干燥过程中去水分不明显。对整体含水率影响可以忽略不计。自然成熟后，玉米芯含水率一般在30%以内，干燥过程去水现象明显。该次试验玉米杂质含水率均为30%，玉米想长期储存含水率需要控制在5%。通过五次取样试验得出玉米杂物、脱水整体效果良好。

分粮机构室内试验是在无不利因素的理想状态下进行的试验，虽然室內试验对任何机械在设计过程中都起重要作用，但是不能完全体现出分粮机构的性能。分粮机构工作环境下试验时在谷物干燥作业时对天气环境因素是不可控制，干燥环境复杂而且多变的工作环境下进行谷物干燥机分粮机构使用性能和机械性能试验，所获得结果就更加真实科学可靠，也就更加具有指导意义和说服力。实时记录获得大量数据，进一步分析数据对样机进行改进。通过试验结果表明本次设计的分粮机构可以完成对干燥前谷物的均匀抛撒，大幅改善了因分撒不均匀造成的干燥不均匀现象，也很大程度地降低了因干燥不均匀而引起的谷物破碎程度，也有效地改善了分粮过程中出现的分粮阻碍现象，即使在分粮过程中出现不畅的现象时也可以迅速进行调整，分粮工作可以很快得到恢复。

分粮不畅的主要原因有含水率高和杂物多两种。玉米含水率较高如未能及时进行干燥处理，堆放时间超过2周以上，若遇到阴雨天气，玉米的含水率将会进一步增加，因为含水率的增大，会造成部分玉米颗粒的表皮结构因出现霉变、腐坏遭到破坏，从而引起玉米颗粒之间的黏附力以及颗粒之间的摩擦增加，造成谷物分粮不畅，利用分粮机构的离心力进一步降低了分粮不畅的现象。对分撒机构进行抛撒试验的过程中，玉米谷物样本中掺杂着玉米穗、玉米碎片以及玉米叶碎片等杂物，机器中设置的分粮机构的分粮板和干燥机的侧壁中间形成的间隙可有效地将玉米谷物中掺杂的杂物清除到烘干仓外，有效的验证了设计的分粮机构具备良好的清杂功能。

通过试验数据得出，优化设计的分粮机构在很大程度上改善了干燥机在分粮过程中出现的不均匀以及不畅现象，而且具备了因特殊原因造成分粮不畅时可以很快得到恢复，使谷物干燥顺利进行，有效地提升了干燥机的除杂功能和降低谷物破碎率的功效。

三、结语

解决现有谷物干燥机在干燥作业时分粮不均匀、分粮不畅现象，结合粮食特性的相关理论，对安徽省宿州市飞松机械有限公司中的一款5H-30T低温循环谷物干燥机中的分粮机构进行了优化设计。试验结果表明：该分粮机构的优化设计应用降低了烘干破碎增率，除杂率效果明显，各项性能均满足要求，干燥机的性能得到一定程度的提升，也为后期谷物干燥机的优化设计提供了一定的参考价值。

参考文献：

［1］ 潘九君，李杰，尹晓慧. 对烘干机多轮排粮装置的分析和探讨［J］. 粮食流通技术，2005（05）：21-22.

［2］ 张俭明，王革，解军，等. 控制烘后粮水分不均匀的装置：振动式多斗排粮机的研究设计［J］. 粮食储藏，1995（Z1）：185.

［3］ 王继焕. 振动式排粮装置的工作原理与设计［J］. 粮油仓储科技通讯，2001（03）：40-42.

［4］ 师建芳，刘进，谢奇珍，等. 塔式粮食干燥机脉冲气动排粮机构的设计［J］. 粮油食品科技，2006（05）：12-13.

［5］ 谢飞亚. 筒仓卸粮成拱试验及模拟研究［D］. 郑州：河南工业大学，2018.

［6］ 黄灿军. 轻质颗粒物料防架桥进料器的设计［J］. 食品与机械，2013，29（01）：161-163.

［7］ 李萌. 基于粮食摩擦力效应的筒仓卸粮成拱机理研究［D］. 郑州：河南工业大学，2019.