Summary
This report is about all handling steps involved in the transport cycle that bulk grain undergoes in their journey from crop to shop. This contains truck, train and ship transportation including loading and un-loading, the types of storage, internal transport and unit transportation. Grains are granular products like: wheat, corn, rice, beans etcetera. These are world’s most important food products, the worldwide production is about 2350 million tonnes and the trade is over 295 million tonnes per year. This makes the handling of grain in bulk very important.
For all the steps various types of equipment are available, this literature study is done to give an overview of the market and to give a basis for the assessment of the different types of equipment. Basic criteria for the assessment are: the field of application; the working principle; capacity(range); operational con-ditions; material deterioration; contamination and cost (both investment and annual cost).
In all steps of the transport cycle a first deviation can be made by the way the material is transferred: continuous or discontinuous, in other words with a constant massflow of the grain in bulk or in batches. Continuous systems are for example conveyor based (un)loaders, discontinuous systems are mostly crane based.
Transportation of grain per truck is great for relative small quantities and is very flexible. Trucks are often used at the start of the transportation cycle and for the final delivery. Truck configurations vary per country due to different legislation in allowed weight and size. Trucks are loaded by a hopper mounted above the road or by shovel loaders. The unloading of trucks can be done by the trucks itself or by external equipment. Self unloading is done by tilting their load, or by opening hatches in the bottom to discharge above a hopper. Delivering the material directly to a silo can be done by a pneumatic or screw discharge system, this makes the truck ideal for final transportation. The external unloading equipment tilts the entire trailer over an angle resulting in discharge of the truck from the back, the advantage is that no equipment has to be driven around, resulting in a higher payload.
Trains are less flexible than trucks but have a larger capacity and this makes them ideal for longer dis-tances with larger loads. Grain transportation by rail is basically always done by hopper shaped wagons, it can also be done by simple rectangular wagons. The most common way to load a train is by a hopper mounted above the rail. Bottom unloading is the most applied method of unloading, since most grain is transported in hopper shaped wagons. Hatches at the bottom of the wagons are opened to let the bulk flow out of the wagon into a hopper under the track. Rectangular wagons are emptied by turning them over.
When a lot of grain needs to be transported over a long distance, ships are the best way, the economy of scale results in a low cost per ton per kilometer. Shiploading on some small scale terminals is done by excavators or shovel loaders maybe with the help of a conveyor, most shiploading is however done continuously. By means of internal transport the grain bulk arrives at the shiploader, by simple chutes or pipes the material can slide into the ship’s holds. It is important to reach all the holds of the ship and all areas and corners of the holds. Either the shiploader boom is able to reach all places or with the help of chutes or a Jetslinger the hold gets adequately filled.
Unloading ships is an large energy demanding step due to the quick vertical unloading of the grain from the ship’s holds. The deviation between continuous and discontinuous unloading is obvious: continuous unloaders versus all types of cranes. The continuous unloaders used for grain bulk are: screw type, twin belt, chainconveyors and pneumatic unloaders. A screw conveyor uses a rotating helical shaped blade to get the material upwards. Twin belt is in fact a normal conveyor belt only covered by another conveyor belt to keep the material from falling of. A chainconveyor uses a moving chain with attached plates inside
a box to lift the bulk material. Pneumatic unloaders use a difference in air pressure to suck the material from the holds, these unloaders are considered to be non mechanical due to the lack of moving parts in contact with the bulk. Each unloader has its own advantage, some have a very good cleanup efficiency, others have lower yearly cost, a detailed analysis on the individual project is necessary to make a fair choice. Discontinuous unloading is done by cranes, there are various types available on the market: dou-ble boom cranes, luffing and fixed boom cranes and gantry cranes. Depending on the required capacity and on the infrastructure available there is a crane available for each job.
Storage of the grain in bulk is often necessary because the incoming material flow at the terminal does not match the outgoing flow at the same moment. Depending on the required storage capacity and the required frequency of storage a terminal can use different types of storage. A main distinction is open, covered or enclosed storage. Grains are often stored in covered or closed facilities to protect the material. Open storage is simply putting the grain bulk on a stack, this can be the most simple way but with the help of highly automated machines and infrastructure this can be a large scale solution as well. Covered storage is simply putting a roof over the stack to prevent the bulk against weather influences. An even better way to protect the grain and the environment is enclosed storage in silos. A way to compare the different ways of storage is the area utilisation, in metric tons per square meter.
Internal transport is all transport on site or on a terminal. This can be done by conveyors as discussed before, other possibilities are a bucket elevator or a tubular drag conveyor. A bucket elevator is used to gain height, a chain or belt with buckets attached to it takes the material upwards. Enclosed tubular drag conveyors realise a completely enclosed way of transport, the material is pulled through a pipe by a chain with flanges, the route is not bound to straight lines. Internal transport can also be done discontinuously by trucks or shovel loaders.
Unit transportation is becoming more popular, it allows the bulk to be transported in a more practical way instead of loose bulk. Containerized and bagged transport are very common nowadays especially for shorter distances and/or for smaller quantities. There are various ways to fill a container, it is possible to tilt the container and load it from the top, or to fill the container in a horizontal position from the back. Unloading of a container can be done by tilting or by a pneumatic unloading system similar to truck unloading. Flexible Intermediate Bulk Containers known as big bags are used to transport batches of approximately one ton. The big advantage of bigbags is that empty bigbags require very little space compared to a container. Small 25 or 50 kilogram bags are also used to transport grains, especially rice since this is already an end product. Special shiploaders with a chute are used to load the small bags into the ship’s hold.
The eventual choice of the type of equipment for every step in the crop to shop cycle depends on many factors, it is therefore not possible to point out one best type of equipment per step. Further investigation into the detailed application and use is necessary. It is up to the user which criteria are most important and then a choice should be made. This report gives an overview of the various possibilities.
Samenvatting
Dit rapport betreft alle middelen in de transportcyclus van graan als stortgoed, vanaf de oogst tot aan de winkel. Dit omvat het transport met vrachtwagens, treinen en schepen, inclusief het laden en lossen; opslag; intern transport en eenheden transport. Granen zijn korrelvorige agrarische producten zoals: tarwe, rijst, bonen en mais. Dit zijn ’s werelds meest belangrijke voedsel producten, waarvan jaarlijks 2350 miljoen ton wordt geproduceerd en 295 miljoen ton internationaal wordt verhandeld. Dit maakt de uitrusting voor dit stortgoed erg belangrijk.
Voor elke stap in de cyclus zijn verschillende soorten machines beschikbaar. Deze literatuurstudie is gedaan om een overzicht te geven van de markt, daarnaast biedt dit rapport een basis voor de beoordel-ing van deze machines. Basis criteria hiervoor zijn: toepassbeoordel-ingsgebied; werkbeoordel-ingsprincipe; capaciteit; operationele voorwaarden; product verval en kosten (zowel investerings- als jaarlijkse kosten).
In elke stap van de transportcyclus kan allereerst onderscheid gemaakt worden in de manier van product verplaatsing: continu of discontinu, een constante massastroom of bulk in batches. Continue system zijn bijvoorbeeld gebaseerd op transportbanden, terwijl discontinue system vaak zijn gebaseerd op kranen. Transport van graan per vrachtwagen is zeer geschikt voor kleine hoeveelheden en is erg flexibel. Vracht-wagens worden veelal gebruikt in het begin en het eind van de transportcyclus. Vrachtwagen configu-raties verschillen per land door de verschillen in wetgeving voor toegestane massa en afmeting. Vracht-wagens worden geladen door een trechter boven de weg of door middel van shovels. Het lossen van vrachtwagens kan door de vrachtwagens zelf gedaan worden of met externe hulp. Het zelfstandig lossen gebeurt door middel van kiepen of het openen van luiken in de bodem boven een trechter. Het stortgoed kan ook met behulp van een pneumatisch of schroef systeem direct aan een silo worden geleverd, dit maakt de vrachtwagen ideaal voor transport naar de eindbestemming. Het lossen met externe hulp wordt gedaan door de hele vrachtwagen te kantelen. Het voordeel hiervan is dat er geen los installatie op de vrachtwagen is geinstalleerd waardoor deze een grotere vracht mee kan nemen..
Treinen zijn minder flexibel dan vrachtwagens maar hebben een grotere capaciteit, waardoor ze veel toegepast worden voor grotere lasten en langere afstanden. Graan transport over rails wordt over het al-gemeen gedaan met conisch gevormde wagons, het is echter ook mogelijk graan in simpele rechthoekige wagons te vervoeren. Wagons worden meestal behulp van een trechter boven de rails. Het lossen van wagons gebeurt meestal door luiken in de bodem aangezien de meeste graanwagons conisch gevormd zijn. Onder de rails bevindt zich een stortbak, door het openen van de luiken komt het stortgoed in de stortbak terecht vanwaar het verder getransporteerd wordt. Vierkante wagons worden gelost door ze om te draaien.
Schepen worden gebruikt voor het transport van zeer grote hoeveelheden graan over een grote afstand, de kosten per ton per kilometer zijn laag. Schepen laden wordt op kleinere terminals gedaan met kranen en shovels, eventueel met behulp van een transportband; de meeste scheepsbelading wordt echter continu gedaan. Door middel van intern transport komt het stortgoed aan bij de scheepsbelader, via buizen en goten kan het materiaal het scheepsruim in glijden. Het is belangrijk dat elk ruim van het schip en elk hoekje van het ruim goed gevuld wordt; dit kan door middel van bewegende scheepsbeladers of met be-hulp van glijbanen of ”Jetslingers”. Jetslingers kunnen het materiaal alle hoeken van het ruim inschieten. Schepen lossen is een van de meest energie vragende handelingen in de cyclus van het graan. Het ver-schil tussen continu en discontinu is hier erg goed zichtbaar: continue tegenover allerlei soorten kranen. Continue scheepslossers zijn gebaseerd op: schroef, dubbele band, ketting en pneumatiek systemen. Een schroeflosser maakt gebruik van een roterend schroefvormig blad om het materiaal omhoog te brengen. De dubbele transportband heeft in feite twee tegen elkaar gedrukte transportbanden die zo het materiaal
vasthouden en omhoog bewegen. Een ketting transporteur bestaat uit een buis met daarin een omhoog bewegende ketting waaraan platen zijn bevestigd, en trekt zo het materiaal mee. Pneumatische lossers gebruiken een verschil in luchtdruk om als het ware het stortgoed mee te zuigen. Elke losser heeft zijn eigen voordelen, sommige zijn erg zuinig, ander hebben hele goede leeg kwaliteiten of lage jaarlijkse kosten. Afhankelijk van een specifiek onderzoek naar de individuele toepassing kan pas een goede keuze gemaakt worden.
Discontinu lossen wordt gedaan door kranen, er zijn verschillende types op de markt beschikbaar: dubbele giek kranen, kranen met vaste giek of toppende giek en portaal kranen. Afhankelijk van de gewenste capaciteit en de beschikbare infrastructuur is er een geschikte kraan voor elk doel.
Opslag van granen is vaak nodig omdat op een terminal de inkomende massa stroom niet gelijk is aan de uitgaande massa stroom op dat moment. Afhankelijk van de behoefte aan capaciteit en de frequentie dat opslag nodig is kan een terminal kiezen voor verschillende soorten opslag. Het grootste verschil is gegeven door: open, overdekt of afgesloten opslag. Open opslag komt neer op ruwweg materiaal storten op een berg, dit kan erg simpel zijn maar met geautomatiseerde machines en een goede infrastructuur is erg grootschalige opslag mogelijk. Overdekte opslag is hetzelfde als open opslag alleen is de berg nu overdekt en wordt beschermd tegen weersinvloeden. Een nog betere manier om de granen en de omgev-ing tegen elkaar te beschermen is door compleet afgesloten opslag in silos. Een goede indicatie om silos te vergelijken is oppervlaktegebruik, uitgedrukt in het aantal tonnen dat per vierkante meter opgeslagen kan worden.
Intern transport is al het transport op locatie of op een terminal. Dit kan gedaan worden door trans-portmiddelen zoals al eerder beschreven voor scheepslossers maar er zijn meerdere mogelijkheden. Om hoogteverschillen te overbruggen bestaan emmer-elevatoren: een ketting of band waaraan emmers beves-tigd zijn neemt het materiaal mee omhoog. Gesloten buistransporteurs hebben een ketting met flenzen welke het materiaal door een buis trekken. Het voordeel van dit systeem is dat het niet gebonden is aan rechte lijnen.
Eenheden transport wordt steeds populairder, hierdoor kan het stortgoed op een meer praktische manier vervoerd worden dan als los stortgoed. Het transport in containers en bigbags is tegenwoordig zeer ge-bruikelijk, vooral voor kleinere hoeveelheden en/of voor korte afstanden. Er zijn verschillende manier om een container te vullen, men kan de container kantelen en vanaf boven vullen, of de container kan horizontaal blijven en vanaf de achterkant volledig gevuld worden.
De uiteindelijke keus voor het middel voor elke stap in de transportcyclus van graan hangt af van vele factoren, daarom is het niet mogelijk om een beste middel aan te wijzen voor elke stap. De gebruiker moet zelf afwegen welke criteria het belangrijkst zijn en een eigen keuze maken. Dit rapport geeft een overzicht van de verschillende mogelijkheden.
