大型组合式机械通风玉米穗储粮仓的设计

崔相全， 李寒松， 张 锋， 赵 峰， 武文璇， 张宗超*， 韩梦龙

（1.山东省农业机械科学研究院，山东济南250100；2.济南市章丘区农业机械技术推广中心，山东济南250200）

玉米是我国主要的粮食作物，在全国各地均有大量种植，且随着国家土地流转政策的实施，大农户数量迅速增加，目前农户储藏玉米方式以穗储为主， 新收获的玉米穗水分含量一般在20%～35%，极易引起霉变、鼠害、虫害等，因霉变造成的储粮损失率一般在8%～15%，粮食产后损失不仅有重量损失，还有质量损失、营养损失、商业价值损失等。 目前对玉米穗储藏的研究主要集中在东北地区，东北玉米收割时间比较晚，含水率低，农户所用穗储粮仓仓容比较小，且大都没用机械通风，不太适合华北平原玉米主产区的玉米穗储藏。

粮食仓储事关国家粮食安全， 品质优良的粮食与其存储过程息息相关，其中通风良好、温度适中的仓储环境是维持粮食质量的核心。 为解决目前玉米穗仓储所存在的问题， 本研究设计并制造了一种成本低、能耗小、无污染、易实施的大储量的新型穗储粮仓，旨在延长玉米穗的储藏时间，减少霉变等所带来的质量和品质损失， 提高农户的收入，保障粮食安全。

1 总体结构及工作原理

1.1 总体结构 大型组合式机械通风玉米穗储粮仓，包括储粮仓、送风系统（包括风机、管道、通风角盒等）、数据采集系统（包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器等）及控制系统（包括PLC 控制器、显示屏、控制箱等）等。整机结构如图1 所示。

图1 整机结构图

1.2 工作原理 大型组合式机械通风玉米穗储粮仓的正常工作状态有三种：常压通风状态、正压通风状态、负压通风状态。当传感器检测到粮温与室外空气的温差达到设定值以上时， 控制系统即可开启风机（3）进行通风作业，白天由于空气温度高，湿度小，利于物料中的水分进入到空气中，所以采用压入式通风； 夜晚由于空气温度低， 湿度大，采用吸出式通风，利于将物料旁的高湿气体吸出来； 白天作业时通过风机管道向仓内粮堆压入空气，此时进风口处三通闸门关闭，此三通朝上的风门打开，出风口处三通闸门（6）打开，此三通朝上的三通风门（5）盖上，气体在压差作用下通过管道（7）和通风角盒等穿过粮堆向外散发，强制性排除粮食中的湿热空气； 夜晚作业时通过风机吸出仓内粮堆的空气，此时进风口处三通闸门打开，此三通朝上的风门盖上， 出风口处三通闸门（6）关闭，此三通朝上的风门（5）打开，使整个粮堆形成负压， 外界气体在压差作用下从仓房外进入并横向穿过粮堆； 两种通风方式均可对粮堆进行横向降温通风、均温均湿通风、谷物冷却通风、食品级惰性粉气溶胶害虫防治、 环流充氮和环流熏蒸等各类作业；采用机械通风时，通风角盒外面的风门（8）全部关闭。当温度传感器检测到粮温与室外空气的温差达到设定值以下时， 即可转为自然通风状态，此时通风角盒外面的风门（8）全部打开。

2 主要部件的设计

零部件设计包括粮仓、通风角盒、风道、控制系统等的设计， 这些关键零部件直接影响着机器的性能，因此在设计时要注意结构的合理性。

2.1 粮仓主要结构的设计 粮仓采用钢管做骨架，钢丝网为受力件，储粮仓的六面均有钢丝网覆盖，底面再加一层比较密的防鼠网，制成一正方体（4 m×4 m×4 m）装粮空间，且钢管均为可拆卸组装式；储粮仓底部四脚及中间均布支撑立柱，储粮仓底面通过支撑立柱悬空；通风管道（7）在下面的悬空处通入储粮仓内部，与通风角盒（2）联通。

仓顶采用弓字形结构， 上面铺设有可折叠的防雨布，可雨天盖上，晴天打开，利于晾晒。储粮仓（1）正面上下开有两个门（9），门上也有钢板网，方便玉米果穗的存取。 中间还设有一种空心结构的自然通风通道，系用钢丝网围成的圆柱网状结构，上端封口，下端不封口，起到像烟囱向上吸风的作用。 风机选用9-19-4A 离心风机， 功率3 kW 电机， 风机的进风口通过管道三通与前后方向的通风角盒管道相连，出风口通过管道三通（4）与左右方向的通风角盒管道（7）相连，管道三通（4）的另一出口装一可方便打开的三通盖板（5）。为加强粮温监测， 在储粮仓内部四周及上下粮层之间布置温度传感器若干个及相应的控制系统， 根据温度和时间的要求来自动控制风机（3）的开启。

2.2 通风角盒的设计 通风角盒的形状是上端较下端细，呈三角形，便于将玉米穗分散；通风角盒分三段， 两端通过角盒法兰及螺栓与四周筛网相连；通风角盒上下两层呈90 ℃错开布置使粮层内湿热气体都能被空气带走； 通风角盒的侧壁也为通风网状结构，且通风角盒两两相连通；通风角盒最外端有可开闭的角盒风门。

2.3 控制系统的设计 控制系统采用PLC 编程控制。

3 性能试验

根据设计要求， 设计并制造出JSWZTF-640型大型组合式机械通风玉米穗储粮仓样机1 台，并在中试基地实现了成果转化和小批生产。 该机已申请发明专利， 强制性正负压机械通风穗干仓及使用方法，申请专利公布号（CN111165192 A）。

3.1 试验材料与方法

3.1.1 试验材料 2019 年10 月15 日，在山东省高青强农合作社选用其当年新收获水分在30%以下的湿玉米穗（去掉玉米叶及绒须等杂质）作为试验材料， 对设计的大型组合式机械通风玉米穗储粮仓样机的工作性能进行了装仓试验。

3.1.2 试验仪器 干燥箱、容重器、粉碎机、水分测试仪、湿度计等常规检验化验设备。

3.1.3 试验方法 所有数据由山东省农业科学院出具检测证明， 测定的各项指标中， 温度和湿度10 月至次年1 月每周按时记录2 次，2、3 月隔天记录1 次， 水分指标入仓前记录一次，11 月到次年1 月每月测定1 次，2、3 月上旬、 下旬测定2次，测定时在储藏仓3 个不同部位取样（分布在仓的顶部、中部和底部），储藏过程中共测定18 次，其余指标将3 个部位采样混合后测定一次。

3.2 试验结果 64 m3粮仓迎风面外侧玉米水分为12.1%，中心层玉米水分为12.5%，内侧玉米水分为13.5%，背风面外侧玉米水分为12.6%，中心层玉米水分为12.4%，内侧玉米水分为13.8%，仓内玉米水分全部降到安全水分以内， 玉米脂肪酸值在试验期内变化不大，从入仓时的37 mg/100 g缓慢增加到50 mg/100 g， 但均不超过70 mg/100 g，可安全储藏。

4 结语

试验证明， 装配式玉米穗储粮仓能够做到安全储粮，通过机械通风和自然通风相结合，玉米穗能缓慢均匀降水，且能防鼠、无霉变现象，省去机械烘干环节，无热损伤；机械通风控温技术的研发使粮食存储复杂的工作程序变得简单， 程序自动控制风机开停， 自动控温控湿， 数据自动记录保存，可远程监控，无人值守，节省人力物力，通路比小，通风均匀性好，通风系统阻力小，通风效率大幅度提高，降低了能耗和储粮损失，推动了粮食仓储技术的发展；采用组装式结构，组装方便，维护简单，便于收藏，灵活性强，使用年限长，经济效益可观，农户可根据不同产量进行组装，满足不同规模用户需求。推广农户玉米就仓干燥技术，建设新型储粮仓， 是从源头保障国家粮食安全的重要举措，对减少粮食产后损失、促进农民增收具有重要的意义。