一种具有清理及机械化进仓功能的 平房仓工艺设计

◎ 郭诗慧，倪圆圆

（1.郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450001；2.河南郑州中原国家粮食储备有限公司，河南 郑州 450000）

平房仓因其具有仓容大、结构可靠、施工简单、造价低等优点，是我国粮食仓储行业应用最为广泛的仓型之一[1]。但当前我国平房仓大多数为普通平房仓，大多采用移动式清理设备及移动式输送设备搭接形式实现进仓作业[2]，移动式输送设备移机时需要较多人力辅助，且需人工全程参与，劳动强度较大。同时，由于移动式设备搭接形式粉尘控制措施有限，作业环境粉尘浓度大，作业连续性差、效率低。随着我国经济的快速发展，劳动力使用成本越来越高，平房仓进仓机械化的需求日益提升。本文简述了一种搭配固定式清理中心及新型输送设备管链机的机械化进仓方式，以期提高进仓作业效率、降低工人劳动强度、改善作业环境。

1 仓房选择

选择合适的仓型是确保储粮安全，并取得最佳投资效益的关键。仓型选择是在总结以往粮库建设经验，尊重和接受用户反馈意见的基础上，按照粮食进出机械化作业要求，充分考虑当地气候特点、地质结构、粮食品种、施工水平等条件，选择储粮安全、作业灵活、管理方便的仓型。

目前在生产实际中应用较为广泛的储备平房仓仓型主要有折线型屋架仓、拱板平房仓、双T板平房仓、自然通风屋面平房仓等4种。各仓型的特点分别叙述如下。

1.1 折线型屋架平房仓

折线型屋架平房仓在我国北方地区使用较普遍，结构形式为钢筋混凝土排架结构，屋顶形式为折线型屋架，上铺大型屋面板。墙体厚度一般有370 mm或490 mm两种，根据常用设计模数柱间距一般取6 m，装粮高度可达6～8 m，屋面设置有保温层。本仓型可供选用的跨度较多，工程实际中一般选用18 m、21 m、 24 m、27 m和30 m等。

折线型屋架平房仓（图1）具有跨度大、施工技术成熟、施工周期短等特点，工程造价较低，但由于仓内无吊顶，进出仓作业产生部分扬尘后容易在屋架下弦积灰，顶棚不够美观。同时该仓型对预应力屋架预制及钢筋张拉和屋架吊装等施工工艺要求较严，无一定施工经验施工质量不易保证。仓房的防水性和气密性一般。

图1 折线型屋架平房仓图

1.2 拱板屋盖平房仓

拱板屋盖平房仓在国内使用较早，在四川省、云南省、安徽省等地使用较广。拱板为板架合一的屋盖结构，外形为二次抛物线拱，结构受力合理；结构形式为钢筋混凝土排架结构，钢筋混凝土拱板屋面。墙体厚度一般采用370 mm或490 mm，柱间距3～6 m，一般装粮高度为6～8 m。屋面或拱腔内设保温层，适宜跨度为21 m、24 m。

拱板屋盖平房仓（图2）的拱板上、下弦板之间形成一个拱腔，拱腔内空气为自然隔热层，可通过在山墙设置轴流风机、屋面设置屋顶风机排除拱腔内积热，减少仓顶对仓内粮食的辐射热，仓体整体保温性能较好。拱板仓屋盖结构板架合一，外形为二次抛物线拱，结构受力合理、整体性好，仓内顶棚美观且容易清扫；但预应力钢筋混凝土拱板的制作，需要搭配大型吊装设备，且吊装施工难度较大；高空原位现浇施工时，需做满堂脚手架，预应力张拉工艺复杂，上弦板为拱形，不易铺设板状保温材料。这就要求施工单位相关技术和设备要先进，且具备类似工程施工经验，否则施工质量不易保证。另外，由于仓房是由拱板进行拼装而成，板与板之间难免会有缝隙，因此仓房的气密性一般。

图2 拱板屋盖平房仓图

1.3 双T板平房仓

双T板平房仓在我国北方应用较为普遍，其结构形式为钢筋混凝土排架结构，为梁板合一的双“T”板屋面。墙体厚度一般采用370 mm或490 mm，适宜的装粮高度一般为6～8 m。屋面设保温层，长度超过60 m时，中间设变形缝，工程实际中常用跨度有21 m、24 m、27 m和30 m等。

双T板平房仓（图3）施工方便，运输至现场后可直接吊装，能够明显缩短施工工期，工程造价较低，比折线型屋架平房仓及拱板仓造价节约10%以上。但由于双T板仓屋面也是由一榀一榀屋架拼接而成，且板间空隙呈倒“V”形，施工中较难处理，因此仓房整体气密性一般，同时双T板需专业厂家进行预制，运输到施工现场进行吊装，受施工条件的限制较多。

图3 双T板平房仓图

1.4 自然通风屋面平房仓

自然通风屋面平房仓采用钢筋混凝土排架结构，为钢筋混凝土坡屋面。墙体厚度一般采用370 mm或490 mm，适宜的装粮高度一般为6～8 m。仓内在檐墙标高设一层钢筋混凝土现浇板，和坡屋面之间形成一道空气隔热层，有利于保粮，适宜跨度为21 m、24 m等。

自然通风屋面平房仓（图4）采用双层屋面形式，仓体整体防水性能及保温密闭性能好，两层屋面间空气夹层可有效保温隔热，保粮效果较好。本仓型无特殊施工工序，相比其他仓型对施工技术要求不高，但工程造价较高。两层板空间较大，方便检修维护，且可利用空间进行机械化进仓。仓内空间较小，顶板平整，便于通风及控温作业，易于清理。

图4 自然通风屋面平房仓图

仓型的选择主要依据当地的储粮条件、储粮品质要求、项目所在地的经济技术发展水平等情况综合考量后确定。本项目地点属于亚热带季风湿润气候，是对储粮不利的湿润高温地区，粮食品种是储存要求较高的稻谷，需要建设储粮安全、技术水平高的气调平房仓，经多方案比选，仓型选用自然通风屋面平房仓最适合，该平房仓主体采用现浇钢筋混凝土排架结构，气密性能好，整体性好，结构安全。

2 工艺流程

2.1 工艺设备布置

本方案两栋自然通风屋面平房仓可共用一组清理中心，清理中心功能多样，包含有汽车卸粮站、清理塔及控制室等，可实现汽车来粮集中接收、杂质超标粮集中清理、净粮提升进仓、吸风除尘等功能。整体布局图及设备布置见图5、图6。

图5 总体布局图

图6 设备布置图

汽车卸粮站主要包括汽车卸粮罩棚及汽车卸粮坑，卸粮斗有一定的容量，能满足集中来粮时多车型快速卸车要求，有效减少车辆排队等候时间。同时汽车卸粮站搭配自卸车，可实现粮食大产量、连续式自动卸车，避免传统操作中卸粮到移动式接粮机并需要大量人工全程辅助作业的情况。

同时针对汽车卸粮区粮食卸车时粉尘大量外溢的情况，本卸粮站配备了先进的通风除尘系统，并采用了“围”“吸”“蔽”3种具体处理措施。①“围”是利用快速卷帘、软帘等将接粮斗上方产生粉尘最多的区域“密闭”起来，形成一个相对密闭的空间，这样可以避免以往除尘设施对着整个连续的大气环境吸风的情况，符合除尘“密闭为主、吸风为辅”的基本原则[3]；两端设置快速卷帘门之后，也可以避免卸粮罩棚内穿堂风的形成，防止风尘快速、大量外溢。②吸是利用离心风机形成的负压，防止粉尘外溢的同时将产尘区域的含尘空气通过除尘风箱及风网管道快速吸走，在脉冲除尘器进行过滤后排出洁净空气。③“蔽”是利用卸粮格栅下设置的蔽尘装置将进入接粮斗内的灰尘封闭在接料斗内，避免更多的粉尘外溢。

传统进仓方式中用于清理粮食的设备主要是移动式清理筛，目前也有选用具有一定吸风除尘效果的振动筛或双层圆筒初清筛。振动筛具有双层筛面，上层筛面主要用来清除秸秆、土块等大杂，下层筛面用于清除砂粒、破碎粒等小杂，但是由于其上筛面无自清装置，筛面容易被大杂缠绕、堵塞，要人工定时对其进行清理，且其下层筛面只有一层，有效筛理面积小，因此一般清理产量较小、清理效果一般。双层圆筒初清筛具有内外两层筛筒，谷物从进料口流入内筛筒中，在筛筒的转动下，大杂留在内筛筒从大杂口流出，小杂从外筛孔流出至小杂出口。双层圆筒筛谷物在筛面停留时间较短，因此清理效果不佳，同时移动式设备所配置风机风量及除尘器过滤面积有限，容易有部分粉尘溢出，对库区环境和作业人员身心健康会造成一定的危害。

针对传统操作的缺点，本方案设置了固定式清理塔，在清理塔对含杂超标粮进行集中清理，集中清理中心采用初清和细清两道清理作业，小麦清理产量可达150 t·h-1。含杂超标粮在进仓之前首先经过初清，初清选用圆筒初清筛，除去粮食中的大杂质，如麻绳、砖块等，之后经过组合清理筛进行二次清理，除去大杂、细杂、轻杂等。组合清理筛自带吸风分离、沉降排杂系统，有效清理轻杂、灰尘（外接吸风）并随时排出机外。筛体同时并行清理物料（大中杂、小杂），有效筛理面积大，清理产量高，除杂效果好。物料均匀分配至各层筛格，保证筛理及分级效率。组合吊杆悬吊筛体，运转平稳，对楼层及地面振动小。金属筛理格厚度小，强度、刚度高，筛面平整，筛理格装取方便简单，互换性好。防爆制动电机，安全可靠，游动时间短，动耗小，有效解决清理过程因选型不当造成的堵、漏、停等问题。

经过清理可充分降低粮食杂质含量，避免粮食在储存过程中因杂质聚集造成局部出现发热、虫害等粮情，更有利于粮食的长时间储存[4]。同时为保证清理系统的灵活性，在一次提升出料口位置设置有三通阀门，对于通过检验较为干净、能够满足安全储存条件的原粮，则可以跳过清理环节直接进仓，降低能耗。

2.2 原粮进仓流程

原粮进仓流程详见图7。

图7 工艺流程图

（1）原粮需要清理。汽车散、包粮→取样检化验→汽车衡检斤→卸车（包粮需拆包）→卸粮坑底部刮板机→提升机→三通阀门→圆筒初清筛→组合清理筛→提升机→刮板机→管链机→平房仓内布粮。

（2）原粮不需要清理。汽车散、包粮→取样检化验→汽车衡检斤→卸车（包粮需拆包）→卸粮坑底部刮板机→提升机→三通阀门→刮板机→管链机→平房仓内布粮。

3 主机设备选用

3.1 提升设备选用

物料提升主要有提升机提升及斜皮带爬升两种形式，使用斗式提升机的主要优点是垂直提升、设备占地少，布置方便，不足之处是对粮食会有一定的增碎效果。斜皮带爬升的主要优点是粮食破碎少、设备运行平稳，后期运营维修工作量小，但皮带机受爬升角度限制，一般需要有足够的水平空间，占地面积较大[5]。

受项目用地面积及空间限制，清理塔一般不具备使用斜皮带爬升的基本条件，故垂直提升设备一般采用斗式提升机。

3.2 进仓设备选用

目前仓储物流行业常用的进仓输送设备有刮板机、气垫机搭接、回抛式皮带机、多点卸料皮带机和管链机等。①刮板机的优点是设备密闭性能好，体积相对较小，能够实现多点卸料，物料分配灵活，可双向输送。但刮板输送机能耗大，维修不方便，且易造成物料的破碎。②气垫带式输送机在工程实际中应用广泛，此种输送设备技术成熟，利用气膜支撑输送带因此动力配置较小，适合长距离输送，设备维护量少。缺点是为满足进粮要求，气垫皮带机必须一个搭接一个，平房仓进粮时需要多次的提升、落下，造成能耗增加，且多台皮带机的搭接，每一台皮带机都有机头和机尾，无形中又增加了设备总体的投资，且皮带机荷载较大，对平房仓仓顶结构造成很大的影响。③多点卸料皮带机封闭性能好、增碎少、运行稳定。但目前每个中间卸料点的价格均较高，设备总体投资较高，且中间卸料点和机头、机尾等荷载较大，会给仓顶结构的设计带来一定的挑战[5]。④管链机是一种新兴的可实现多点卸料的输送设备，与现有多点卸料设备相比其具有体积小、自身重量轻等优点，适合平房仓进仓使用。

随着“以人为本、环境友好、降本增效”等观念越来越深入人心，粮库对改进传统进仓方式、提高作业机械化程度的需求也越来越高。但部分粮仓非近期设计，原有仓顶没有考虑进仓设备荷载，因此无法承载皮带机、刮板机等自身荷载大的设备，导致很多粮库无法进行进仓机械化改造。而管链机的国产化则给老仓改造提供了可能性，也给新建仓房实现机械化进仓多了一种选择性。管链机可实现输送过程全密闭，设备安装完成后可一次性装仓达到额定仓容，无需补仓作业，设备效率高，整机性价比可观，产品综合优势突出，可有效解决平房仓/楼房仓出入仓多次移动设备、现场粉尘大的缺点。因此，综合以上设备自身性能特点、造价及荷载等因素，平房仓进仓适宜采用较为轻便的管链机。

3.3 清理设备选用

粮食的清理设备采用圆筒初清筛和组合清理筛相结合的方式，圆筒初清筛去除粮食中的大杂，组合清理筛去除粮食中的大杂、细杂和轻杂，同时对清理设备按照风量要求配置除尘系统，大大减少粮食在清理时的粉尘外溢，改善了作业环境，粮食杂质的去除保证了其储存过程中的稳定性，可有效避免出现粮情。

4 重点、难点分析

平房仓机械化进仓需要在仓房屋面上布置设备，同时开设粮食进仓的溜管洞口，所以平房仓机械化进仓重点、难点主要体现在如何保证屋面的防水性能和如何保证仓房的气密性两个方面。

4.1 屋面防水问题

普通单层屋面平房仓进仓设备直接放置在屋面上，在屋面开设进仓溜管洞口，这就给后期屋面的防水性能带来一定隐患，对施工单位的施工水平、施工质量要求高。因此建议平房仓采用双层顶形式，屋面下层为现浇混凝土板，并做聚氨酯发泡防水层，增加密闭性及保温性，屋面上层为大型屋面板挂瓦屋面，形成隔热层，利用结构形式自然空腔，进仓管链机布置在空腔内，和上层屋面不发生关系，不对上层屋面结构造成破坏，不在上层屋面上开设进仓洞口，能够保证上层屋面防水的连续性，同时在空腔的下部（即檐墙部位）和屋脊处分别设置防水百叶窗，使得空腔内空气流通顺畅，利用“烟囱效应”带走积热，避免下传至粮堆表面，为平房仓安全储粮提供可靠保障。

4.2 气密性问题

在保证粮食一次进仓量的前提下尽量减少屋面开孔数量，减少对仓房整体性的干扰和破坏。同时进仓溜管在设置时避免采用直接预留洞口的形式，而改为预埋套管的形式，并在最接近屋面的位置加设手动气密闸门，保证仓房的气密性。也可在管链机下方设置活动节，与预埋套管固定，进粮结束后去掉活动节，利用盲板对预埋套管洞口进行密封处理，解决气密性问题。

5 结语

在“以人为本”“绿色环保”“节能降耗”等理念的引领下，减少人工作业量、实现进出仓的机械化乃至智能化将是一个趋势，和其他新兴的物流行业相对比粮食仓储物流行业科技、智能的元素含量较低，但未来机械设备、信息技术的跨界运用也会成为一种常态，粮食仓储行业的新设备、新工艺、新仓型等在未来也会纷纷涌现，以技术创新推动产业进步，实现绿色建筑人性化、信息管理数字化、生态储粮智能化、规模作业自动化，实现“专业、高效、节能、环保、绿色、生态、智慧”等目标。