一种新型柔性智能碾米机

戴智华,黄文雄，程 科，郭亚丽，周 娜，谢 健，余 魁，宋少云

(1.衢州市库米赛诺粮食机械制造有限公司，浙江 衢州 324000；2.国粮武汉科学研究设计院有限公司，湖北 武汉 430079；3.武汉轻工大学，湖北 武汉 430023)

粮食安全是事关人类生存的根本性问题，减少粮食损耗是保障粮食安全的重要途径。中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《粮食节约行动方案》明确提出，到2025年，粮食全产业链各环节节粮减损举措更加硬化实化细化，推动节粮减损取得更加明显成效。我国作为全球第一大稻谷生产国，占全球比重近30%，年消费大米近1亿t，然而稻谷加工精制米的出品率一般在65%左右，大量的资源在加工过程中损耗。碎米率减少10%，每年至少可以增加整米50亿～100亿kg，相当于增加耕地66.67万～133.33万hm2，可解决5千万至1亿人口一年的口粮。同时可以显著节能环保，减少碳排放。如何提升粮食加工技术和装备研发水平，节粮减损是当前重要的研究课题[1]。

在稻谷加工过程中，70%以上的碎米产生在砻谷和碾米阶段[2]。碾米机作为稻谷加工的主要设备，在提高粮食利用率方面起到至关重要的作用。新型的大米分层柔性智能砂带碾米技术，实现了大米加工产业方面的“三降”(降碎、降温、降耗)和“三增”(增量、增质、增效)。

1 碾米机发展历史

我国的稻作栽培历史已有1.4万年以上，是已知的世界栽培稻起源地。依据大量的文献记载及稻米加工工具文物，原始的稻米加工工艺主要是利用碾盘、杵臼、碓等工具进行碾磨和舂米使稻米脱壳和碾白[3]，这种原始的舂米工具为第一代碾米机的原型。随着工业革命的兴起，大机器生产代替手工劳动，各种通过压力碾磨使谷糙分离的铁辊和砂辊碾米机由欧洲率先研制而成，大米加工工艺较传统工艺发生了巨大的变化，生产效率得到较大的提高。上世纪80～90年代后，碾米工业逐渐采用“多机轻碾”工艺，即砂辊与铁辊碾米机组合使用，常见的有“两砂一铁”的三机串联碾白，最大程度降低加工过程中米粒的破碎[4]。这种压力碾米设备称为第二代碾米机。近年来，分层柔性智能砂带型碾米机的成功研制，彻底颠覆了传统设备的“压力摩擦”原理及其砂辊、铁辊等传统结构，进一步解决了稻米加工行业长期存在的高增碎、高能耗、高米温等“三高”问题，成为碾米行业的第三次技术革命。第三代高性能、节能型砂带碾米机见图1。

图1 第三代高性能、节能型砂带碾米机

2 新型碾米机的优点

传统压力碾米机种类繁多，但其结构通常由进料装置、碾白室、出料装置等构成，其中碾白室是核心部件。它的结构包括砂辊或铁辊、螺旋推进器、米筛以及米刀等。作业时，糙米从进料装置进入米机碾白室内，通过砂辊内压力和机械力的推动，使糙米在碾白室内得到挤压，糙米表皮经过连续反复“刀削”和“擦离”之后去掉皮层，使其开糙、碾白，完成碾米作业。砂辊或铁辊在磨削糙米的过程中，由于砂辊或铁辊磨具自身无弹性、磨削压力大，糙米在磨削过程中易被压碎，导致碎米率增高。同时，电机功耗大、温升情况明显，造成大米产后损失严重以及能源损耗。

新型高性能节能型砂带碾米机，用砂带磨米工艺替代挤压磨米工艺。在砂带滚筒外围设置多个相互独立且成整体的碾白室。糙米在碾白过程中，米流被均匀、独立地导入各碾白室。在碾白室中，米粒依靠自重下落并与砂带发生碰撞，米粒与旋转砂带之间形成高速线速差，经旋转砂带均匀磨削加工而生成白米(见图2)。

图2 新型碾米机结构示意图

这种新型碾米机不仅省略了砂辊(或铁辊)、螺旋推进器、米筛、米刀和压力门等构件，而且由于在加工过程中糙米始终处于低压强状态，米粒不易破碎且摩擦产生的热量较低，大米的温升和能耗得到有效的降低。新型碾米机在进料装置、碾白室、排料装置等结构上与传统碾米机的对比见表1。新型碾米机与传统碾米机“三高”比较见表2。

表1 新型碾米机与传统碾米机结构比较

表2 新型碾米机与传统碾米机“三高”比较

由表2可见，新型碾米机在解决高增碎、高能耗、高米温三高问题上相比传统碾米机改进效果明显。相比传统碾米机，新型碾米机增碎率由15%降至4%，降幅73.3%；单位能耗由25 kW/t降至7.5 kW/t,降幅70%；碾米温升由30℃降至8℃，降幅73.3%。

3 新型碾米机主要结构设计特点

3.1 砂带式滚筒

砂带式滚筒由主滚筒、张紧滚筒、砂带组成(见图3)。主滚筒和张紧滚筒筒体部分均为竖立设置的圆柱体，张紧滚筒筒体的直径小于主滚筒，砂带套设在滚筒外侧。主滚筒由电机驱动，带动砂带、张紧滚筒运动，主滚筒、张紧滚筒、砂带形成一个完整的砂辊结构。砂带外表面为粗糙表面，用于与糙米接触进行碾磨。进料装置、出料装置分别位于滚筒的上下方，碾白室环绕砂带设置。为了避免砂带在工作过程中受重力影响向下滑动，砂带式滚筒设置有砂带偏转调节装置，可以根据砂带的实时状态对砂带位置进行调整，确保砂带在滚筒中间一定范围内上下运动，使设备的可靠性更高。

图3 砂带式滚筒结构示意图

3.2 碾白室

在滚筒砂带的外围设计有多个相互独立且成整体单元的碾白室，每个碾白室的高度一致，且与主滚筒的高度匹配。碾米室主要由碾米腔、进料口以及出料口组成(见图4)。

图4 碾白室结构示意图

碾米腔由三块平板依次连接形成横截面呈梯形的结构，梯形的底部为开口且朝向砂带。糙米经进料通道从进料口进入碾米腔并在碾米腔内被碾磨。在碾米腔内，糙米不仅自上而下自由落体运动，而且还被砂带带动自转，糙米与旋转砂带之间形成高速线速差，进而被砂带磨削成精米，并掉落至出料口传送到出米通道中。被磨削掉的谷糠则掉落到排糠通道被收集。

3.3 排糠系统

出料口底部设置有排糠机构，用来分离从碾白室流出的精米与谷糠混合物。排糠机构包括分离器、出糠管以及负压生产器。其中，分离器内壁两侧沿长度方向依次交错设置多个导流板；分离器侧面设置与之相连的出糠管，用于收集谷糠；出糠管中设置负压生成器，用于生成负压对分离器中的谷糠产生吸力，使谷糠进入出糠管。

碾磨后的精米与谷糠混合物，精米经分离器的导流板导流后，从分离器底部流出并被收集，而谷糠由于相对于精米较轻，在分离器中受负压的影响，被吸入出糠管排出，从而整个排糠系统实现精米与谷糠的分离功能。

4 结论

第三代高性能、节能新型碾米机采用分层柔性砂带碾磨技术，彻底颠覆了传统设备的“压力摩擦”原理及其砂辊、铁辊等传统结构，解决了长期困扰稻米加工行业“高增碎、高能耗、高米温”的三高痼疾，为国内稻米产区进行品种供给侧结构性调整、节粮减损提供了强大的技术和装备保障。