陳國(guó)華安學(xué)立胡海瑩

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

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一種多功能玉米儲(chǔ)存容器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

陳國(guó)華1安學(xué)立2胡海瑩1

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

在經(jīng)過(guò)廣泛市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上，基于玉米產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求，運(yùn)用創(chuàng)新優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)一種易裝卸、具有通風(fēng)風(fēng)干、加熱烘干、驅(qū)蟲(chóng)殺菌、光伏太陽(yáng)能供電等多功能一體化的玉米儲(chǔ)存容器，并完成其控制系統(tǒng)研究。實(shí)踐應(yīng)用證明，該產(chǎn)品應(yīng)用效果良好，為玉米安全儲(chǔ)存提供了保障。

多功能；玉米；儲(chǔ)存容器；設(shè)計(jì)

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(chóng)、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(guó)玉米產(chǎn)區(qū)分布很廣，特別是北方省份，收獲時(shí)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(shí)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(shí)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(chǔ)存首先要解決的是降水問(wèn)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(chǔ)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(jī)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(shí)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(huì)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(duì)于大范圍玉米霉變有一定的抑制作用，但受到儲(chǔ)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(huì)變質(zhì)；機(jī)械烘干的方法從理論上說(shuō)是一種最有效的辦法，但首先要求玉米要先進(jìn)行脫粒，然后才能烘干，但是玉米脫粒需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備耗時(shí)費(fèi)力，且在收獲季節(jié)，農(nóng)民忙于收割，根本顧及不過(guò)來(lái)脫粒。為此，許多技術(shù)人員開(kāi)發(fā)研制了一些玉米儲(chǔ)存設(shè)備或設(shè)施。文獻(xiàn)[4]描述了一種谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)存玉米的高大平房倉(cāng)，文獻(xiàn)[5]提到了一種空調(diào)控溫儲(chǔ)存玉米的高大平房倉(cāng)，文獻(xiàn)[6]針對(duì)南方地區(qū)，探討了一種立筒倉(cāng)玉米安全儲(chǔ)藏技術(shù)，文獻(xiàn)[7]和[8]分別研究了機(jī)械通風(fēng)立筒倉(cāng)的安全儲(chǔ)存技術(shù)的應(yīng)用及恒溫恒濕內(nèi)循環(huán)控制的立筒倉(cāng)技術(shù)，文獻(xiàn)[9]提出了老式拱板房式玉米儲(chǔ)藏倉(cāng)。這些儲(chǔ)藏設(shè)備或設(shè)施主要針對(duì)的是長(zhǎng)時(shí)間及大規(guī)模玉米倉(cāng)儲(chǔ)問(wèn)題，并不適用于農(nóng)民個(gè)體的需求。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種多功能、應(yīng)用方便的玉米儲(chǔ)存容器，對(duì)于玉米有效儲(chǔ)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(jì)

本設(shè)計(jì)的玉米儲(chǔ)存容器主要由存儲(chǔ)裝置、遮蔽裝置和太陽(yáng)能板等組成，太陽(yáng)能板通過(guò)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(jì)成具有通風(fēng)口的結(jié)構(gòu)，該遮蔽裝置包括倉(cāng)體遮蔽部分和頂部遮蔽部分，這兩個(gè)部分可拆卸且可配套一起用來(lái)遮蔽倉(cāng)體、帽體外側(cè)，倉(cāng)體遮蔽部分與帽體遮蔽部分是連接在一起的，并開(kāi)有拉鏈，目的在于可方便收疊。該設(shè)計(jì)的玉米儲(chǔ)存容器的倉(cāng)體由鐵絲圍成的長(zhǎng)方體、立方體或臺(tái)體等形狀，遮蔽裝置與倉(cāng)體圍成的形狀也可以是長(zhǎng)方體、立方體或臺(tái)體等。整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1. 總開(kāi)關(guān)2. 紅外感應(yīng)器3. 加熱開(kāi)關(guān)4. 側(cè)向紅外感應(yīng)器5. 遮蔽裝置6. 太陽(yáng)能板7. 進(jìn)風(fēng)口8. 支柱9. 頂部錐形遮蔽裝置10. 存儲(chǔ)裝置11. 支腳

圖1玉米儲(chǔ)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(chǔ)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(qiáng)柱圍成，在側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有一個(gè)活動(dòng)門(mén)，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(qiáng)柱固定連接在一起，頂部框架、底部框架均設(shè)計(jì)為與加強(qiáng)柱固定連接的加強(qiáng)筋，內(nèi)網(wǎng)上端與頂部框架的加強(qiáng)筋固定連接、下端與底部框架的加強(qiáng)筋固定連接。這樣，該玉米存儲(chǔ)倉(cāng)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(yùn)玉米棒時(shí)，可使用吊車(chē)通過(guò)吊索吊起玉米棒存儲(chǔ)倉(cāng)，將玉米棒整倉(cāng)移動(dòng)到運(yùn)輸車(chē)上方，然后打開(kāi)活動(dòng)門(mén)，就可以很方便直接倒入車(chē)斗內(nèi)，由此大大簡(jiǎn)化了玉米棒搬運(yùn)過(guò)程和減輕了農(nóng)戶(hù)的搬運(yùn)勞動(dòng)量，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

該玉米儲(chǔ)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(chǔ)藏量1.26 m3，占地面積1.13 m2。

2　功能設(shè)計(jì)

2.1通風(fēng)風(fēng)干功能設(shè)計(jì)

降水是玉米儲(chǔ)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(jìn)行儲(chǔ)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(dòng)門(mén)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(dòng)門(mén)把手12. 底部支柱

圖2玉米棒存儲(chǔ)倉(cāng)體的整體結(jié)構(gòu)圖

Figure 2The overall structure of a multifunctioncorn storage body

干燥后，才能進(jìn)行脫粒。在雨天等惡劣天氣情況時(shí)，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(jìn)行遮擋雨水，有的為堆積的玉米棒架起一個(gè)個(gè)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(wú)法及時(shí)晾干，因此，本設(shè)計(jì)在頂部錐形遮蔽裝置中央設(shè)計(jì)有一通風(fēng)裝置，由風(fēng)扇、擋板和圓形外框組成，見(jiàn)圖3，可保證雨季對(duì)玉米進(jìn)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(jì)

將該玉米儲(chǔ)存容器設(shè)計(jì)為加熱功能，目的也是為了對(duì)存儲(chǔ)的玉米進(jìn)行烘干處理，通常與通風(fēng)裝置配合使用。為促進(jìn)玉米棒水分蒸發(fā)和促使玉米棒表面空氣流動(dòng)，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(wú)噪音，加熱功能裝置設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

1. 圓形外框　2. 加熱絲

2.3驅(qū)蟲(chóng)、殺菌功能設(shè)計(jì)

玉米粒含有非常豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，玉米胚最容易遭受蟲(chóng)蛀、細(xì)菌感染，為了防止儲(chǔ)存的玉米免被蟲(chóng)、菌的侵害，在玉米儲(chǔ)存容器中設(shè)計(jì)了驅(qū)蟲(chóng)、殺菌功能。為了實(shí)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(jì)一個(gè)藥劑盛放盒(見(jiàn)圖5)即可。在驅(qū)蟲(chóng)藥劑盛放盒內(nèi)加添加能揮發(fā)的驅(qū)蟲(chóng)藥劑，在風(fēng)扇風(fēng)力的帶動(dòng)下，驅(qū)蟲(chóng)藥劑成分隨空氣一起在玉米棒表面流動(dòng)，達(dá)到驅(qū)蟲(chóng)、除蟲(chóng)目的。

3　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多功能玉米儲(chǔ)存容器的控制系統(tǒng)，主要包括光伏太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能控制器、蓄電池、高壓驅(qū)蟲(chóng)模塊、通風(fēng)模塊、加熱模塊等組成。太陽(yáng)能板通過(guò)太陽(yáng)能板控制器與蓄電池電連接，太陽(yáng)能板控制器可控制太陽(yáng)能板對(duì)蓄電池充電，另外，根據(jù)支柱的結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能板控制器還可具備跟隨太陽(yáng)變換太陽(yáng)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(chóng)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(chóng)殺菌，又能產(chǎn)生臭氧，高壓并非一直導(dǎo)通，通過(guò)控制器定時(shí)通電一次，干擾微生物和蛀蟲(chóng)生長(zhǎng)。

在晴天日曬時(shí)間可將玉米棒去皮后置于存儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)，并將其置于曬場(chǎng)，將遮蔽裝置除去后，太陽(yáng)能板即能給蓄電池充電，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制風(fēng)扇和發(fā)熱裝置開(kāi)斷。若單獨(dú)開(kāi)風(fēng)扇對(duì)存儲(chǔ)倉(cāng)進(jìn)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(shí)打開(kāi)，可對(duì)玉米棒進(jìn)行烘干。雨天或者晚上將遮蔽裝置固定于儲(chǔ)存裝置上，操作開(kāi)關(guān)對(duì)玉米棒繼續(xù)進(jìn)行風(fēng)干或者烘干。在驅(qū)蟲(chóng)藥劑盛放盒內(nèi)加添加能揮發(fā)的驅(qū)蟲(chóng)藥劑，在風(fēng)扇風(fēng)力的帶動(dòng)下，驅(qū)蟲(chóng)藥劑成分隨空氣一起在玉米棒表面流動(dòng)，達(dá)到驅(qū)蟲(chóng)、除蟲(chóng)目的。整個(gè)控制系統(tǒng)見(jiàn)圖6。

圖6　太陽(yáng)能控制系統(tǒng)電路圖

控制系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：太陽(yáng)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(jì)的多功能玉米儲(chǔ)存容器通過(guò)設(shè)置太陽(yáng)能裝置，可實(shí)現(xiàn)清潔節(jié)能；通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使容器具有通風(fēng)風(fēng)干功能，節(jié)省了人工鋪開(kāi)晾曬的人力和時(shí)間成本；通過(guò)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(duì)玉米棒進(jìn)行烘干風(fēng)干；通過(guò)設(shè)計(jì)驅(qū)蟲(chóng)藥劑盛放盒，可防止蛀蟲(chóng)等蟲(chóng)菌侵?jǐn)_滋生，便于玉米棒的存儲(chǔ)和干燥防潮；通過(guò)對(duì)儲(chǔ)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(chóng)效果?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，應(yīng)用該裝置儲(chǔ)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?xún)?nèi)。目前，該產(chǎn)品在市場(chǎng)中已得到了推廣應(yīng)用，獲得了良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2014AAA007)

陳國(guó)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