经溜槽装入筒仓的玉米减损效果试验

唐福元 冯家畅 严晓婕 杨文生程绪铎 温吉华 杨大明 单贺年

(南京财经大学食品科学与工程学院/粮食储运国家工程实验室1，南京 210046)(中央储备粮镇江直属库2，镇江 212006)

粮食储运工程中，降低粮食籽粒破碎率是亟待解决的重要问题。小麦、稻谷籽粒粒径较小，结构柔韧，一般的机械碰撞对其损伤较小［1］。玉米籽粒粒径较大，收获的玉米水分很高，快速干燥后，籽粒含水率快速降低，内部结构变得疏松，外表皮层变脆。浅圆仓、立筒仓、钢板仓的仓顶到仓底的落差一般在15～40 m［2］。玉米装仓时，在落差较大的筒仓内，由仓顶落到底部与钢锥斗或者坚硬的地坪发生碰撞，破碎率会显著增加，达到6% ～11%［3］。破碎的玉米会降低加工品质，影响其使用价值。另外，破碎的玉米为微生物和害虫的生长繁殖创造条件，影响储粮安全［4］。

在筒式仓内设置缓冲装置，改变粮粒自由落体的进仓状态，减小粮食的下落速度是减少玉米籽粒入仓过程中撞击破碎的有效措施［5］。如在仓内安装伸缩软管、缓冲溜槽、溜管导流装置、双漏斗溢流装置等［6］。这些缓冲装置都存在一定的缺陷。程绪铎等［7］设计了“双直溜槽与双螺旋溜槽连接式装粮器(2根溜槽)”，它的结构是2根倾斜的半圆截面的直溜槽连接两半圆截面双螺旋溜槽，直溜槽一端与仓顶入口连接，一端与螺旋溜槽连接，连接点在仓壁上，螺旋溜槽环绕仓壁下行，固定在仓壁上。这种溜管结构简单牢固，安装方便，所占仓容小，溜管行程长，可大大降低粮食到达仓底的速度。2014年4月，试验人员在中储粮镇江粮库6号筒仓安装了直溜槽与螺旋溜槽连接式装粮器(1根溜槽)，并做了玉米籽粒从粮仓仓顶经过溜槽和自由下落的碰撞试验，以及碰撞后未破碎的玉米籽粒静态压缩试验，从而起到溜槽的减损效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用玉米产自安徽淮北，其粒径长分别为:大粒径 11.54 mm，中粒径 8.96 mm，小粒径 4.32 mm(随机取样80粒所得平均值)，玉米的含水率单位是湿基(%/w.b.)。试验用的玉米的含水率为11.64%、13.54%、15.43%、16.43%w.b.。

1.2 试验设备—直溜槽与螺旋溜槽连接式装粮器

双直溜槽与双螺旋溜槽连接式装粮器(2根溜槽)的结构示意图如图1所示，直溜槽与螺旋溜槽连接式装粮器(1根溜槽)实物图如图2所示。

图1 双直溜槽与双螺旋溜槽连接式装粮器的结构示意图

图2 直溜槽与螺旋溜槽连接式装粮器实物图

1.3 试验仪器

JSFD－粉碎机:上海嘉定粮油有限公司;Brookfield CT3质构仪:美国Brookfield公司;300游标卡尺:中国桂林量具刃具厂。

1.4 试验方法

1.4.1 样品的准备

对原始样品进行除杂，除去杂质与破碎的玉米。通过105℃烘干法［8］测定其含水率，测得原始样品的含水率为13.54%w.b.。使用烘干与加湿2种方法调节玉米样品的含水率。1)取一份玉米样品(2 000 g)放在30℃烘箱内烘干5 h后，测定3次含水率，取其平均值，测得的玉米含水率为11.64%w.b.。2)根据公式1)计算出调节到目标含水率所需要增加的蒸馏水的质量，然后将加过水的玉米放进密封袋中置于15℃的人工气候箱里1周，并每天翻转密封袋1次，使水分均匀。

式中:Q为所需要添加蒸馏水的质量/kg;Wi为玉米样品的质量/kg;Mi为调制前玉米样品含水率;Mf为调制后玉米样品含水率。

测得加水后玉米样品的含水率分别为15.43%、16.43%w.b.。

1.4.2 试验步骤

(1)从25 m高的仓顶向下抛出不同含水率的玉米(11.64%、13.54%、15.43%、16.43%w.b.)，通过溜槽玉米从仓顶落到仓底，与仓底碰撞，收集落下的玉米，装回袋中，并做好标记。

(2)从25 m高的仓顶抛下不同含水率的玉米(11.64%、13.54%、15.43%、16.43%w.b.)，玉米自由下落，与仓底碰撞，收集落下的玉米，并做好标记。

(3)以未发生碰撞的玉米作为对照，碰撞试验完成后，从每个含水率和每个碰撞方式的玉米中各取出500粒，对玉米籽粒进行观察检验，得到其破碎粒，进而得到碰撞后的玉米破裂结果。

(4)对碰撞前后的玉米籽粒进行静态压缩试验，测定玉米籽粒的破坏力和破坏能。

2 结果与分析

2.1 不同方式进仓碰撞后的玉米破碎率

不同含水率的玉米籽粒经过溜槽滑入仓底和自然下落到仓底，碰撞后的玉米破碎率如图3所示。由图3可知，碰撞后的玉米的破碎率随含水率的减小而增大，这是由于含水率越低，玉米籽粒结构越疏松，表面皮层越脆，强度越低，在发生碰撞后越易破碎。

图3 不同方式碰撞后玉米破碎率

经过对比可知，不同含水率的玉米，经过溜槽下落碰撞的平均破碎率是3.84%，自然下落碰撞的平均破碎率是7.65%，经过溜槽下落碰撞的玉米的破碎率明显低于自然下落碰撞的玉米的破碎率。这是因为玉米与溜槽的摩擦减小了落到仓底时的动能而降低了玉米的下落速度，从而减小了破碎率。因此，溜槽对玉米籽粒进仓的破碎起到了减小作用。

2.2 碰撞后玉米籽粒的压缩特性

对没有发生碰撞的玉米籽粒、经过溜槽下落的玉米籽粒以及自然下落的玉米籽粒进行压缩试验，测定其破坏力、破坏能、破坏变形量，测定结果见表1～表3和图4～图5。

表1 未碰撞的玉米籽粒的压缩参数

表2 经过溜槽滑入仓底的玉米籽粒的压缩参数

表3 自然下落到仓底的玉米籽粒的压缩参数

图4 含水率为13.54%w.b.的玉米籽粒经过不同方式碰撞后的破坏力

图5 不同含水率的玉米籽粒经过不同方式碰撞后的破坏力

表1表明:未碰撞的玉米籽粒破坏力为267.99～234.74 N，平均值是 249.55 N;破坏能为 56.96 ～43.50 mJ，平均值是51.00 mJ。表2 表明:经过溜槽下落碰撞后的玉米籽粒的破坏力为246.51～227.19 N，平均值是234.96 N;破坏能为 57.37 ～43.03 mJ，平均值是49.71 mJ。表3表明:自然下落碰撞后的玉米籽粒的破坏力为225.83～212.47 N，平均值是219.09 N;破坏能为 45.38 ～ 38.85 mJ，平均值是42.43 mJ。

由表1～表3、图5可以看出，无论是未碰撞的玉米籽粒，或是经过溜槽下落碰撞后的玉米籽粒，还是自然下落碰撞后的玉米籽粒，玉米籽粒的破坏力和破坏能随着含水率的增大而减小。

比较表1～表3数据及由图4可以看出，同一含水率的玉米籽粒，没有经过碰撞的玉米籽粒的破坏力最大，经过溜槽下落的玉米籽粒的破坏力次之，自然下落的玉米籽粒的破坏力最小;就不同含水率的玉米破坏能的平均值来看，未经过碰撞的玉米籽粒的破坏能最大，经过溜槽下落的玉米籽粒的破坏能次之，自然下落的玉米籽粒的破坏能最小。

玉米通过2种方式从仓顶落下与仓底碰撞，尽管有的籽粒没有破碎，但内部结构有了损伤。玉米籽粒内部有了损伤，其抵抗破坏的能力就减小，测定的籽粒破坏力与破坏能就会减小。本试验测定的经过溜槽下落碰撞的玉米籽粒的破坏力与破坏能比自然下落碰撞的玉米籽粒的破坏力与破坏能大，表明经过溜槽下落碰撞的玉米籽粒的损伤较自然下落碰撞的玉米籽粒的损伤小，因此，溜槽对玉米籽粒进仓的损伤起到了减小作用。

3 结论

3.1 含水率在11.64% ～16.43%w.b.的范围内，玉米的含水率越小，装仓碰撞后的破碎率越大。

3.2 不同含水率的玉米，经过溜槽下落碰撞的平均破碎率是3.84%，自然下落碰撞的平均破碎率是7.65%，玉米通过溜槽从仓顶下落碰撞的破碎率明显小于自然下落碰撞的玉米籽粒的破碎率，溜槽对玉米籽粒进仓的破碎起到了减小作用。

［1］廖江明，袁传光，姚宏，等.浅圆仓玉米破碎率调查报告［J］.粮食储藏，2003，32(4):50－53

［2］陈莲，李小化.玉米破碎率增值问题的探讨［J］.粮油加工与食品机械，2003(11):53－54

［3］张明学，兰延坤，李文红，等.粮库玉米破碎因素初探［J］.粮食流通技术，2006(2):20－22

［4］张来林，朱彦，张爱强.玉米破碎的原因与解决措施［J］.粮油食品科技，2009，17(1):27 －29

［5］Shreekant R P，Rameshwar T K，Digvir SJ，et al.2001 American Society of Agricultural Engineers annual international meeting［C］，PaperNumber.06(Part.II)，Sacramento Convention Center，Sacramento，California，USA，July 30 －August 1，2001

［6］王彦超，张来林.筒式仓减少玉米入仓破碎的技术措施［J］.粮食储藏，2010(4):17－20

［7］程绪铎，严晓婕，黄之斌.双直溜槽与双螺旋溜槽连接式装粮器的结构设计［J］.粮食储藏，2013(4):42－45

［8］Suthar S H，Das S K.Some physical properties of karingda［citrullus lanatus(thumb)mansf］seeds［J］.Journal of Agricultural Engineering Research，1996，65(1):15 －22

［9］高连兴，邵志刚.斗式提升机输送大豆的机械损伤特征与机理［J］.农业工程学报，2012(5):26－30

［10］黄之斌，程绪铎.减少粮食装仓破碎率装置的设计［J］.粮食储藏，2011(1):26－29.