一種多功能玉米儲存容器的創(chuàng)新設(shè)計

陳國華安學(xué)立胡?，?/p>

(1. 湖北文理學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院，湖北 襄陽　441053；2. 湖北安豐源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，湖北 襄陽　441053)

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一種多功能玉米儲存容器的創(chuàng)新設(shè)計

陳國華1安學(xué)立2胡海瑩1

(1. 湖北文理學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院，湖北 襄陽441053；2. 湖北安豐源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，湖北 襄陽441053)

在經(jīng)過廣泛市場調(diào)研基礎(chǔ)上，基于玉米產(chǎn)品開發(fā)需求，運用創(chuàng)新優(yōu)化方法，設(shè)計一種易裝卸、具有通風(fēng)風(fēng)干、加熱烘干、驅(qū)蟲殺菌、光伏太陽能供電等多功能一體化的玉米儲存容器，并完成其控制系統(tǒng)研究。實踐應(yīng)用證明，該產(chǎn)品應(yīng)用效果良好，為玉米安全儲存提供了保障。

多功能；玉米；儲存容器；設(shè)計

玉米采后呼吸旺盛，加快成熟和衰老[1]。玉米粒內(nèi)所含脂肪及可溶性糖，主要集中于胚部，導(dǎo)致其最容易遭受蟲、霉為害，再加上胚部組織松散，易被微生物分解利用、感染。中國玉米產(chǎn)區(qū)分布很廣，特別是北方省份，收獲時天氣已冷，再加上玉米果穗外有苞葉，在植株上很可能得不到充分的日曬干燥，所以收獲時的玉米水分達(dá)到20%～35%，若遇秋季連雨月份，水分甚至高達(dá)38%～40%，即使日曬條件好的時候，其水分一般也達(dá)到17%～22%，而玉米的安全水分約為13%[2-3]。

玉米安全儲存首先要解決的是降水問題，只有把玉米的水分降低到符合安全水分標(biāo)準(zhǔn)，才能確保玉米的安全儲藏。目前主要方法有田間扒皮穗曬、通風(fēng)柵自然干燥、玉米碼風(fēng)垛自然干燥、機械烘干等。然而，這幾種方法都受到一定條件的制約，如田間扒皮穗曬雖經(jīng)實踐證明是一種較好的玉米保藏的方法，但受天氣狀況影響較大，一旦碰上雨天，其敗壞就會非常嚴(yán)重；通風(fēng)柵自然干燥及與密碼風(fēng)垛自然干燥雖然對于大范圍玉米霉變有一定的抑制作用，但受到儲存容器及通風(fēng)條件限制，有些區(qū)域得不到有效通風(fēng)的玉米會變質(zhì)；機械烘干的方法從理論上說是一種最有效的辦法，但首先要求玉米要先進行脫粒，然后才能烘干，但是玉米脫粒需要專業(yè)設(shè)備耗時費力，且在收獲季節(jié)，農(nóng)民忙于收割，根本顧及不過來脫粒。為此，許多技術(shù)人員開發(fā)研制了一些玉米儲存設(shè)備或設(shè)施。文獻[4]描述了一種谷物冷卻機低溫儲存玉米的高大平房倉，文獻[5]提到了一種空調(diào)控溫儲存玉米的高大平房倉，文獻[6]針對南方地區(qū)，探討了一種立筒倉玉米安全儲藏技術(shù)，文獻[7]和[8]分別研究了機械通風(fēng)立筒倉的安全儲存技術(shù)的應(yīng)用及恒溫恒濕內(nèi)循環(huán)控制的立筒倉技術(shù)，文獻[9]提出了老式拱板房式玉米儲藏倉。這些儲藏設(shè)備或設(shè)施主要針對的是長時間及大規(guī)模玉米倉儲問題，并不適用于農(nóng)民個體的需求。

針對上述問題，設(shè)計開發(fā)一種多功能、應(yīng)用方便的玉米儲存容器，對于玉米有效儲藏，提高農(nóng)民收益，具有十分重要的意義。

1　整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計的玉米儲存容器主要由存儲裝置、遮蔽裝置和太陽能板等組成，太陽能板通過支柱與頂部錐形遮蔽裝置連接，在頂部錐形遮蔽裝置中央部位處設(shè)計成具有通風(fēng)口的結(jié)構(gòu)，該遮蔽裝置包括倉體遮蔽部分和頂部遮蔽部分，這兩個部分可拆卸且可配套一起用來遮蔽倉體、帽體外側(cè)，倉體遮蔽部分與帽體遮蔽部分是連接在一起的，并開有拉鏈，目的在于可方便收疊。該設(shè)計的玉米儲存容器的倉體由鐵絲圍成的長方體、立方體或臺體等形狀，遮蔽裝置與倉體圍成的形狀也可以是長方體、立方體或臺體等。整體結(jié)構(gòu)見圖1。

1. 總開關(guān)2. 紅外感應(yīng)器3. 加熱開關(guān)4. 側(cè)向紅外感應(yīng)器5. 遮蔽裝置6. 太陽能板7. 進風(fēng)口8. 支柱9. 頂部錐形遮蔽裝置10. 存儲裝置11. 支腳

圖1玉米儲存容器的整體結(jié)構(gòu)

Figure 1The overall structure of a multifunctioncorn storage container

該玉米棒存儲容器，包括側(cè)壁、底部、頂部、內(nèi)網(wǎng)等，側(cè)壁主要由外鋼絲網(wǎng)與豎直均勻設(shè)置的加強柱圍成，在側(cè)壁上開設(shè)有一個活動門，底部主要包括底柱、底部框架、擋板等裝置，頂部由頂部框架和吊環(huán)組成，吊環(huán)與加強柱固定連接在一起，頂部框架、底部框架均設(shè)計為與加強柱固定連接的加強筋，內(nèi)網(wǎng)上端與頂部框架的加強筋固定連接、下端與底部框架的加強筋固定連接。這樣，該玉米存儲倉既具有牢固的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，又便于玉米棒的存放、風(fēng)干和晾曬。搬運玉米棒時，可使用吊車通過吊索吊起玉米棒存儲倉，將玉米棒整倉移動到運輸車上方，然后打開活動門，就可以很方便直接倒入車斗內(nèi)，由此大大簡化了玉米棒搬運過程和減輕了農(nóng)戶的搬運勞動量，其結(jié)構(gòu)見圖2。

該玉米儲存容器的主要參數(shù)：外直徑1.2 m，內(nèi)直徑0.2 m，高度1.5 m，儲藏量1.26 m3，占地面積1.13 m2。

2　功能設(shè)計

2.1通風(fēng)風(fēng)干功能設(shè)計

降水是玉米儲存的關(guān)鍵。玉米棒收獲之后，由于濕度較大，不能直接脫粒進行儲存，大多采用露天晾曬等方式使其

1. 絕緣塊2. 電極網(wǎng)3. 內(nèi)網(wǎng)4. 中心擋風(fēng)板5. 底部活動門6. 吊裝環(huán)7. 立柱8. 頂部框9. 外網(wǎng)10. 底部絕緣安裝塊11. 活動門把手12. 底部支柱

圖2玉米棒存儲倉體的整體結(jié)構(gòu)圖

Figure 2The overall structure of a multifunctioncorn storage body

干燥后，才能進行脫粒。在雨天等惡劣天氣情況時，現(xiàn)有的處理方式中，有的采用大面積的遮雨帆布給堆積的玉米棒進行遮擋雨水，有的為堆積的玉米棒架起一個個大型的遮雨拱棚。這樣的處理方案響應(yīng)慢，若遇到連續(xù)雨天，玉米棒無法及時晾干，因此，本設(shè)計在頂部錐形遮蔽裝置中央設(shè)計有一通風(fēng)裝置，由風(fēng)扇、擋板和圓形外框組成，見圖3，可保證雨季對玉米進行風(fēng)干處理。

1. 風(fēng)扇　2. 擋板　3. 圓形外框

2.2加熱烘干功能設(shè)計

將該玉米儲存容器設(shè)計為加熱功能，目的也是為了對存儲的玉米進行烘干處理，通常與通風(fēng)裝置配合使用。為促進玉米棒水分蒸發(fā)和促使玉米棒表面空氣流動，并不需要使用大功率風(fēng)扇和大功率發(fā)熱絲，選用小功率風(fēng)扇和小功率發(fā)熱絲，能達(dá)到風(fēng)干和烘干的雙重目的，并且電能消耗小，幾乎無噪音，加熱功能裝置設(shè)計見圖4。

1. 圓形外框　2. 加熱絲

2.3驅(qū)蟲、殺菌功能設(shè)計

玉米粒含有非常豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，玉米胚最容易遭受蟲蛀、細(xì)菌感染，為了防止儲存的玉米免被蟲、菌的侵害，在玉米儲存容器中設(shè)計了驅(qū)蟲、殺菌功能。為了實現(xiàn)該功能，只需要在風(fēng)扇上方頂部錐形遮蔽裝置下部中央處設(shè)計一個藥劑盛放盒(見圖5)即可。在驅(qū)蟲藥劑盛放盒內(nèi)加添加能揮發(fā)的驅(qū)蟲藥劑，在風(fēng)扇風(fēng)力的帶動下，驅(qū)蟲藥劑成分隨空氣一起在玉米棒表面流動，達(dá)到驅(qū)蟲、除蟲目的。

3　控制系統(tǒng)設(shè)計

多功能玉米儲存容器的控制系統(tǒng)，主要包括光伏太陽能板、太陽能控制器、蓄電池、高壓驅(qū)蟲模塊、通風(fēng)模塊、加熱模塊等組成。太陽能板通過太陽能板控制器與蓄電池電連接，太陽能板控制器可控制太陽能板對蓄電池充電，另外，根據(jù)支柱的結(jié)構(gòu)，太陽能板控制器還可具備跟隨太陽變換太陽能板角度、方向的功能。

1. 藥劑盒　2. 支架　3. 圓形外框　4. 揮發(fā)孔

高壓驅(qū)蟲模塊可產(chǎn)生高壓電極，產(chǎn)生的電壓可控制在3 000～8 000 V，這樣既能產(chǎn)生高電壓除蟲殺菌，又能產(chǎn)生臭氧，高壓并非一直導(dǎo)通，通過控制器定時通電一次，干擾微生物和蛀蟲生長。

在晴天日曬時間可將玉米棒去皮后置于存儲倉內(nèi)，并將其置于曬場，將遮蔽裝置除去后，太陽能板即能給蓄電池充電，通過開關(guān)控制風(fēng)扇和發(fā)熱裝置開斷。若單獨開風(fēng)扇對存儲倉進行送風(fēng)，也可達(dá)到風(fēng)干玉米棒的目的。若風(fēng)扇和發(fā)熱裝置同時打開，可對玉米棒進行烘干。雨天或者晚上將遮蔽裝置固定于儲存裝置上，操作開關(guān)對玉米棒繼續(xù)進行風(fēng)干或者烘干。在驅(qū)蟲藥劑盛放盒內(nèi)加添加能揮發(fā)的驅(qū)蟲藥劑，在風(fēng)扇風(fēng)力的帶動下，驅(qū)蟲藥劑成分隨空氣一起在玉米棒表面流動，達(dá)到驅(qū)蟲、除蟲目的。整個控制系統(tǒng)見圖6。

圖6　太陽能控制系統(tǒng)電路圖

控制系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：太陽能電池電壓12 V，功率100 W；蓄電池電壓12 V，功率100 Ah；風(fēng)扇電壓12 V，功率20 W；加熱絲電壓12 V，功率100 W。

4　結(jié)論

本研究設(shè)計的多功能玉米儲存容器通過設(shè)置太陽能裝置，可實現(xiàn)清潔節(jié)能；通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使容器具有通風(fēng)風(fēng)干功能，節(jié)省了人工鋪開晾曬的人力和時間成本；通過設(shè)置風(fēng)扇、發(fā)熱裝置，增加了空氣流通效果，便于熱氣流對玉米棒進行烘干風(fēng)干；通過設(shè)計驅(qū)蟲藥劑盛放盒，可防止蛀蟲等蟲菌侵?jǐn)_滋生，便于玉米棒的存儲和干燥防潮；通過對儲存裝置的改造，并通高壓產(chǎn)生臭氧，具有了更好的干燥防潮除蟲效果?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，應(yīng)用該裝置儲存玉米，其損失率由25%～40%降低到5%以下，玉米霉變粒含量由8%左右降低到2%以內(nèi)。目前，該產(chǎn)品在市場中已得到了推廣應(yīng)用，獲得了良好社會和經(jīng)濟效益。

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Innovative design for a multifunctional corn storage container

CHEN Guo-hua1ANXue-li2HUHai-ying1

(1.SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineeringofHubeiUniversityofArtsandScience,Xiangyang,Hubei441053,China; 2.HubeiAnfengyuanAgriculturalDevelopmentCo.,Ltd.,Xiangyang,Hubei441053,China)

Based on the extensive market investigation and full consideration of the product development demanding, a new multifuntional corn storage container was designed using a optimization design principlein in this study. The new container was integrated with ventilation air-drying, heating and drying, deworming and sterilization, and energy supplied by photovoltaic solar power. Then its solar control system was realized. Our practical application shows that the product works well and guarantees a safe storage of corn.

multifunction; corn; storage container; design

湖北省科技計劃項目(編號：2014AAA007)

陳國華(1976—)，男，湖北文理學(xué)院副教授，博士。

E-mail：59782071@163.com

2016—01—28

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.08.030