大型組合式機(jī)械通風(fēng)玉米穗儲(chǔ)糧倉(cāng)的設(shè)計(jì)

崔相全， 李寒松， 張 鋒， 趙 峰， 武文璇， 張宗超*， 韓夢(mèng)龍

（1.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250100；2.濟(jì)南市章丘區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣中心，山東濟(jì)南250200）

玉米是我國(guó)主要的糧食作物，在全國(guó)各地均有大量種植，且隨著國(guó)家土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施，大農(nóng)戶數(shù)量迅速增加，目前農(nóng)戶儲(chǔ)藏玉米方式以穗儲(chǔ)為主， 新收獲的玉米穗水分含量一般在20%～35%，極易引起霉變、鼠害、蟲害等，因霉變?cè)斐傻膬?chǔ)糧損失率一般在8%～15%，糧食產(chǎn)后損失不僅有重量損失，還有質(zhì)量損失、營(yíng)養(yǎng)損失、商業(yè)價(jià)值損失等。 目前對(duì)玉米穗儲(chǔ)藏的研究主要集中在東北地區(qū)，東北玉米收割時(shí)間比較晚，含水率低，農(nóng)戶所用穗儲(chǔ)糧倉(cāng)倉(cāng)容比較小，且大都沒用機(jī)械通風(fēng)，不太適合華北平原玉米主產(chǎn)區(qū)的玉米穗儲(chǔ)藏。

糧食倉(cāng)儲(chǔ)事關(guān)國(guó)家糧食安全， 品質(zhì)優(yōu)良的糧食與其存儲(chǔ)過程息息相關(guān)，其中通風(fēng)良好、溫度適中的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境是維持糧食質(zhì)量的核心。 為解決目前玉米穗倉(cāng)儲(chǔ)所存在的問題， 本研究設(shè)計(jì)并制造了一種成本低、能耗小、無污染、易實(shí)施的大儲(chǔ)量的新型穗儲(chǔ)糧倉(cāng)，旨在延長(zhǎng)玉米穗的儲(chǔ)藏時(shí)間，減少霉變等所帶來的質(zhì)量和品質(zhì)損失， 提高農(nóng)戶的收入，保障糧食安全。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu) 大型組合式機(jī)械通風(fēng)玉米穗儲(chǔ)糧倉(cāng)，包括儲(chǔ)糧倉(cāng)、送風(fēng)系統(tǒng)（包括風(fēng)機(jī)、管道、通風(fēng)角盒等）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器等）及控制系統(tǒng)（包括PLC 控制器、顯示屏、控制箱等）等。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理 大型組合式機(jī)械通風(fēng)玉米穗儲(chǔ)糧倉(cāng)的正常工作狀態(tài)有三種：常壓通風(fēng)狀態(tài)、正壓通風(fēng)狀態(tài)、負(fù)壓通風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)傳感器檢測(cè)到糧溫與室外空氣的溫差達(dá)到設(shè)定值以上時(shí)， 控制系統(tǒng)即可開啟風(fēng)機(jī)（3）進(jìn)行通風(fēng)作業(yè)，白天由于空氣溫度高，濕度小，利于物料中的水分進(jìn)入到空氣中，所以采用壓入式通風(fēng)； 夜晚由于空氣溫度低， 濕度大，采用吸出式通風(fēng)，利于將物料旁的高濕氣體吸出來； 白天作業(yè)時(shí)通過風(fēng)機(jī)管道向倉(cāng)內(nèi)糧堆壓入空氣，此時(shí)進(jìn)風(fēng)口處三通閘門關(guān)閉，此三通朝上的風(fēng)門打開，出風(fēng)口處三通閘門（6）打開，此三通朝上的三通風(fēng)門（5）蓋上，氣體在壓差作用下通過管道（7）和通風(fēng)角盒等穿過糧堆向外散發(fā)，強(qiáng)制性排除糧食中的濕熱空氣； 夜晚作業(yè)時(shí)通過風(fēng)機(jī)吸出倉(cāng)內(nèi)糧堆的空氣，此時(shí)進(jìn)風(fēng)口處三通閘門打開，此三通朝上的風(fēng)門蓋上， 出風(fēng)口處三通閘門（6）關(guān)閉，此三通朝上的風(fēng)門（5）打開，使整個(gè)糧堆形成負(fù)壓， 外界氣體在壓差作用下從倉(cāng)房外進(jìn)入并橫向穿過糧堆； 兩種通風(fēng)方式均可對(duì)糧堆進(jìn)行橫向降溫通風(fēng)、均溫均濕通風(fēng)、谷物冷卻通風(fēng)、食品級(jí)惰性粉氣溶膠害蟲防治、 環(huán)流充氮和環(huán)流熏蒸等各類作業(yè)；采用機(jī)械通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)角盒外面的風(fēng)門（8）全部關(guān)閉。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到糧溫與室外空氣的溫差達(dá)到設(shè)定值以下時(shí)， 即可轉(zhuǎn)為自然通風(fēng)狀態(tài)，此時(shí)通風(fēng)角盒外面的風(fēng)門（8）全部打開。

2 主要部件的設(shè)計(jì)

零部件設(shè)計(jì)包括糧倉(cāng)、通風(fēng)角盒、風(fēng)道、控制系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)， 這些關(guān)鍵零部件直接影響著機(jī)器的性能，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要注意結(jié)構(gòu)的合理性。

2.1 糧倉(cāng)主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 糧倉(cāng)采用鋼管做骨架，鋼絲網(wǎng)為受力件，儲(chǔ)糧倉(cāng)的六面均有鋼絲網(wǎng)覆蓋，底面再加一層比較密的防鼠網(wǎng)，制成一正方體（4 m×4 m×4 m）裝糧空間，且鋼管均為可拆卸組裝式；儲(chǔ)糧倉(cāng)底部四腳及中間均布支撐立柱，儲(chǔ)糧倉(cāng)底面通過支撐立柱懸空；通風(fēng)管道（7）在下面的懸空處通入儲(chǔ)糧倉(cāng)內(nèi)部，與通風(fēng)角盒（2）聯(lián)通。

倉(cāng)頂采用弓字形結(jié)構(gòu)， 上面鋪設(shè)有可折疊的防雨布，可雨天蓋上，晴天打開，利于晾曬。儲(chǔ)糧倉(cāng)（1）正面上下開有兩個(gè)門（9），門上也有鋼板網(wǎng)，方便玉米果穗的存取。 中間還設(shè)有一種空心結(jié)構(gòu)的自然通風(fēng)通道，系用鋼絲網(wǎng)圍成的圓柱網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，上端封口，下端不封口，起到像煙囪向上吸風(fēng)的作用。 風(fēng)機(jī)選用9-19-4A 離心風(fēng)機(jī)， 功率3 kW 電機(jī)， 風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口通過管道三通與前后方向的通風(fēng)角盒管道相連，出風(fēng)口通過管道三通（4）與左右方向的通風(fēng)角盒管道（7）相連，管道三通（4）的另一出口裝一可方便打開的三通蓋板（5）。為加強(qiáng)糧溫監(jiān)測(cè)， 在儲(chǔ)糧倉(cāng)內(nèi)部四周及上下糧層之間布置溫度傳感器若干個(gè)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)， 根據(jù)溫度和時(shí)間的要求來自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)（3）的開啟。

2.2 通風(fēng)角盒的設(shè)計(jì) 通風(fēng)角盒的形狀是上端較下端細(xì)，呈三角形，便于將玉米穗分散；通風(fēng)角盒分三段， 兩端通過角盒法蘭及螺栓與四周篩網(wǎng)相連；通風(fēng)角盒上下兩層呈90 ℃錯(cuò)開布置使糧層內(nèi)濕熱氣體都能被空氣帶走； 通風(fēng)角盒的側(cè)壁也為通風(fēng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且通風(fēng)角盒兩兩相連通；通風(fēng)角盒最外端有可開閉的角盒風(fēng)門。

2.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)采用PLC 編程控制。

3 性能試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 設(shè)計(jì)并制造出JSWZTF-640型大型組合式機(jī)械通風(fēng)玉米穗儲(chǔ)糧倉(cāng)樣機(jī)1 臺(tái)，并在中試基地實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化和小批生產(chǎn)。 該機(jī)已申請(qǐng)發(fā)明專利， 強(qiáng)制性正負(fù)壓機(jī)械通風(fēng)穗干倉(cāng)及使用方法，申請(qǐng)專利公布號(hào)（CN111165192 A）。

3.1 試驗(yàn)材料與方法

3.1.1 試驗(yàn)材料 2019 年10 月15 日，在山東省高青強(qiáng)農(nóng)合作社選用其當(dāng)年新收獲水分在30%以下的濕玉米穗（去掉玉米葉及絨須等雜質(zhì)）作為試驗(yàn)材料， 對(duì)設(shè)計(jì)的大型組合式機(jī)械通風(fēng)玉米穗儲(chǔ)糧倉(cāng)樣機(jī)的工作性能進(jìn)行了裝倉(cāng)試驗(yàn)。

3.1.2 試驗(yàn)儀器 干燥箱、容重器、粉碎機(jī)、水分測(cè)試儀、濕度計(jì)等常規(guī)檢驗(yàn)化驗(yàn)設(shè)備。

3.1.3 試驗(yàn)方法 所有數(shù)據(jù)由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院出具檢測(cè)證明， 測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)中， 溫度和濕度10 月至次年1 月每周按時(shí)記錄2 次，2、3 月隔天記錄1 次， 水分指標(biāo)入倉(cāng)前記錄一次，11 月到次年1 月每月測(cè)定1 次，2、3 月上旬、 下旬測(cè)定2次，測(cè)定時(shí)在儲(chǔ)藏倉(cāng)3 個(gè)不同部位取樣（分布在倉(cāng)的頂部、中部和底部），儲(chǔ)藏過程中共測(cè)定18 次，其余指標(biāo)將3 個(gè)部位采樣混合后測(cè)定一次。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果 64 m3糧倉(cāng)迎風(fēng)面外側(cè)玉米水分為12.1%，中心層玉米水分為12.5%，內(nèi)側(cè)玉米水分為13.5%，背風(fēng)面外側(cè)玉米水分為12.6%，中心層玉米水分為12.4%，內(nèi)側(cè)玉米水分為13.8%，倉(cāng)內(nèi)玉米水分全部降到安全水分以內(nèi)， 玉米脂肪酸值在試驗(yàn)期內(nèi)變化不大，從入倉(cāng)時(shí)的37 mg/100 g緩慢增加到50 mg/100 g， 但均不超過70 mg/100 g，可安全儲(chǔ)藏。

4 結(jié)語

試驗(yàn)證明， 裝配式玉米穗儲(chǔ)糧倉(cāng)能夠做到安全儲(chǔ)糧，通過機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合，玉米穗能緩慢均勻降水，且能防鼠、無霉變現(xiàn)象，省去機(jī)械烘干環(huán)節(jié)，無熱損傷；機(jī)械通風(fēng)控溫技術(shù)的研發(fā)使糧食存儲(chǔ)復(fù)雜的工作程序變得簡(jiǎn)單， 程序自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)開停， 自動(dòng)控溫控濕， 數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄保存，可遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守，節(jié)省人力物力，通路比小，通風(fēng)均勻性好，通風(fēng)系統(tǒng)阻力小，通風(fēng)效率大幅度提高，降低了能耗和儲(chǔ)糧損失，推動(dòng)了糧食倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展；采用組裝式結(jié)構(gòu)，組裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，便于收藏，靈活性強(qiáng)，使用年限長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益可觀，農(nóng)戶可根據(jù)不同產(chǎn)量進(jìn)行組裝，滿足不同規(guī)模用戶需求。推廣農(nóng)戶玉米就倉(cāng)干燥技術(shù)，建設(shè)新型儲(chǔ)糧倉(cāng)， 是從源頭保障國(guó)家糧食安全的重要舉措，對(duì)減少糧食產(chǎn)后損失、促進(jìn)農(nóng)民增收具有重要的意義。