提高大米拋光機拋光光潔度降低碎米率的方法研究

顏 俊，胡治湘，羅紅武，劉耀華，朱建武

(湖南郴州糧油機械有限公司，湖南 郴州 423000)

隨著大米加工工藝越來越完善，大米加工過程一般有清理、礱谷、谷糙分離、碾米、拋光、白米分級、色選等一系列工序。目前，拋光的方法主要是膜化法[1]，即利用拋光機的機械作用力產(chǎn)生的熱及加進(jìn)去的水，將大米表面的淀粉粒通過預(yù)糊化作用轉(zhuǎn)變成包裹米粒的膠質(zhì)化淀粉膜。拋光是大米加工中至關(guān)重要一個環(huán)節(jié)，同時也是產(chǎn)生碎米較多的工序。通常采用噴霧著水、強拉風(fēng)的方法和“多機輕拋、強拉風(fēng)低溫拋光”的工藝來解決光潔度低、碎米率高的問題；但增多拋光機數(shù)量的同時也增加了生產(chǎn)線的能耗，所以一般的生產(chǎn)線采用三、四道拋光。然而，在生產(chǎn)線上經(jīng)常出現(xiàn)拋光光潔度高時碎米率高，降低碎米率時拋光光潔度又過低的情況，嚴(yán)重的影響到大米加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，如何解決拋光光潔度和碎米率矛盾的問題值得深入研究。筆者根據(jù)多年研究和設(shè)計拋光機的經(jīng)驗，對拋光機拋光光潔度和碎米率矛盾的問題進(jìn)行探討。

1 拋光的原理

碾米機研削碾白所得的米粒表面粗糙，在凹陷處積聚了無數(shù)細(xì)微的胚乳淀粉和糠層的屑末，稱為糠粉。噴霧著水拋光能夠較徹底地碾除糠粉，在擦離碾白壓力和伴生的較高的摩擦溫度下使淀粉細(xì)末半糊化形成較光滑的表面[2]。光潔度是指米粒的粒面光滑潔凈的程度，是觀感質(zhì)量。經(jīng)過碾白的大米由進(jìn)料斗進(jìn)入拋光室，水通過進(jìn)水管與一定壓力的“氣”均勻混成霧狀，通過主軸通風(fēng)槽，靠外置強拉風(fēng)機將水霧均勻吸附到白米表面，著水后的白米沿著拋光輥表面前進(jìn)，按一定線速旋轉(zhuǎn)的拋光輥擦離白米表層，并使米與米、米與米篩之間相互碰撞、碾削、摩擦翻滾及軸向輸送，使其達(dá)到拋光的效果。同時通過強拉吸風(fēng)作用迫使糠粉及部分水霧脫離拋光機，不使大米因拋光著水后水分增加，拋光后的大米有一定的光潔度。

2 光潔度和碎米率的關(guān)系

拋光機的拋光效果由碰撞、拋光壓力、翻滾及軸向輸送四個因素所決定，要想達(dá)到最佳光潔度效果就需在設(shè)計和使用過程中考慮這四個因素。拋光過程中碎米產(chǎn)生的主要原因是米粒在拋光室內(nèi)所受的壓力大于米粒本身的韌性，從而造成米粒斷裂，形成碎米。拋光機的拋光光潔度和壓力成一定的正比例關(guān)系，壓力越大，拋光光潔度越高；但當(dāng)壓力增大時也會使米粒斷裂的幾率增大，從而增加碎米率，故可看出拋光機的拋光光潔度和碎米率也成一定的正比例關(guān)系。然而，拋光光潔度并非由拋光壓力一個因素所控制，要想打破拋光光潔度和碎米率正比例關(guān)系，就應(yīng)在控制最佳壓力的同時，增強拋光室中碰撞、翻滾及軸向輸送三個要素對米粒的作用，從而使拋光機能在達(dá)到最佳拋光光潔度的同時盡量降低碎米率。

3 提高拋光光潔度、減少碎米率的方法和措施

3.1 設(shè)計方面

拋光機是國內(nèi)最常見的碾米設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較簡單，其技術(shù)參數(shù)基本上已固定，各種拋光機的區(qū)別主要在于拋光室內(nèi)部的零部件技術(shù)參數(shù)的不同。要想在設(shè)計上解決拋光機拋光光潔度和碎米率的矛盾關(guān)系可以從以下5個方面進(jìn)行改變。

3.1.1拋光輥的參數(shù)或形式設(shè)計

拋光輥是碾白室中米粒產(chǎn)生碰撞、翻滾、摩擦的動力來源，拋光輥的設(shè)計影響到拋光機的產(chǎn)量、出米率、碎米率和能耗等技術(shù)指標(biāo)。拋光輥的設(shè)計參數(shù)主要有螺旋筋長度和螺旋升角、與篩板的最小間隙、結(jié)構(gòu)形式。螺旋筋長度和螺旋升角在一定范圍內(nèi)會嚴(yán)重影響米粒的碰撞、翻滾及軸向輸送等作用，當(dāng)螺旋筋長度減短，拋光螺旋升角增大時，拋光輥對米粒的碰撞、翻滾作用會增強，其對米粒的軸向輸送會減弱。所以，為了獲得合適的大米光潔度和較低的碎米率，拋光輥的螺旋升角一般取5°～7°；拋光輥的導(dǎo)程一般取(3 800～5 400)mm。在設(shè)計中也會適當(dāng)?shù)脑黾勇菪铋L度，因為增加螺旋筋長度會增加砂輥的軸向輸送作用，提高大米的輸出能力，減少碰撞時間，降低碎米率；減小拋光螺旋升角可使米粒在拋光室內(nèi)的時間增長，能更加充分的翻滾和摩擦，從而增加拋光光潔度。拋光輥與篩板的間隙過小，會影響大米的流動量，翻滾不充分，拋光光潔度降低；過大，碰撞激烈，會增加碎米率。經(jīng)過多年的摸索，我們認(rèn)為，拋光輥與篩板的間隙控制在(10～14)mm時較為適宜。拋光輥結(jié)構(gòu)形式，目前有兩種，一是凸筋形式(圖1)，一是球體(1/4圓球體、1/4橢圓球體)規(guī)則排列形式(圖2)。

圖2 拋光輥(球體)

圖1 拋光輥(凸筋)

凸筋形式，有2～6筋均布焊于拋光輥筒，筋條越多，拋光越均勻，但拋光室空間較小，這樣產(chǎn)量會低，拋光壓力會小，翻滾及軸向輸送等作用會減弱，拋光光潔度會差些，碎米率也會低些。目前，從設(shè)計角度一般采用3筋和4筋拋光輥，這樣在提高拋光光潔度和降低碎米率矛盾之間找到平衡點。球體規(guī)則排列形式的拋光輥，拋光輥上橢圓球的數(shù)量多，增加了大米的翻滾次數(shù)，增強了拋光效果，提高了大米表面的光亮度。球面與筋條拋光輥相比，加大了拋光面積，球交錯均勻分布，使得局部過高的壓力通過球面本身和交錯的間隙得以緩解，減少了硬碰硬的碰撞，從而減少了碎米的產(chǎn)生，增碎率為1%左右。當(dāng)拋光機在市場上遇到拋光光潔度不夠或者碎米率過高時可以根據(jù)客戶的特殊需求改變拋光輥設(shè)計參數(shù)，制作滿足客戶需求的特制拋光輥，使拋光機能達(dá)到最佳效果[3]。

3.1.2米篩

米篩主要用于分離拋光室內(nèi)的米糠和增強米粒的碰撞、切削、摩擦，米篩的篩孔的尺寸、形狀設(shè)計會影響到米糠的排除效果、碎米率和拋光光潔度。當(dāng)篩孔尺寸過小時，米糠難以排除，小碎米易卡篩片造成堵塞，從而造成碎米；當(dāng)篩孔尺寸過大時，雖有利于米糠的排出，但米粒也會容易嵌入篩孔中，造成米粒斷裂，從而增加碎米，所以選擇合適的篩孔尺寸相當(dāng)重要。

同時為了方便米糠排除，篩孔會設(shè)計成內(nèi)小外大的形式，增強米糠的通過性，減少米糠堵篩孔現(xiàn)象。米篩的形狀一般設(shè)計為直孔(圖3)、順向(圖4)、逆向(圖5)三種形式，順向孔即篩孔的軸向與拋光輥旋轉(zhuǎn)的方向成銳角，順向篩片能適當(dāng)降低篩片對米粒碰撞、切削、摩擦作用，當(dāng)拋光機內(nèi)壓過高時可以采用這種篩板，以達(dá)到降低內(nèi)壓、減少碎米率的效果。

圖5 逆向

圖3 直孔 圖4 順向

逆向孔即篩孔的軸向與拋光輥旋轉(zhuǎn)的方向成鈍角，逆向篩片能適當(dāng)增加篩片對米粒碰撞、切削、摩擦作用，當(dāng)拋光機拋光光潔度不夠時可以采用這種篩板。同時，可以在篩片內(nèi)側(cè)增加凸點，凸點分規(guī)則凸點和亂凸點，亂凸點增強篩片對米粒碰撞、切削、摩擦作用比規(guī)則凸點增強篩片更激烈；一般選擇規(guī)則凸點，以提高拋光光潔度[5]。

3.1.3拋光壓力

拋光壓力是由米粒的速度和碰撞力在拋光室內(nèi)建立起來的。拋光壓力大，碰撞運動劇烈，碎米率高;拋光壓力小，碰撞運動就緩和，拋光碎米率低，所以，拋光時應(yīng)使用較小的拋光壓力；但拋光壓力過小，會影響拋光光潔度。根據(jù)多年的經(jīng)驗，拋光壓力一般設(shè)計為39.2～68.6 kPa。影響碾白壓力的因素較多，可以通過以下四種方式調(diào)整：一是通過拋光室出口的壓力門外部加壓砣來調(diào)整和控制，目前的工藝是“多機輕拋”，拋光機外部加壓，從第一臺到最后一臺，壓力逐步增加；二是通過調(diào)節(jié)拋光輥參數(shù)，比如拋光壓力過低時用3筋輥或者將輥筒做成帶錐度的，拋光壓力逐步均勻增大，拋光壓力過高時用球體拋光輥；三是調(diào)整米篩(原理同上)；四是調(diào)整風(fēng)壓，采用強拉吸風(fēng)，增加米粒翻動的機會，提高拋光光潔度，促進(jìn)米粒與糠粉之間的分離，降低拋光后白米的濕度和溫度，起到?jīng)雒椎淖饔?，但吸風(fēng)量過大，會使出米受阻、拋光壓力升高，反而增加碎米。所以要根據(jù)具體機型選擇合適的吸風(fēng)量，才能有效地降低增碎，有利于拋光作用的發(fā)揮，風(fēng)壓一般控制在2～3.5 kPa。

3.1.4轉(zhuǎn)速

拋光輥轉(zhuǎn)速的快慢直接影響到米粒的運動速度和受壓大小[2]，一般拋光機的線速度已確定，有固定的傳動比，但也可以根據(jù)實際情況改變電機輪的大小或增加變頻器改變拋光機的轉(zhuǎn)速。適當(dāng)降低拋光輥轉(zhuǎn)速可以減小米粒的沖擊力，減少碎米。雖然降低轉(zhuǎn)速會減少拋光輥對米粒的碰撞、碾削、摩擦作用，降低拋光機光潔度，但由于采用“多機輕拋”工藝，能有效的保證拋光機光潔度，故可以適當(dāng)降低最后1～2道拋光機轉(zhuǎn)速來降低碾米環(huán)節(jié)的綜合碎米率[5]。目前，拋光輥的線速度一般控制在6～7 m/s，其綜合效果較好。

3.1.5著水量

拋光時對拋光室內(nèi)大米按一定比例進(jìn)行均勻地噴霧著水，使大米表面潤濕，有利于米粒表面糠粉分離，同時，在拋光壓力和拋光過程中摩擦產(chǎn)生的溫度作用下使大米表面淀粉糊化形成膠質(zhì)層，從而達(dá)到提高大米光亮的目的。但著水量過大會引起米粒非正常流動，造成拋光機內(nèi)壓力過大，增碎加劇，甚至導(dǎo)致“悶車”，因此，在拋光機的使用中，首先應(yīng)控制著水量，一般控制在0.5%左右?！岸鄼C輕拋”工藝時，從第一臺到最后一臺拋光機，著水量一般是逐步減少的。

3.2 制造方面

拋光機由于結(jié)構(gòu)簡單，其制造精度經(jīng)常被企業(yè)忽視，但要想保證較好的拋光精度和較低的碎米率，就需增強拋光室內(nèi)的制作和裝配精度。拋光室內(nèi)的任意突出或尖銳的部位都會增加碎米，像拋光輥的筋角及拋光輥與其他零件結(jié)合處的過渡關(guān)系、篩托架的裝配間隙、壓篩條的尖銳角、篩片裝配的重疊等都會影響到拋光光潔度和碎米率，所以拋光機制造企業(yè)應(yīng)該在生產(chǎn)上增強制作精度，減少造成增加碎米的因素。

3.3 操作方面

影響到拋光光潔度和碎米率的主要因素是外加壓力、風(fēng)壓和著水量。外加壓力通過壓砣控制排料壓力門來實現(xiàn)，當(dāng)外加壓力過大時，物料難以排出碾白室，造成碾白室的壓力增大，出現(xiàn)過拋現(xiàn)象，同時也會增加碎米率；當(dāng)外加壓力過小時，物料迅速排出拋光室，拋光室壓力不夠，出現(xiàn)光潔度低的現(xiàn)象，所以應(yīng)適當(dāng)控制外加壓力。拋光機外部加壓，一般是從第一臺到最后一臺，壓力逐步增加，以確保達(dá)到拋光光潔度的同時盡量降低碎米率。

排糠風(fēng)網(wǎng)中風(fēng)力不僅用來排出米糠，同時也能翻轉(zhuǎn)米粒、降低米溫，所以控制風(fēng)壓也是調(diào)節(jié)拋光光潔度和降低碎米率的措施。當(dāng)風(fēng)壓過大時，雖然能有效的排出米糠和降低米溫，同時也會增加拋光室內(nèi)壓和增加米粒與篩片的碰撞、摩擦作用，使拋光光潔度過高，增加碎米率；當(dāng)風(fēng)壓過低時，會由于內(nèi)壓不夠，拋光光潔度不夠，所以應(yīng)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)娘L(fēng)壓來確保最佳拋光效果。風(fēng)壓一般控制在2～3.5 kPa。

著水量的影響原理同上述，操作時一定要注意著水量的把控。采用“多機輕拋”工藝時，從第一臺到最后一臺拋光機，著水量一般是逐步減少的。

4 小結(jié)

拋光機作為生產(chǎn)線上普通而重要的設(shè)備直接影響到大米生產(chǎn)的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，值得所有碾米設(shè)備制造廠商和大米加工企業(yè)重視。確保拋光機的拋光光潔度和碎米率達(dá)到均衡，可為大米加工企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。