粮仓机构设计毕业论文设计Word文档格式.docx
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引言
1、研究背景
粮仓作为一种贮藏粮食的建筑物,在我国起源是很早的。
古文献里常有仓的记载,田野考古中亦有不少仓的遗迹发现,为我们研究仓的历史提供了比较方便的条件。
仓的起源与发展和历史上的农业生产、工程建筑,甚至和当时的政治制度、经济政策、军事活动、交通路线,科学技术都有着密切的关系。
我国农村形势越来越好,粮食连年丰收,以至许多地方出现仓库不够,无法收购粮食的现象,这是建国以来从未有过的事情。
在这种新形势下,人们对粮仓的建设更加关心,对粮仓历史的研究也逐渐受到重视。
而且粮仓的设计对于我国全国各地农村来说都有很大的作用，仓体是用玻璃钢制成的筒状，并固定在粮仓底托上，其筒壁设有一出粮口，该出粮口的两侧卷有围沿，内插有一便于取粮的活动插板。
上述仓体可根据需要设置多个。
本实用新型粮仓采用高分子材料制成，具有防鼠、防虫、防潮、防火的性能，占地少、重量轻、贮粮多、外形美观、折叠方便等。
我国的粮仓建筑的结构形式多样，选用材料也多种多样，随着计算力学和计算手段的发展和进步，其设计与构造也在不断改进和创新。
而主要针对我国农村出于防鼠、防虫、防潮、防火，所以我们特意制作一种在农村使用并通用的装配式粮仓。
2、粮仓的分类及特点
2.1根据粮仓的使用性质可分为：
1．收购仓
即是收购农民卖给国家的粮食。
一般设在农村，基本上每个乡镇都有J多建筑在产粮区，且规模较小。
2．集散仓
大都建在产粮区的适中地点·
主要作用是集中各乡镇收赡仓的粮食，其建筑规模一般。
3．中转仓t即是指粮食在调运过程中过渡性的仓库。
主要建筑在港口或水陆变通的交接点，
由此把粮食发放到各供应点或储备仓．一般规模较大，能较好地利用机械化操作．
4．储备仓。
是供长期储藏的粮食用，是保证粮食台理库存的战备性仓库。
这类仓库具有良好的保粮性能，容量大，粮食处理的设备齐全，机械化水平较高，周转较少。
5．生产仓。
是为粮食加工企业存放成品粮或原粮的仓库，
以保证加工企业生产任务的正常进行。
其周转次数较多。
2.2根据粮仓的结构形式可分为：
1．
房式仓。
是我国目前已建粮仓中数量最多的一种仓型，其形式与一般民房相似。
一般仓房跨度为10一20米，
长度为徐长明20一50米。
一般为砖墙，瓦顶、术屋架，沥青地坪结构。
2．立筒仓。
是一种机械化程度根高的现代化粮仓，是将园筒体竖直排列组合成若干“群组”
。
目前，我国新建使用的有钢筋混凝土和砖石结构立筒仓两种。
其造价高，但能节约土地和便于实施机械化。
3．土圃仓
是总结民间建仓纷验戗建的一种革泥结构的园仓，其结构简单。
施工方便，造价低廉，抗震性能好。
4．
地下仓，
是一种建设在地下的一种粮仓，一般利用深沟、梯地
丘陵等地下水位低的有利地形建造。
我国的某某较多。
比较隐蔽，符合战备要求，其保管性能好，有利于安全储粮。
2.3根据储存方式可分为：
散布粮仓是粮食直接靠仓壁堆放，
可节约大量的包装材料。
不仅仓库利用事高，而且可以大量节约劳力，
经济效益好。
2．
包装粮仓；
即是指粮食放在麻袋、布装内，按照一定的方式堆放在仓库，便于转运，运输，是城市粮仓的理想成品仓库。
但其仓容利用率低。
3、国内外粮仓的发展概况
3.1国内粮仓的发展概况
我国的粮仓建设起步较早，如某某水泥厂的圆仓建于1922，建国后各大部门大量兴建各种形式的粮仓，并积累了一定的经验。
粮仓结构具有容量大、占地少、卸料通畅的优点。
伸手农村各地农民的喜爱，因为粮仓对于防止鼠患，防止粮食受潮都有很大的作用，目前粮仓已成为我国国民经济建设中一项不可缺少的构筑物。
就粮仓而言，50~60年代，我过粮仓的直径一般在5~12M，单仓容量为0.2~2KG；
80~90年代粮仓直径达到10~21M，单仓容量达2.0~15KG；
现代粮仓直径达40M。
粮仓的直径及单仓容量不是越大越好，应该因地制宜的规划。
关于大直径、大容量粮仓的设计技术和经济效益问题，有待进一步研讨。
大直径粮仓的仓顶和仓上建筑机构采用轻型钢结构、钢架及网壳结构，对减轻结构自重有很大作用。
对配仓设备进行改革，在仓顶处进行漏填布设备仓设备，可省去仓顶及仓上建筑。
在粮仓内设置自动检测设施，对粮仓内主料温度、粉尘、自然情况及防爆灯进行自动检测，并设置消除仓内主料的堵塞、贴帮、积滞等的设施，使主料的装、贮、运一体化，加快单位时间内装卸的吞吐量，提高贮运周转能力。
利用贮料自重卸料，将下部空间作为一个综合性车间，设置包括有自动计量，一级装卸云全部自动化、。
电气化的装置，将贮仓由原来仅作为装车手段用途的整体车间。
国内已建成一批包括贮装运自动化电气化的万吨筒仓，效益显著。
这是个发展方向。
3.2国外粮仓的发展概况
国外和国内在整体构造和构型上都没有什么太大的区别，但是相当来说国外的农业发展和重视程度要比中国早很多和好很多。
在测量粮仓的温度方面法国储粮专家Jc.Lasscran.D.Berhant采用温度调节器来控制温度。
实验在一个500吨、高16米的中型仓中进行。
研究表明，在低温气候，从夏季到秋季经2-3次通风每次要持续几个晚上，每天4-10小时，可将温度从30℃降到5℃，在冬天粮温可保持不变，在春天有所上升，经过年的实践表明：
不仅卫生状况良好，而且粮食的品质没有变化；
国外粮仓在技术上可能更加完善。
第一章粮仓的设计
1粮箱的形式选择
我国现有联合收割机上普遍采用站台式卸粮粮箱，自重式卸粮粮箱，搅龙式卸粮粮箱及卸粮筒式粮箱#种不同类型的粮箱。
1.1站台是卸粮
配有这种卸粮的收割机可边作业边卸粮，*4!
人站在卸粮台上人工将粮食装入麻袋>
系紧袋口抛下。
这种形式的卸粮结构简单、紧凑，容易制造，成本低，但站台上的人常处在卸粮及收割机工作的尘土里作业，工作环境十分恶劣。
1.2自重式卸粮和搅龙式卸粮粮箱
这两种粮箱的卸粮方式基本相同，都是在停止作业时进行卸粮，卸粮可装入麻袋，也可卸在小型拖车内，这种形式的粮箱结构简单，卸粮的工作环境好于站台式卸粮环境，没有专人站在收割机上进行卸粮，但是停车卸粮时间大大占用了正常收割机作业时间，工作效率低于站台式卸粮收割机。
1.3卸粮筒式粮箱
这种粮箱粮是粮箱内粮食通过输送搅龙进行卸粮，粮箱盛满后在收割状态下卸入同步运行的运输车辆内，也可在停止收割时卸粮。
卸粮工作由机手在驾驶室内通过操作卸粮离合器进行卸粮，卸粮筒式粮箱在国内外已广泛采用。
2粮仓谷物重力流动模式
长期以来，料仓研究的内容一直都是容量和结构强度两个方面，而对于料仓中松散物料的流动特征乃至如何确定这些特征都了解甚微。
但在料仓中经常碰到的问题却是仓内粉体流动不稳定，时快时慢甚至结块堵塞；
有时中央穿孔而周围物料停滞不动；
有时料仓中物料一下子全部卸出，很快流出，产生冲击流动；
以及出现物料分离，这些无疑都将会给生产带来危害。
近年来，随着对粉体力学研究的深入，为料仓中粉体的流动的研究提供了基础，因而，在现在的料仓研究中将料仓中物料的流动作为主要的内容。
2.1谷物在粮仓中的流动状态
在料仓排料口正上方的部分首先流出，然后逐步扩大流动X围，流动X围之外的部分静止不动。
在排料口附近的料流状态如图5-1所示。
D为颗粒自由降落区；
C为颗粒垂直运动区；
B为颗粒擦过E区向出料口中心方向缓慢滑动区；
A为颗粒擦过B区向出口中心迅速滑动区；
E区为颗粒不动区。
显然，凡处在大于休止角的颗粒均产生流向出口中心的运动。
C区的形状象一个椭圆体；
B、E的交界面也象一个椭圆体。
图5-2所示的流动椭圆体EN和EG分别代表上述两个椭圆体。
流动椭圆体EN内的颗粒产生两种运动：
第一位的（垂直）运动和第二位的（滚动）运动。
边界椭圆体EG以外颗粒不产生运动。
EN的顶部为流动锥体。
经实验证明。
椭圆体EN和EG之比为1/15。
图5-3为粒度对流动椭圆体大小的影响。
2.2流动形式
从上述对椭圆体流动区域的分析可以看出，料仓中粉体流动应该按照椭圆体流动才是理想的情况。
如果仓内整个粉体层能够大致上均匀流出，如果5-4（a）所示，这种流动型式称为整体流；
如果只有料仓中央部分产生流动，流动区域呈漏斗状，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体停滞不动，如图5-4（b）所示，这种流动型称为漏斗流。
整体流是指当料仓内任何一部分运动时，整个仓内的全体物料也在运动。
虽然，收缩区的颗粒要比其它部位的颗粒流动得快些，但是它们终归都处于运动中，在物料与仓壁之间也产生相对的运动。
漏斗流表示发生在料仓中心的流动状态，只有料仓中心的物料在运动着。
如果料仓顶部的物料不能落入中心孔而作漏斗流卸出，则整个流动就会终止，这种情况被称之为管状穿孔。
以整个过程来看，两种流动形态造成了两种不同的结果，整体流导致了“先进先出”，它还能把在装料时发生过粒度分离的物料重新混合。
在整体流的情况下不会发生管状穿孔；
而且整体流的流动均匀而平稳，仓内没有死角。
但是需要陡峭的仓壁而增加了料仓的高度；
具有磨损性的物料由于沿着仓壁滑动而增加了对仓壁的磨损。
虽然漏斗流对仓壁的磨损较小，但造成先加进的物料后流出即“先进后出”的后果，引起物料分离；
大量死角的存在减少料仓的有效容积，有些物料在仓内一停就是好几年，这对贮存期间会发生变质的物料是极为不利的；
而且卸料速度极为不稳定，易产生冲击流动。
漏斗流是一种有碍生产的仓内流动形态，而整体流才是料仓中理想的流动形式。
因此，料仓设计必须满足整体流的要求才是理想的。
3粮仓中谷物的流动特征
料仓中的粉体由于粉体压力和颗粒间的附着、凝聚力等的作用，往往造成卸料口结拱、堵塞现象，使粉体处理过程过程的连续化和自动化出现故障。
六十年代，詹尼克（Jenike）以粉体力学为基础，对粉体在料仓中的流动进行了理论研究，并提出了整体流料仓的定量设计方法。
3.1摩尔圆
为用二元应力系分析粉体层中某一点的应力状态，如图5-5（a）所示，在粉体层中取坐标轴X，Y，并设有一小直角三角形包围着这一点，该三角形的厚度为单位长度，两直角边与钭边上的应力平衡。
图（b）表示该直角三角形的受力状态，垂直应力σX、、σY的注脚X，Y表示力的方向为X轴向、Y轴向。
剪应力τXY，τYX注脚的前一个字母表示受力面的垂直方向，后一个字母表示剪应力方向。
σ，σX，σY分别垂直于受力面，朝三角形内侧的取下值，即为压缩应力。
设钭边长度为l，压应力和X轴的夹角为θ，力的平衡如下（式中消l）
X方向σX.cosθ＋τYX.sinθ=σ．cosθ＋τ.sinθ
（1）
Y方向σY.sinθ＋τXY.cosθ=σ.sinθ＋τ.cosθ
（2）
由上两式分别消去τ和σ，则得
σ=σX.cos2θ＋σY.sin2θ＋（τYX＋τXY）.sinθ.cosθ
=（σX＋σY）＋（σX－σY）.cos2θ＋（τYX＋τXY）.sin2θ（3）
τ=（σX－σY）.sin2θ＋（τYX－τXY）－（τYX＋τXY）.cos2θ（4）
其次，对图（b）所表示的角取力矩，整理后可得下式
σ=σY.sin2θ＋σX.cos2θ＋2τXY.sinθ.cosθ
=（σX＋σY）＋（σX－σY）.cos2θ＋τXY.sin2θ（5）
根据式（3）与式（5）相等，则下面的关系成立
τYX=τXY
因此，式（3）和式（4）可写成如下形式
σ=（σX＋σY）＋（σX－σY）.cos2θ＋τXY.sin2θ（7）
τ=（σX－σY）.sin2θ－τXY.cos2θ（8）
莫尔圆：
将上两式分别平方后相加，经整理得
＋τ2=＋τXY2
如将σ，τ分别取为横坐标和纵坐标，则一式可用圆表示之。
半径r=
圆心坐标，0
因此，由此圆可给出对应于任意θ的σ和τ值，该圆就称为莫尔圆。
最大主应力和最小主应力：
σ值随着σ和X轴的夹角（见图5-5（a））而变化的，故其最大值和最小值可由式（7）的微分求得。
=－（σX－σY）.sin2θ＋2τXY.cos2θ=0
令此时的θ为ψ，则
tg2ψ=
将此式代入式（8）时，τ=0，即表示无剪力时的垂直应力即主应力。
将其代入式（7），求得最大主应力σ1和最小主应力σ3如下
σ1或σ3=（σX＋σY）＋（σX－σY）．cos2ψ＋.tg2ψ.sin2ψ
=（σX＋σY）＋（σX－σY）．
或将=＋
=＋
代入得
σ1或σ3=（σX＋σY）±
莫尔圆与粉体层的对应关系：
图5-6（a）反映了上述关系。
为了研究莫尔圆与粉体层的对应关系，试同图（b）作一比较，在X，Y轴上，σX，τXY相当于作用在θ=0的面上，σY，τYX相当于作用在θ=π/2的面上，而在相应的莫尔圆中，它们是处在圆心的对称位置上即仅相差π。
一般地说，X，Y坐标中的θ，相当于莫尔圆中的当2θ。
ψ角为粉体层的X轴与最大主应罚作用方向的夹角。
因此，可以写出如下关系式
σX=＋．cos2ψ
σY=－．cos2ψ
τXY=．2sin2ψ
如果将X，Y取在主应力面上，则可写出下式
σ=＋．cos2θ
τ=．2sin2θ
变形后成为
σ=σ1．cos2θ＋σ3sin2θ
=σ3＋（σ1－σ3）．cos2θ
=σ1（）＋σ3（）
τ=（σ1－σ3）．sinθ．cosθ
莫尔圆的图解法：
已知最大主应力σ1和最小主应力σ3，最小主应力面X轴的夹角为ϕ时，可由作图求得任意方向面A—B上所作用的应力。
在图5-7（b）中，由已知的σ3，即c点，作与σ轴成ϕ角的直线和莫尔圆相交，交叉点为P（极点）。
由P点作A—B的平行线和莫尔圆相交于Q，Q点的坐标即为作用于A—B的应力σ，τ。
为什么可以这样绘图呢？
其理由是：
∠QPC和∠QFC分别为弧QC的圆周角和中心角，2∠QPC=∠QFC。
而且，∠QPC=∠BAO=（π/2）－θ，∠QFC=π－2θ，因此，∠QFD=π－∠QFC=2θ。
在上述求极点P时，如通过D点作最大主应力面的平行线亦得到相同的结果。
4粮仓流动因数
料斗形状，仓壁摩擦系数等因素决定着料仓的流动性质，Jenike以料斗流动因数ff来表示，并定义为料斗内粉体固结主应力1与作用于料拱脚的最大主应力之比，
作用于料拱脚的最大主应力可由下式确定
式中—容积密度
B—卸料口宽度
H（‘）—料斗半顶角的函数，如图所示
也可由下式近似计算：
H（）=（1+m）+0.01（0.5+m）‘
式中m—料斗形状系数，轴线对称的圆锥料斗，m=1;
平面对称的楔形料斗，m=0
已经证明稳定料拱的料脚上作用着主应力1，它与料拱的跨距B成正比，其变化如图所示。
对于一定形状的料仓，因1及均同料斗直径呈线性关系，根据应力分布的理论分析，可得
流动函数（FF）和流动因素（ff）可以画在一起，如图5-14所示，位于FF线之上的ff那部分（FF>
ff），处于料拱上的应力超过颗粒强度则发生流动。
位于FF线下面的ff线那部分，应力不足引起破坏，将发生结拱。
两条线的交叉点代表了临界值，在此交叉点以上可以满足整体流动条件。
第二章粮仓计算
1粮仓的容积及贮存
按形状分类，料仓分圆柱形和棱柱形两大类。
实际贮存物料时，因为物料进入料仓的进料点总是固定的，料堆上必然要形成一个圆锥形，因此，物料不能占满整个容积，产生容积损失。
如图5-15所示，料仓的实际容积（V，）为料仓的几何容积（V）扣除损失容积（VL）后的容积，即
V，=V－VL
1.1料仓的容积损失
圆筒形料仓的VL按下式确定：
VL=
式中损失系数fl为积分项，
F=（1－）2
棱柱形料仓如图所示，可看作通过堆积中心铅垂地分为四部分，四个棱柱之角各有堆积中心，按下式计算VL。
设长边为L，短边为b，令β=b/L，则
根据b/L值可计算fL值，见图
2.粮仓的几何容积
圆筒形料仓（如图），其几何容积V为圆柱体的容积与平截圆锥体的容积之和，可按下式计算：
V=D2h1＋h（D2＋Dd＋d2）
棱柱形料仓（如图），其几何容积为正平行六面体的容积与平截四棱锥体的容积之和，可按下式求出：
V=abh1＋（2a1b1＋ab1＋2ab）
3.粮仓的贮存量
料仓的有效容积和几何容积两者的比值称为有效系数（或称充填系数）
ϕ0=
式中ϕ0－料仓的有效系数，ϕ0=0.75~0.85之间。
料仓的有效容积ϕ0随物料的自然休止角的大小和装料情况不同而有差别。
对于同一物料两点装料时的装料量比一点装入时多，通常装料有一点，两点和四点。
料仓的贮存量可按下式计算：
Q0=V，γ
或Q0=Vϕ0γ
式中Q0－料仓的贮存量，吨；
γ－物料容重，吨/米3
4卸粮口
料仓卸料口的形状，大小及位置直接影响到料仓的操作。
对于棱形料仓来说，卸料口有圆锥截面的，矩形截面的及正方形截面的。
卸料口所在的位置如图所示。
料仓卸料口最佳尺寸用实验方法确定，影响卸料口尺寸的主要因素有三个：
第一是物料的流动性质；
第二是物料的粒度和均匀性系数；
第三是要求的卸料速度。
根据詹尼克理论，整体流料仓的卸料口尺寸取决于粉体的流动函数和料仓的流动因素的比值，即整体流料仓的条件为：
FF>
ff
fC<
显然，结拱的临界条件为：
FF=ff
如以fCCrit表示结拱时的开放屈服强度，则可写成：
=fccrit
用詹尼克方法确定料仓卸料口尺寸的方法原则上适用于细粒物料（粒径小于0.84毫米），因为粗颗粒物料不存在屈服强度。
料仓的卸料口尺寸，其一边长度（或直径）所允许的也可按下式进行计算：
A=k（D＋80）tgφr
式中A－方形卸料口的一边（或圆形卸料口的直径），毫米；
k－实验系数，筛分过的物料k=2.6,未筛分过的物料k=2.4;
D－物料的最大粒度，毫米；
φr－物料的自然休止角。
此式适用于物料的自然休止角φr=30。
~50。
，物料的最大粒度D≤300毫米。
由上式计算的卸料口尺寸还必须根据其卸料能力加以验算，卸料能力可由下式计算：
Q=3600Fv
式中Q－卸料口的卸料能力，米3/小时；
F－出料口面积，米2；
v－物料通过卸料口的卸出速度，一般0.2~2米/秒，对于难于松散物料取小值，结于容易松散物料取大值。
第三章粮仓的助流
在料仓的操作过程中，常在料仓卸料时出现结拱和中心穿孔等现象，引起料流的不正常。
为了使料仓的料流正常，除作正确的整体流料仓设计外，还采取一些助流措施（特别是对于空间障碍难于采用理想结构的料仓和难于流动的物料）来改善料仓中物料的流动状况。
1粮仓的结拱
物料颗粒堵塞出料口，以致不能卸料的现象，称为结拱。
它是料仓，特别是粉状物料料仓，最难解决的问题。
结拱现象的情况错综复杂，常见的结拱形式如图所示
第一种（图a）是在出料口附近的颗粒互相支撑，形成所谓拱架状态。
这种形式在出料口较小而颗粒较大的情况下最为常见。
一般只要加大出料口，或在冲击，振动作用下即可破拱。
第二种（图b）是物料集存在料仓的锥部，使物料不能下落。
这种形式在粉状物料中最为常见。
它与物料的物理性质和力学条件有关，是最难解决的结拱现象，其原因尚侍研究。
第三种（图c）是物料在出料口上部近于垂直下落，形成空穴状。
它常见于颗粒间有粘附性的细粉。
轻者可用振动和吹入空气的方法破拱，严重时则需要用机械破拱。
第四种（图d）是物料附着于料仓的锥部表面，形成研钵状。
这种现象常见于壁面的倾角过小和对壁面有附着性和粘性的粉状物料。
轻者可用振动或吹入空气破拱，严重时只能用机械铲除。
结拱现象除了与物料的性质，特别是粒度、颗粒形状、比密度、体积密度、壁面倾角、光洁度以及出料
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