我国小型碾米机研发现状与发展趋势研究

2021-12-01赵倩楠仵振宇

乡村科技 2021年27期

赵倩楠仵振宇姜伟

（1.河南省特种设备安全检测研究院南阳分院，河南南阳 473000；2.南阳飞凡电梯有限公司，河南南阳 473000）

1 引言

生活离不开“衣食住行”，其中“食”为生命之本。在我国国民经济中，粮食始终占据着不可动摇的重要位置。把稻谷变为成品米的整个过程叫作碾米。经过碾制，未加工的稻谷转变为食品加工的原材料和家庭生活的必需品。目前，大多数碾米工序都由中小型企业完成，他们对于碾米设备有着特殊的要求。因此，加快研发适用于中小型企业的小型碾米机刻不容缓。

2 碾米工业简介

碾米工业是一个具有悠久历史且与人民生活密切相关的重要产业。目前，工业化碾米主要分为机械碾米和化学碾米两种方法［1］。化学碾米因为初期投资巨大、回报率低、效率低，所以无法大规模的推广应用。因此，目前我国绝大部分的大米还是通过机械碾米的方式生产。机械碾米的主要原理是将糙米从料仓经过一定的流量调节后进入白室，在高速旋转的碾辊带动下，借由稻谷和稻谷、稻谷和米筛、稻谷和米刀之间的摩擦和碰撞产生成品米，同时通过喷风机构，使得米糠与米粒脱离。

3 国内外碾米机的发展现状

中国碾米机是对从英国引进的卧式铁辊碾米机改进而来的。现在正在使用的碾米机有非常多的类型，如果从碾米作业方式进行分类，则可以具体分为：擦离型碾米机、碾削型碾米机和混合型碾米机。而所有类型碾米机的主要构成部件均有：喂料装置、碾米室、出料装置、传动装置和机架。除主要部分外，碾米机还可以配备一些辅助装置，如吸尘装置、喷水装置等，其中，吸尘装置可以解决机械堵塞故障，可以保证机械长时间工作，提高加工效率；喷水装置可以对加工中的稻米进行水抛光，加大抛光力度，从而增加成品米的光泽度。

碾米机械发展源于欧洲。日本在十九世纪引入铁辊碾米机，并在此基础上不断地更新换代，迅速走到国际前列。发展至今，日本碾米机构造设计的主要部分与我国的碾米机相差不大，仅部分结构设计的位置不同。日本在设计碾米机时将进料机构摆放在碾白室的底端，卸料机构摆放在了碾白室的首端。这种设计方法不仅减小了加工过程中物料运输的压力，而且保证了成品稻米的完整性，减少了对稻米的破坏。此外，在机械工作时，稻米的流向与重力作用方向相反，这样可以延长碾白室中米粒的滞留时间，从而增加米粒密度，而且可以使碾白室中的米粒均匀分布，避免米粒的堆积，最终提升碾米效率。日本在设计碾米机时，还将铁辊、米筛等重要部件设计为分离式的可拆卸结构，便于在损坏时更换部件。

从碾米机发展时间轴的角度看，碾米机的结构在不断地变化，功能在不断地增加，效率也在逐渐提升［2］，但最终的目标都是提高工作效率、提升质量、减小碎米概率、节省能源。

国内外不同的碾米机产品虽然已经趋于完善，但还是存在着各种各样的问题。随着科技发展，碾米机的创新也不会停止。

4 碾米机国内研发趋势

4.1 碾米机外形设计

由于碾米机的碾辊摆放设计不尽相同，碾米机外形设计又可以分为立式碾米机和横式碾米机两类［3］。立式碾米机的优点是重力不会对稻米的离心加速度产生干扰，动能消耗较低，而且安装的米刀数量多，调控便捷，稻米的翻转流畅，但是米刀磨损较快。另外，立式机在制造和安装方面要求较高，碾辊必须与水平线呈90°。横式碾米机的优点在于碾辊拆卸、维修、更换方便，工作平滑稳定，在制造和安装方面技术要求较低，辗辊与水平面平行即可；缺点是米刀安装数量少、调控复杂，虽然不易磨损，但是容易破坏稻米，碎米率高［4］。

通过对以上两种碾米机种种优缺点的分析，可以发现：相对而言，横式碾米机的性能更适合碾米。事实上，我国大部分稻米的生产加工采用的都是横式碾米机，在这方面也积累了大量的经验。因此，未来碾米机外形设计研发的重点将集中于横式碾米机。

4.2 碾辊设计

4.2.1 摩擦型碾辊结构。摩擦型碾辊主要通过摩擦力去除稻米的外壳。在机械运转过程中稻米经过料斗进入碾白室后，在碾辊高速带动下，稻米与米筛、碾辊、米刀之间会发生相互摩擦、碰撞。当摩擦加剧或者摩擦一段时间后，稻米外壳开始脱离米粒表面发生破裂、分离和滑动。这一种碾米方式被称为摩擦型擦离碾白。擦离式碾米机碾辊均为铁辊。摩擦擦离碾白的条件是能够提供足够大的压力，压力较小的情况下达不到擦离效果，只起到光洁大米的作用。如果需要提高碾米的加工效率，摩擦擦离碾白的摩擦力应该介于稻米结构强度与分离稻米皮层和胚乳所需要的最小力的范围之间。摩擦压力应适当，如果太大，则容易产生碎米；反之则将无法达到碾白效果。

4.2.2 碾削型碾辊结构。碾削型碾辊主要使用位于砂辊表面众多且锋利的砂刃，在加工过程中通过不断挂削稻米壳，使其从大米表面脱落。碾削式碾米机均为砂辊。如果碾辊表面的砂粒磨损度较高，会减小碾削碾白的整体效果。如果碾米产出的碎米率较大，可以适当降低碾辊的线速度，进而降低碎米率。但这可能会导致成品米的色泽与表面光洁程度降低。如果需要增强碾白工艺效果，可以适当增加碾辊的线速度，这样一来单位时间内碾削次数得到提高。碾削型碾白方式对稻米的碾白作用较为温和，水稻在碾白室里面的密度较小，所以相应的机型就会较大。

4.2.3 混合型辗辊结构。混合型辗辊兼具碾削型碾白结构与摩擦型擦离碾白结构的优点，以碾削方式为主，擦离方式为辅。采用这种混合式方法的优势在于可以一机出白，大大减少了碾米的次数，提高了碾米机的效率。混合型碾米机可采用铁辊或者砂辊。

4.3 碾米机结构设计

4.3.1 排料装置设计。排料装置一般紧挨着碾白室的尾部和侧面进行放置。在研发设计时，通常需要考虑三方面因素：出米口、出口调节板、排糠出口［5］。其中，出米口需要保证碾米机的正常工作，保证出料的速率；出料调节板需要实现自动开启和关闭的功能，保持高度的反应灵敏性和调节灵活；排糠出口需要保障排糠的连续性，防止堵塞的发生。

4.3.2 碾白室设计。碾白室可以说是碾米机的核心部分。碾白室研发设计时，通常需要考虑五方面因素：米机盖、方箱、碾辊筒、米刀和米筛。其中，米机盖在设计时需要考虑减少进料阻力，促使物料进入碾白室；方箱通常为一个长方形铁铸箱，需要着重考虑方箱与砂辊的间隙比例；碾辊筒为碾白室里边最主要的工作机构，需要强化对碾辊直径的计算和选择；米刀在设计时需要考虑在机械外部调节米刀与碾辊的距离，以保障碾白效果和碎米率；米筛被用来围成碾白室，排出米糠，需要充分考虑其摩擦擦离功效。

4.3.3 传动设备选择。传动设备作为实现自动化碾米的核心设备，重点在于电机的选择与V 带的设计。其中，电机的选择需要考虑转速与功率两大关键因素；V带的设计需要考虑与碾米机整体的适配性，以保障系统安全、稳定、高效运行［6］。

4.3.4 进料装置设计。进料装置具体可分为三大部分：进料斗、进料调节板、螺旋输送器。其中，进料斗的设计需要充分考虑缓存稻米、缓解冲击压力这一核心目标；进料调节板在设计时，要能够通过控制调节闸口的大小，从而控制进料的流量大小；螺旋输送器在设计时，要能够通过控制进入碾白室的稻米流量，来实现碾白室中压力的调节。