Analysis & Research of Silo and Unloading Process Equipment

◎辛烁军，随　赛，郭井涛，王军峰（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南　郑州　450053）

Xin Shuojun，Sui Sai，Guo Jingtao，Wang Junfeng（COFCO Engineering & Technology (Zhengzhou) CO.,Ltd，Zhengzhou 450053，China）

筒仓仓型与出仓工艺设备的分析与研究

Analysis & Research of Silo and Unloading Process Equipment

◎辛烁军，随赛，郭井涛，王军峰
（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南郑州450053）

目前，我国粮食流通和仓储行业的发展已进入一个全新的阶段，如何提高粮食流通的效率以及保证粮食仓储的品质也被提到了一个新的高度。本文通过对6种筒仓仓型及其出仓工艺和现有出仓设备的对比分析，指出了一种理想、高效的筒仓仓型与出仓设备配套工艺，为今后我国粮食流通与仓储行业筒仓的选择与使用提供了参考与借鉴。

1　筒仓仓型及出仓方式的现状与分析

目前，我国使用的筒仓类型，按结构型式可以分为平底型和锥底型，其中锥底型包括单锥出料口和多锥出料口等；按仓体建筑材料可分为钢筋混凝土仓和钢板仓。

一般现有的平底仓型有落地无沟式浅圆仓、平底地沟式浅圆仓、隧道式浅圆仓和平底钢板仓等；锥底仓型有架空式多机道浅圆仓、高大立筒仓和锥底钢板仓等。钢筋混凝土仓的仓壁采用滑模或倒模施工，顶板和底板一般采用现浇混凝土结构，立筒仓的锥斗有时还采用钢板结构；钢板仓是一种薄壁钢板仓型，根据其结构形式，一般可以分为装配式钢板仓和螺旋卷边式钢板仓，可做成平底仓型或锥底仓型。

1.1落地无沟式浅圆仓

此类仓型多用于国家粮食储备库或进出仓频率不高的大型粮库（如图1），该仓型整体采用滑模施工，气密性好，而且仓壁和仓顶都设置有保温隔热层，能有效保证粮食储存品质；而且占地面积较少，用地经济。此种仓型出仓方式采用侧壁和底部分别开设有装车放粮口和下部出粮口（离地约1 m）。当仓内粮食较多时，采用侧壁放粮口直接装车放粮；当仓内粮面线较低时，打开下部出粮口，外接皮带机输送机进行装车发粮；当下部出粮口不再排粮时，仓内的余粮将采用扒谷机和皮带输送机进行清仓，同时还需人工辅助操作推粮机或铲车才能将粮食全部清出。

图1a　落地无沟式浅圆仓

图1b　落地无沟式浅圆仓立面示意图

1.2平底地沟式浅圆仓

如图2所示，此仓型与上一种仓型都属于落地式浅圆仓，不同之处在于该仓底中心设置有地沟式出粮口，根据仓径大小及物料特性，还要设置数量不等的辅助出粮口及其相配套的固定封闭式皮带输送机，其可将粮食保质地输送到下一工序，如汽、火车发放站或邻近加工厂等。虽然该仓型设置有地沟出粮，但仓内还将剩余30%左右余粮。目前，该部分余粮出仓一般采用人工铲车或者螺旋清仓机等方式进行清仓作业，螺旋清仓机的采用将大幅度提高余粮出仓的机械化程度和出仓效率，解放劳动力，降低企业运作的人力成本。

图2　平底地沟式浅圆仓工艺图

1.3平底架空式多机道浅圆仓

如图3、图4所示，本仓型在仓底部设置了一个架空仓底板和多个小填坡，并在仓底板上开有多个锥型出粮口，出粮口下部设有配套的固定封闭式皮带输送机。此外，本仓型侧壁设有侧壁装车出粮口，当仓内粮食较多时，打开侧壁出粮口放粮装车；当侧壁出粮口无粮食流出时，打开仓底板出粮口，粮食自行流出，并借助仓下皮带输送机实现粮食出仓装车。该仓型粮食基本可实现自动流出，无需大量人工的辅助清仓处理。该仓型粮食的出仓效率虽然较高，但因仓底板开设出粮口较多，为粮仓的气密性埋下了极高的安全风险，同时架空式仓底板的设置也将使粮仓的工程量和建造成本显著增加。

图3　平底架空式多机道浅圆仓工艺图

图4　平底架空式多机道浅圆仓工程照片图

1.4高大立筒仓

该仓型仓壁、仓顶板均为钢筋混凝土结构，如图5所示。仓底为锥斗型，其中心预置一个锥型出粮口，粮食从出粮口自流出仓后，经皮带输送机输运到指定位置，以达到粮食自流出仓的目的。该仓型粮食出仓自动化程度高，无需其他设备或人力辅助出仓，但立筒仓仓型高度较高，堆粮高度达30 m以上。该仓型仓体及物料对地面的压强较大，所以该仓型的基础施工建造较为复杂，同时较高的堆粮高度，也将对锥斗的施工质量提出更高的要求，增加了施工难度，延长了施工工期；且工程造价高，粮仓内粮食自动分级现象较为严重。

图5　锥斗式立筒仓图

1.5平底钢板仓

平底钢板仓仓型如图6所示。平底钢板仓一般为降低投资成本而采用的一种短期储存仓型，其基础采用混凝土结构，仓体部分采用钢板型式。仓底部根据钢板仓直径及出仓产量需求设置出粮口，出粮口沿钢板仓同一直径方向均布，其出粮口布置类似于平底地沟式浅圆仓，但该仓型出仓通廊位于地面以上。

出仓作业时，首先打开中心出粮口，粮食自流出仓；然后依次开启其余出料口卸粮。但所有出粮口自流完成后，仓内余粮一般为仓容30%左右。目前该仓型解决余粮出仓问题一般采用埋入式螺旋清仓机的作业方式，即在粮食内部安装埋入式螺旋清仓机。当粮食自流完成，开启预埋在粮堆底部的螺旋清仓机，将粮食输送到中心出粮口，达到余粮出仓的目的。螺旋清仓机的采用，将使粮食出仓效率大幅提高，但螺旋清仓机长期埋在仓底，启动时，既承受粮食压力又承受粮食出仓造成的冲击，对设备性能等要求较高。

图6　平底钢板筒仓图

1.6锥底钢板仓

如图7所示，锥底钢板仓类似高大立筒仓，底部采用单锥斗出料口型式。粮食自流出仓后，不需要其它清仓设备或人工辅助出仓，出仓效率高。该仓型锥底部分一般采用架空设计，由于粮食自流角的原因，锥底部分高度较高，进而增加工程投资成本。所以仓直径不宜过大，多应用于储存时间较短的原料加工厂或临时中转库。

图7　锥底钢板筒仓图

2　出仓设备的比较分析

目前，我国粮食储运行业主要的出仓设备有铲车、吸粮机和螺旋清仓机。

铲车（如图8）的清仓作业方式，主要是依靠人工操作铲车来进行粮食的清仓作业。铲车可以多仓机动应用，应用范围广，一次性投资成本低、作业灵活等优点；但该清仓作业方式机械化程度低，出仓效率低，工人作业环境恶劣，人工成本高，且作业有死角，轮压或推铲还易造成粮食破碎。此作业方式落后，工人工作环境差，不符合“以人为本”的现代生产工作理念，正逐渐被淘汰。

图8　柳州产ZL30E型铲车图

吸粮机的清仓作业方式，吸粮机的工作原理主要是依靠吸粮机内外压强差，利用空气动力将粮食吸入管道中，使粮食在管道中随气流的运动而移动，从而达到输送的目的。吸粮机在清仓作业时无死角、清仓干净彻底；但能耗高，对输送物料具有局限性。由于管道气压较大，不适用于薄脆易碎物料，且管道等部件易产生磨损破坏，使用寿命短。多适用于少量粮食的清仓作业，而对于上千吨数量级的粮食清仓处理时，运行成本较高，清仓效率偏低。

螺旋清仓机包括移动式螺旋清仓机（如图9）和固定式螺旋清仓机（如图10）两种类型，主要适用于地沟出粮的平底筒仓。移动式螺旋清仓机一般由行走驱动小车、螺旋机架和中心旋转支撑等部件组成。其工作原理：粮食自流完成后，打开仓门，清理出一条2 m宽的过道，将各部件分别运至仓内合适位置，现场拼装；清仓结束后，拆分各部件，分别移至其它作业筒仓，再次拼装进行清仓工作。移动式螺旋清仓机单台设备可机动用于多仓，一次投资成本低、设备利用率高；但该设备工作时对地面平整度要求高，设备需多次拼装、拆装，耗时长，需人工操作，产量相对较小，运行成本较高，属半机械化出仓，效率不高。由于浅圆仓门前均有防水台阶，设备移动困难，目前这种作业方式应用较少。

图9　移动式螺旋清仓机工作原理图

固定式螺旋清仓机一般直接固定在筒仓内部，埋入粮食之中，一个筒仓配一台设备。其工作原理：以浅圆仓中心出料口为定位中心，粮食自流出仓完成后，启动固定式螺旋清仓机，螺旋自传实现粮食向中心出料口输送，设备绕仓中心公转一周完成整仓清仓作业。固定式螺旋清仓机具有粮食出仓机械化程度高、效率高、产量大和工作平稳等特点，可实现自动化出仓及仓内无人化管理等，是平底筒仓非常理想的出粮装备。

目前，市场上固定式螺旋清仓机存在价格高，故障率高，需要在仓内铺设轨道、增设预埋等问题，限制了固定式螺旋清仓机的应用。中粮工程科技（郑州）有限公司新开发一种新型固定式螺旋清仓机（图10所示），主要有中间支撑格栅、螺旋驱动装置、中间机架及螺旋和行走驱动装置等组成。

清仓机工作过程中，中间支撑格栅相当于螺旋公转的中心固定点。行走驱动装置启动，推动中间机架绕中间固定格栅做公转运动，如图10中红色箭头所示；同时螺旋叶片在螺旋驱动装置的驱动下旋转，输送物料到中间固定格栅，进入下道输送设备，公转一周完成清仓作业。该设备安装过程简单，仅需要更换中心出料口格栅即可，不需要对现有浅圆仓仓内地面进行整改（无须预埋），也不需要辅助设施（无须铺设行走辅助钢板、轨道）。

图10　新型固定式螺旋清仓机组成及工作原理图

从以上清仓作业方式的对比可以看出：固定式螺旋清仓机的清仓作业自动化程度高，可实现仓内无人化操作管理，清仓效率高，同时运行成本、人力成本相对其余作业方式明显减低。当浅圆仓粮食周转频率高时，采用固定式螺旋清仓机的作业方式效果更显著。

3　筒仓仓型及出仓工艺的比较分析

对于上述6种筒仓仓型及其出仓工艺设备，还可以从投资成本、经营管理和社会效益等方面进行比较分析，进而找出最优的筒仓仓型及其出仓工艺设备组合。

3.1投资成本方面

落地无沟式浅圆仓，占地面积小，装粮高度多在15 m～30 m左右。当浅圆仓直径以25 m，仓容为5 000 t来计算时，单仓工程造价约为295.5万。而平底地沟式浅圆仓由于仓底要设置地槽输粮并配套皮带输送机，故从单仓工程造价来看，后者比前者略高。但落地无沟式浅圆仓余粮出仓要采用人工操作推粮机或铲车来进行清仓处理，人力成本较高，劳动强度大，工人工作环境恶劣，不符合以人为本的理念；平底地沟式浅圆仓余粮出仓采用螺旋清仓机进行清仓作业，机械化程度高，可完全实现自动化出仓及仓内无人化管理，一次投资成本虽略高，但从长远发展来看，其节省的成本和费用将大大弥补投资成本大的不足。而平底架空式多机道浅圆仓如果也以25 m为仓直径和以5 000 t仓容来计算，其单仓工程造价约高达427.5万，其以实现粮食自流出仓，无须其他清仓设备或人工辅助清仓，出仓效率高等为主打特色；但因开设出粮口过多而存在的气密性安全隐患将严重制约该仓型的普及应用。

高大立筒仓与锥底钢板仓的基础处理方式及工程造价基本一样，由于装粮高度较高，仓体和物料对地面的压强较大，其基础处理都较复杂，且承载力都要求较高。其基础一般都采用持力桩基础加承台的结构形式，故其整体工程投资成本要普遍高于浅圆仓。同时由于高大立筒仓的仓体为钢筋混凝土结构，所以其造价要远远高于钢板仓的造价。两者底部都为锥斗型结构，因此粮食出仓方式都为锥底自流出仓，且无须其他清仓设备或人工的辅助清仓。

平底钢板筒仓是采用镀锌薄板或波形钢板装配或焊接而成，是以上仓型中最节省投资成本的筒仓，具有容量大、自重轻、建设周期短和标准化程度高等特点。其粮食出仓方式根据仓底部结构的不同，分为平底多出口自流出仓和仓底清仓机出仓两种形式，由于该仓型隔热和抗震性能都较差，加之气密性问题难以解决，故多应用于储存时间较短的原料加工厂或临时收纳库。

从上面各仓型的投资成本分析比较可以看出，其从低到高依次为：平底钢板筒仓、落地无沟式浅圆仓、平底地沟式浅圆仓、平底架空式多机道浅圆仓、锥底钢板筒仓、高大立筒仓。

3.2管理维护方面

在经营和管理方面，本文主要从仓体及其配套设备的后期使用和维护方面进行比较和分析。

落地无沟式浅圆仓和平底地沟式浅圆仓的主体结构为钢筋混凝土结构，故其主体一般不需要大规模的维护和保养，又由于仓体的配套设备较少，仓体高度较小，因此其维修量任务不大。而平底架空式多机道浅圆仓虽主体结构也为混凝土结构，但由于其出粮口较多，配套的输送设备及阀门也相应增多，故其管理维护方面的工作量相比前两种有很大增加。高大立筒仓的主体结构亦为混凝土结构，由于仓体高度较高，故相比于浅圆仓其配套设备的数量和种类将增加不少，比如起重设备，输送设备、计量设备、电气设备和压缩空气设备等，由于设备数量多、品种杂，因此日常的定检和保养工作量比较大，且立筒仓高度的存在也增加了保养维护的难度。

锥底钢板筒仓和平底钢板筒仓的主体结构都为钢结构，在建造安装时都要对其进行防腐处理。仓体本身由于是镀锌钢板或波形钢板，安装过程中也会导致部分镀层脱落，所以对钢板筒仓的维护与保养工作不仅包括对其配套设备，而且对其仓体主体钢板结构也要进行周期性地定检与防腐处理。由于其配套设备都是开敞式的，故对其配套设备的维护保养难度也会相应增加。此外对于平底多出粮口的钢板筒仓而言，相配套的输送设备及阀门的维护与定检也增加了经营管理的任务量。

从以上分析可以看出：在仓型管理维护及保养方面，其工作量及难易程度从小到大的顺序依次为：落地无沟式浅圆仓、平底地沟式浅圆仓、平底架空式多机道浅圆仓、高大立筒仓、锥底钢板筒仓、平底钢板筒仓。

3.3社会效益方面

落地无沟式浅圆仓虽储粮性能较好，但出仓效率较低，环境恶劣且人工成本较高，不符合以人为本的原则。平底架空式多机道浅圆仓出仓效率高，无须人工辅助参与，自动化程度高，但日常维护工作繁杂，社会效益性不突出。高大立筒仓和锥底钢板仓自动化程度较高，而工程造价及维护成本也居高不下，性价比不高。平底钢板仓由于其气密性问题短时间内难以解决，且仓顶渗漏现象随着使用年限的增加而更严重，将致使粮食储存过程中的通风、熏蒸等保粮手段无法实施，长期社会效益性较低。平底地沟式浅圆仓余粮出仓采用螺旋清仓机可实现仓内无人化管理，既解决了劳动力紧张的问题，降低了企业的经营成本，同时也改善了工人的工作环境，体现了“以人为本，打造和谐社会”的理念。

4　各种仓型的前景展望

通过上述6种仓型多方面、多角度的比较分析，可以看出：①落地无沟式浅圆仓仓内因余粮需人工来进行清仓处理，工人工作环境差，人力成本高等因素正逐步被淘汰。②高大立筒仓和锥底钢板仓具有粮食可自流完成出仓、出仓效率高的特点，但从以上分析可知，锥底式筒仓的建造及维护成本都较高，其普及应用的难度

较大。③平底架空式多机道浅圆仓可以从侧壁出粮口和仓底出粮口同时出粮，出仓效率高，基本无须人工辅助清仓处理。但因工程造价高、底部出粮口的气密性等问题将限制该仓型的应用及发展。④平底钢板筒仓气密性能较差，后期仓体主体维护保养难度大，故其多应用于暂存仓或原料加工厂，不适合用作储备库。⑤而“平底地沟式浅圆仓+固定螺旋清仓机”组合作业模式则以投资成本相对较低，机械化程度较高，占地面积小，仓容量大的特点正逐渐成为我国粮食仓储系统的主力仓型，其应用范围也在逐步扩大，是一种值得大力推广的先进仓型。

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辛烁军（1980-），男，工程师；专业方向为粮食仓储物流技术及装备研发（主研筒仓进出仓及房式仓进出仓技术和装备）。

Xin Shuojun，Sui Sai，Guo Jingtao，Wang Junfeng
（COFCO Engineering & Technology (Zhengzhou) CO.,Ltd，Zhengzhou 450053，China）

摘要：本文简单介绍了几种筒仓仓型的结构形式及其出仓工艺特点，重点从出仓设备、投资成本、管理维护及社会效益方面对不同筒仓仓型进行了比较和分析，为今后我国粮食行业筒仓的选择与使用提供了参考。

关键词：筒仓；出仓工艺；出仓设备；粮食行业

Abstract：This paper briefly introduced the structure of several silos and the characteristics of unloading process. The emphasis on the aspects from unloading equipment, investment costs, maintenance and social benefits of different silo types were compared and analyzed in detail, which provided a consultation for the selection and use of silos in China’s grain industry in future.

Key words：Silos; Unloading process; Unloading equipment; Grain industry

作者简介：

中图分类号：D912.1