南于东北地区主要粮食品种——玉米的品质变化及烘干方式的改变，造成转运系统玉米破碎率大量增加，严重影响了原粮质量及交易价格。造成破碎的主要原因是仓顶埋刮板机、斗提机及进仓落差等撞击影响。对此仓顶卸料装置应采用新型的输送设备。
中储粮乌兰浩特直属库突泉分库是东北最大的粮食集散地之一，近几年来，每年储运粮食为50~100万t。为满足粮食储存与流通的需要，突泉分库相继建设一期及二期粮食储运工程，筒仓总容量达到20万t。在粮食储运过程中，同样存在玉米破碎率高等问题。对此，突泉分库领导在全国各地进行了调研，实地考察，查阅资料，分析比选，最终决定在筒仓顶部采用全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机，垂直输送采用双带式提升机。
为了保证F程质量和预期的效果，解决粮食在储运过程中破碎等问题，突泉分库对一期5万t筒仓仓顶进粮设备进行了公开招标，九江市粮油机械厂（有限公司）以先进的技术、卓越的品质及优质的服务一举中标，为研究开发生产全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机奠定了基础。该r程共2条全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机，共8个卸料点，一对二进料。每条输送机额定输送效率为100t/h(实例118t/h)，吨耗电0.005 kW -h，带速2.5 m/s，带宽0.65m。该输送机于2010年6月开始设计和制造，12月底现场安装和调试，一次空、重载试车成功，投产以来，共输送粮食近3万t，经实测，每个卸料点粮食破碎率均小于0.01%（实例0.0081%，降碎效果明显，达到了用户所提出的设计要求，得到了货主的认可和称赞。全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机结构见图1。
2、同类技术国内外概况及发展趋势
犁式多点卸料带式输送机是一种高效连续输送设备。它采用犁式卸料器多点卸料，具有破碎率低、运行平稳、耗能小、维修方便等优点，可广泛应用于港口、矿山、化工、轻工及机械等行业，输送各种散料。
由于犁式多点卸料带式输送机具有很多优点，国内外各行各业都在使用这种输送设备，起初主要应用于输送煤炭、水泥及沙砾等货种单一及对物料卸净要求不高的场合，且多为敞开型。近年来，由于仓顶卸料进仓设备需求，尝试用犁式多点卸料带式输送机替代传统的卸料小车、搭接皮带机、埋刮板机及回抛式多点卸料输送设备，取得了初步成功。2005年大连北良国家粮食储备库和2006年大连港散粮码头公司分别从美国BROCK公司引进了全封闭单犁式多点卸料带式输送机，用于仓顶粮食卸料进仓。经使用基本达到了设计要求，但还存在一些问题亟待改进和提高，主要表现在犁头单薄易划皮带、单犁头结构不合理卸料时破碎率高、犁头定位不准有安全隐患等。针对上述存在的问题，九江市粮油机械厂（有限公司）进行了消化吸收改进，对犁式卸料器还做了一些理论分析和三维模拟，并试制了一台带宽1.4m，输送效率1000t/h的全密封气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机样机安装在厂内进行了试运行，效果很好，在国内引起很大反响，样机见图2。经测试研究，摸索到一些经验规律和数据，为这次气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机的设计和制造提供了理论和试验上的支持。
虽然我国对全密封气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机的研制起步较晚，但近年来发展较快。由于我国目前仓顶卸料进仓设备大多采用传统的机械设备，存在破碎率高、耗能大、故障率高、维修不便等缺点，急待用一种新型的设备来取代，近几年国内有一些厂家试制了回抛式多点卸料输送设备，但使用效果还是不理想，破碎率仍然达不到货主的要求，且耗能高，皮带跑偏很难调正。这次九江市粮油机械厂（有限公司）依靠自身力量研制的全密封气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机解决了这一难题并填补了国内外市场空白。
尽管全密封气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机具有许多优点，但还有一些不足之处，需要进一步完善和提高。迄今为止，对犁头与输送带之间的压紧力自动调节及检测、回程输送带的支承方式等的理论分析与研究还不够深入，只是在常规设计和试验的基础上进行生产制造，许多参数之间的关系还没能精确的确定。这就给产品的设计和制造带来很大的盲目性。所以虽然九江市粮油机械厂（有限公司）研制出了新型可替代产品并获得了国家专利，但今后要走的路还很长，还要下大力气研究开发出适合于我国使用特点的犁式多点卸料带式输送机，同时也为该机型在粮库等行业的应用趟出一条新路子。
近年来，随着物流业的快速发展及需求扩大，粮食转运量也在不断增大，仅北方粮食转运量每年高达约3 000万t，为适应粮食等行业日新月异的快速发展，满足转运量快速增长的需要，必须不断提高国产粮食机械的技术水平，发展民族工业，使国产粮食机械与国外先进产品抗衡并具备出口创汇的能力。今后犁式多点卸料带式输送机将逐步向着全封闭、低破碎率、大运量等方向发展。
3、开发目标、主要技术指标及整体方案
3.1 开发目标及主要技术指标
本产品的开发目标是在消化吸收国外先进技术的基础上，根据九江市粮油机械厂（有限公司）现有技术力量、创新能力及长期积累的丰富经验，分析比较，自主研制开发适合于我国粮食储备库及港口散粮码头等行业使用的具有当代国际同类产品先进水平的全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机，其主要技术指标如下：
适用货种：散粮（小麦、大麦、稻谷、大豆、玉米等）；
输送效率：100 t/h；
带宽：650 mm;
带速：2.5 m/s：
结构型式：全封闭气垫托盘复合犁式。
3.2整体方案
依据在中储粮乌兰浩特直属库突泉分库一期5万t筒仓仓顶安装的进仓设备总体布局为：1条全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机L=73.3 m设置在筒仓上方的水平地面上，额定输送效率100 t/h，带宽650 mm，带速2.5 m/s，电机15 kW l台，5.5 kW 1台，总装机容量20.5 kW（见图1）。根据工作环境场所，筒仓上方的设备要求防尘、防爆，设备本身要求防水、防风、防尘、防爆。因此全部气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机做成全封闭防尘爆型的。该输送机主要由输送带、驱动装置、卸料器、传动和改向滚筒、拉紧装置、清扫器、导料槽、支架、密封罩、安全监测装置、气室及供气装置等组成。
4、主要研究内容
为了保证产品满足用户使用要求并达到国外同类产品先进水平，主要做了以下几方面的研究工作。
4.1 复合犁式、双定位、气垫托盘卸料器装置的研究
所谓复合犁式，就是在原单犁卸料器后面加一道副犁和一道清扫犁，变成双犁卸料及一道犁清扫（见图3）；所谓双定位，就是在犁的后侧及上方均设有限位，为双保险，保证输送带与犁头之间距离为一个定值。
其工作原理如下：
主犁板和副犁板是卸料犁。当主．副犁板和气垫托盘均处于卸料工作位置时，主犁板可卸下99%以上输送带上的粮食，剩余的粮食由副犁板卸下。因主、副犁板不接触输送带，所以输送带不会受到磨损、划伤、更不会被切断。万一碰到粮食中带有异杂物卡在输送带和犁板之间时，气垫托盘能向下退让，由输送带带走异杂物品，以保护输送带和犁板的安全。
后犁板是清扫犁。后犁板采用邵氏硬度70的聚氨脂耐磨板直接与输送带接触，可把输送带上的杂尘从输送带上卸下。样机试验表明，在试验过程中未发现发烫、磨损等情况。由于后犁板的耐磨材料的硬度与输送带硬度(邵氏硬度60~ 70)几乎相同，对输送带损伤小，总体运行效果理想。
所谓气垫托盘，即卸料支撑平台由箱体气室构成。在气室的表面及输送带之间形成一层气膜，由输送带与支撑平台面间的干摩擦变为输送带与气垫托盘面间的气体摩擦，极大的减少了其间的摩擦阻力，降低了输送机功率损耗及皮带的磨损（见图4）。
气垫托盘复合犁式卸料器能够100%的卸净输送带上的粮食及其杂尘。同时不会对输送带发生磨损、划伤、切断等事故，确保输送带运行的安全。卸料器卸料完全是在封闭空间中进行的，可以有效的控制粉尘，保证良好的操作环境。并且能够方便、迅速的切换进仓位置。且设备整体结构简单、重量轻、尺寸小。
气垫托盘复合犁式卸料器彻底解决了目前使用的埋刮板机等卸料设备存在的粮食破碎问题，其破碎率比埋刮板机降低95%以上(刮板机破碎率大于8%)。
由于卸料时，卸料器内气垫托盘仅升高140mm，且为气垫支撑，所以气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机运行耗能低，据测试对比其电耗比埋刮板机节省功率65%（同样设备刮板机要55 kW）。
每个复合犁式、双定位卸料器装置部件重量只有61 Kg，靠人力即可实现水平及垂直移动，安全可靠，由于部件少，维护保养工作量少。并且所有的结构件采用的是镀锌螺栓连接，便于设备的维修保养。
4.2气垫托盘处承载带及回程带气垫支承设计理
论模型的研究
目前从国外引进的及国内制造的全封闭犁式多点卸料带式输送机卸料段承载带由支撑平台支承，回程带由高分子量耐磨衬板支承，经使用其耐磨衬板易损坏，更换费用高，输送带易跑偏，运行不稳。若用托辊替代，回程积灰很难解决。对此我们研究用气垫来支承回程带，解决了上述问题。
托盘和回程气垫，就是从气室盘槽板上气孔流出的气体在输送带与盘槽板面间形成气垫来支承输送带在盘槽板上滑行。据国内外资料介绍，当具有一定压力的空气从气室盘槽板上的气孔流出后，总是要以最短的路径，亦即沿输送方向的横向以V横速度从输送带与盘槽板面之间逸人大气。由于输送带沿盘槽纵向运行，必然会以V纵的速度带动气垫层的气流运动。依据速度合成原理，气流将大体上沿V横与V纵合成曲线V横+纵方向流动，从而形成V横与V横+纵覆盖的扇形气垫层。如果每个扇形面积大致相等，并按一定规律重叠的很好，则气垫便均匀，气垫压力较稳定，输送带运行就好。
但我们在设计计算时发现，从盘槽板上气孔中喷出的气流速度高达30~ 40 m/s．比带速3.15 m/s高很多，所以只考虑气流横向和纵向两种速度，不考虑气流高速喷出后受到输送带的正面阻挡向四周迅速扩散的运动状态，是不全面的。实际上，后者是气流运动的主要方面。对此我们经过反复分析和研究，提出了平行平板间的径向流动理论，作为气垫设计理论的依据，在这次回程气垫的设计中应用这一理论取得了很好的效果。根据流体力学原理，盘槽板面与输送带之间的气垫层可近似视为平行园板间隙径向层流。由于气孔孔径很小，只有2mm~ 5mm，当具有一定压力的空气从气孔高速喷出时，气体分子具有很大的动能，加上气体分子的多方异向自由运动十分活跃的特性，受到输送带正面阻挡后，必然会向周围迅速扩散，与此同时，还将受到周围气孔喷出气体迅速扩散气波的影响，产生相互重叠，形成干涉或涡流，从而形成气垫层。
根据平行板径向流动理论，来确定风量、风压、气垫厚度等相互之间的关系，从而可导出气孔直径与孔距和排距之间的关系，作为布孔方式的依据。工作时气体由平行平板的间隙沿径向向外流动，两平板之间的距离为8，平板内孔半径为Rl，其外缘半径为R2，在内孔处气体压力为pl，在外缘处气体压力为p2。我们在半径为r处取一微小宽度dr的环形流道，建立气体流量、气体压力及气垫厚度之间的关系式。
根据其关系式，即可确定气孑L直径及孔距和排距，从而得出气孔布置的原则是：纵向孔间距相等较好，横向孔径不等为佳，横向孔排距可以相等，也可以不相等，但～般小于孔间距。气孔排数应为奇数，由中心两侧呈对称布置，孔径由中心向两旁逐渐减小。气孔布置还应考虑运行速度、工作环境等因素的影响。这次回程带气室最终布孔方式为奇数排、等孔间距、等孔排距、不等孔径、菱形布置法。
气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机安装后进行了空、重载运行试验，目测托盘及回程带气垫形成稳定均匀，用手推拉输送带边缘，输送带横向来、回晃动自如。说明能形成气垫，气孔布置合适，能满足使用要求。九江市粮油机械厂（有限公司）又进行了测试，气垫托盘平均气垫厚度为1.8 mm，平均气垫压力1 250 Pa；回程平均气垫厚度2.6 mm，平均气垫压力600 Pa；其测试结果与设计计算基本一致。据现场人员介绍，输送机运行平稳，使用正常，输送能力足够，用手感觉到气体从输送带两侧均匀逸出，输送带无“波动”、“擦边”、“飘带”等现象。通过实际使用并经测试，说明建立的气垫支承设计理论模型是贴近实际的。
4.3通风机主参数的计算机优化设计
由于托盘处承载带及回程带用气垫支承，即用气室盘槽代替高分子量耐磨衬板或托辊，输送带的摩擦阻力降低，使得驱动装置的电机功率减少，但需增加通风机功率。由此可见，输送机是否节能，以及节能的效果如何，关键在于通风机功率的大小，而通风机的功率与其流量和出口处的风压有关。因此，如何计算通风机的流量和风压是输送机节能的关键所在。我们对通风机的流量和气室的压力（通风机的压力是由气室压力求得的）进行了计算机优化求解，求出通风机流量和气室压力的最小值。由于通风机的流量与气室压力相互联系，所以属于二维优化求解。
4.4优选回程盘槽结构型式
由于盘槽结构型式直接影响到回程带的运行平稳性，因此，槽形的选用以及其结构型式十分重要。
气室的盘槽结构形式多种多样，就目前常见的有园弧形槽、梯形槽、直边园弧形槽、抛物线形槽、椭园弧形槽。①园弧形盘槽。园弧形盘槽它结构简单，制作方便，能保证很高的生产率。在荷兰、美国、俄罗斯和英国等国家主要是采用这种形状。②梯形盘槽。梯形盘槽其结构是最简单的。但由于它在折角处受输送带横向刚度影响，形成较大的纵向通道，空气流量损失较大，故应用不很广泛。③直边园弧形槽。直边园弧形槽，其结构也较简单，它是荷兰首先提出的，是一种很有前途的盘槽结构形式。④抛物线形槽。抛物线形槽，由于其成形模的制造较困难，目前研究很少，只有前苏联提到过。⑤椭园弧形槽。椭园弧形槽只有前苏联对此进行了研究，但由于它的成形模制造较困难，成形的检验也有不便，故目前使用很少。
通过上述比较分析，这次我们优选了直边园弧形盘槽结构型式（见图5）。
4.5采用全封闭型结构，解决粉尘外逸问题。
以前使用的犁式多点卸料带式输送机多为敞开型或半封闭型，虽然结构较简单，满足基本使用功能，但密封不严，粉尘外逸大，对输送粮食的工作环境带来极大的安全隐患。中储粮乌兰浩特直属库突泉分库属于粉尘爆炸及火灾高危区域。因此对输送机的密封性提出更高要求，防止供料、落料及运行过程中产生的粉尘外逸引起爆炸。按设计规范要求，筒仓顶部粉尘浓度应≤10 mg／m3。
为了满足使用要求，我们将输送机做成全封闭型结构（见图2），在输送机上设置上密封罩，侧密封罩及头、尾密封罩，将所有运动部件封闭在罩内，但支撑轴承设置在密封罩外侧。密封罩既拆装方便密封性又好。卸料器装置也做成全密封的。为了防止密封罩内气压过大引起粉尘外逸，我们在密封罩上设置除尘吸口，将带有一定正压的含尘气体经风管导出。
由于输送机设置在露天高架栈桥上，还要考虑防雨。因此在密封罩的结构上做了特殊处理。匕密封罩2头带翻边，加上压盖，雨水进不去，起到防雨作用（见图6）。
该输送机投产以来，运行正常，防尘、防雨效果好，经测量，粉尘浓度仅为6 mg/m3。
4.6研制新型导料槽，解决输送机跑偏问题。
由于上游粮流与输送机导料槽之间高差和偏角都很大，下落的物料对输送机造成很大冲击，导致输送带跑偏。因此导料槽的设计应充分考虑到物料的下落偏角和冲击高度，在结构上做了一些特殊设计，既保证导料槽的通过能力，又保证导料槽在给输送机供料时物料能集中到输送带的中部，使输送带能稳定运行，不致跑偏。我们在导料槽内加设了底板、后立板、斜板、前导料板，导料槽的底边宽为2/3带宽，做成喇叭形（见图7）。经现场实际使用，导料槽结构比较合理，在各种工况下都能满足使用要求，效果很好。
4.7设置隔声和减振装置，解决风机噪声问题
输送机的通风机采用4 - 72型离心通风机，经测量，噪声达到90dB (A)，超过了国家颁发的《工业企业噪声标准》中的规定。我们在设计中，在通风机出口处加设了软连接，在通风机底座上加设了减振垫，在通风机上又加设了隔声罩(见图8)，收到了明显效果，设置隔声和减振装置后，经测量，通风机的噪声为67.6dB (A)，大大低于国标规定的85dB (A)。
5、研制的过程
由于初次研制开发这种全密封气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机，且直接应用于生产实际，有很大的技术难度和风险，因此我们自始至终采取比较谨慎的步骤。
首先我们到了大连北良港、大连港散粮码头公司等地进行调研，实地考察了犁式多点卸料带式输送机的使用情况。在大连北良港和大连港散粮码头公司，我们看到了美国BROCK公司最新生产的带宽1.2 m，输送效率1 000 t/h全封闭单双犁式多点卸料带式输送机，它的卸料器采用单犁式，承载带支承采用双锥槽形托辊，托辊轴承为外置式，回程带支承采用高分子量耐磨衬板，采用重力张紧。从而对国外犁式多点卸料带式输送机的制造和使用情况有了大致了解。同时我们查阅了国内外有关杂志刊登的犁式多点卸料带式输送机文献资料，对其输送机的理论计算、结构形式进行了深入的探讨和研究，经反复论证和优选，建立了自己的设计理论模型，确立了合理的卸料器及气室盘槽结构形式，然后才进行方案设计，经业主有关部门审查通过后，再进行初步设计和施工图设计。
为了稳妥起见，在气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机正式开工制作之前，我们已经制作了一台1 000 t/h大型样机在厂内进行了试验，经运行并测试有关数据后才进行了车间制作。尤其对新研制的样机进行了反复试验。经测试粮食破碎率低，能全部卸净输送带上的粮食，对输送带磨损小，达到了预期效果。
为了保证质量，我们制作了专用胎具，所有盘槽用胎具成型和钻孔。龙骨架用折弯机成型，以保证形状和尺寸的准确。所有的支承板及密封板采用冲孔。在制造期间，严把质量关，严格执行图纸设计要求和工艺标准，专人负责质检，发现不合格产品重新返工，及时纠正不合理的制作T序。
在安装过程中，保证各卸料器定位准确，气室盘槽连接处高差顺输送带方向不超过0.5 mm；逆输送带方向不超过0.2 mm，在全长上高差不得大于5 mm。气室盘槽中心线与安装基准线的重合度在任意长度内不大于3 mm，全部长度内不大于5 mm。保证气室段间的连接牢固，不得松动出现漏气现象。
气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机安装完毕，我们进行了空载和满载试验，测量数据如下：①气垫托盘空载试验测得：气室平均压力630 Pa，气膜平均厚度2.00 mm。②气垫托盘满载试验测得：气室平均压力1 250 Pa，气膜平均厚度1.80 mm。③回程气室空载试验测得：气室平均压力600 Pa，气膜平均厚度2.60 mm。④回程气室满载试验测得：气室平均压力600 Pa，气膜平均厚度2.60 mm。满足使用要求。
6研究成果的先进性
通过实际使用和测试，研究开发的全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机具有以下优点：①研究开发了复合犁式、双定位、气垫托盘卸料器。该卸料器彻底解决了卸料时粮食破碎率高、输送带上有余料及输送带易磨损等难题，同时提高了输送机的使用性、安全可靠性及维修性。②建立了气垫托盘及回程带气垫支承设计理论模型，即平行平板间径向流动理论。该理论较全面地考虑了影响气垫形成的诸多因素，客观地反映了气垫形成的机理，为耗气量、风量、风压等主参数的确定建立了新的理论基础，为气孔的合理布置提供了新方法。③对通风机的主参数进行了计算机优化设计。通过对通风机的流量和气室压力计算机优化求解，求出最小值。从测试数据中可以看出，用这种方法计算出的通风机功率是最低的。④优选盘槽结构型式。通过优选，选出了既保证输送带运行平稳又制作容易的直边圆弧盘槽结构。⑤采用全封闭型结构，解决了粉尘外逸问题。在输送机上设置上密封罩，侧密封罩及头、尾密封罩，密封罩既拆装方便密封性又好。卸料器装置也做成全密封的。为了防止密封罩内气压过大在输送机密封罩上设置了除尘吸口，解决了粉尘外逸问题。⑥研制新型导料槽，解决输送带跑偏问题。将导料槽做成特殊结构，既保证物料通过能力又能对中。经试验，在各种工况下都能保证供料对中，输送带不跑偏。⑦设置隔声和减振装置，解决了风机噪声问题。在通风机上设置了软连接，减振垫，隔声罩等装置，消声效果明显。经测量，其噪声仅为67.6 dB (A)，远低于国家规定的标准85 dB (A)。⑧通过实际使用和测量，我们研究开发的全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机其技术先进，结构合理，使用性能好，过载能力强，维护方便，安全可靠。整机性能指标达到甚至优于国外同类产品。
7、结论
通过对市场的调查和国内外设备的比较，开发的全封闭气垫托盘复合犁式多点卸料带式输送机具有独创性和先进性，为增加利税和工作岗位开辟了一个新的增加点，该设备已经使用到内蒙古突泉国储库、江西省粮油集团金佳谷物有限公司市场前景看好，应该大力推广使用。
