我國小型碾米機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究

趙倩楠 仵振宇 姜 偉

（1.河南省特種設(shè)備安全檢測研究院南陽分院，河南 南陽 473000；2.南陽飛凡電梯有限公司，河南 南陽 473000）

1 引言

生活離不開“衣食住行”，其中“食”為生命之本。在我國國民經(jīng)濟(jì)中，糧食始終占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。把稻谷變?yōu)槌善访椎恼麄€(gè)過程叫作碾米。經(jīng)過碾制，未加工的稻谷轉(zhuǎn)變?yōu)槭称芳庸さ脑牧虾图彝ド畹谋匦杵?。目前，大多?shù)碾米工序都由中小型企業(yè)完成，他們對于碾米設(shè)備有著特殊的要求。因此，加快研發(fā)適用于中小型企業(yè)的小型碾米機(jī)刻不容緩。

2 碾米工業(yè)簡介

碾米工業(yè)是一個(gè)具有悠久歷史且與人民生活密切相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)。目前，工業(yè)化碾米主要分為機(jī)械碾米和化學(xué)碾米兩種方法［1］?；瘜W(xué)碾米因?yàn)槌跗谕顿Y巨大、回報(bào)率低、效率低，所以無法大規(guī)模的推廣應(yīng)用。因此，目前我國絕大部分的大米還是通過機(jī)械碾米的方式生產(chǎn)。機(jī)械碾米的主要原理是將糙米從料倉經(jīng)過一定的流量調(diào)節(jié)后進(jìn)入白室，在高速旋轉(zhuǎn)的碾輥帶動(dòng)下，借由稻谷和稻谷、稻谷和米篩、稻谷和米刀之間的摩擦和碰撞產(chǎn)生成品米，同時(shí)通過噴風(fēng)機(jī)構(gòu)，使得米糠與米粒脫離。

3 國內(nèi)外碾米機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

中國碾米機(jī)是對從英國引進(jìn)的臥式鐵輥碾米機(jī)改進(jìn)而來的。現(xiàn)在正在使用的碾米機(jī)有非常多的類型，如果從碾米作業(yè)方式進(jìn)行分類，則可以具體分為：擦離型碾米機(jī)、碾削型碾米機(jī)和混合型碾米機(jī)。而所有類型碾米機(jī)的主要構(gòu)成部件均有：喂料裝置、碾米室、出料裝置、傳動(dòng)裝置和機(jī)架。除主要部分外，碾米機(jī)還可以配備一些輔助裝置，如吸塵裝置、噴水裝置等，其中，吸塵裝置可以解決機(jī)械堵塞故障，可以保證機(jī)械長時(shí)間工作，提高加工效率；噴水裝置可以對加工中的稻米進(jìn)行水拋光，加大拋光力度，從而增加成品米的光澤度。

碾米機(jī)械發(fā)展源于歐洲。日本在十九世紀(jì)引入鐵輥碾米機(jī)，并在此基礎(chǔ)上不斷地更新?lián)Q代，迅速走到國際前列。發(fā)展至今，日本碾米機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)的主要部分與我國的碾米機(jī)相差不大，僅部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的位置不同。日本在設(shè)計(jì)碾米機(jī)時(shí)將進(jìn)料機(jī)構(gòu)擺放在碾白室的底端，卸料機(jī)構(gòu)擺放在了碾白室的首端。這種設(shè)計(jì)方法不僅減小了加工過程中物料運(yùn)輸?shù)膲毫?，而且保證了成品稻米的完整性，減少了對稻米的破壞。此外，在機(jī)械工作時(shí)，稻米的流向與重力作用方向相反，這樣可以延長碾白室中米粒的滯留時(shí)間，從而增加米粒密度，而且可以使碾白室中的米粒均勻分布，避免米粒的堆積，最終提升碾米效率。日本在設(shè)計(jì)碾米機(jī)時(shí)，還將鐵輥、米篩等重要部件設(shè)計(jì)為分離式的可拆卸結(jié)構(gòu)，便于在損壞時(shí)更換部件。

從碾米機(jī)發(fā)展時(shí)間軸的角度看，碾米機(jī)的結(jié)構(gòu)在不斷地變化，功能在不斷地增加，效率也在逐漸提升［2］，但最終的目標(biāo)都是提高工作效率、提升質(zhì)量、減小碎米概率、節(jié)省能源。

國內(nèi)外不同的碾米機(jī)產(chǎn)品雖然已經(jīng)趨于完善，但還是存在著各種各樣的問題。隨著科技發(fā)展，碾米機(jī)的創(chuàng)新也不會(huì)停止。

4 碾米機(jī)國內(nèi)研發(fā)趨勢

4.1 碾米機(jī)外形設(shè)計(jì)

由于碾米機(jī)的碾輥擺放設(shè)計(jì)不盡相同，碾米機(jī)外形設(shè)計(jì)又可以分為立式碾米機(jī)和橫式碾米機(jī)兩類［3］。立式碾米機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是重力不會(huì)對稻米的離心加速度產(chǎn)生干擾，動(dòng)能消耗較低，而且安裝的米刀數(shù)量多，調(diào)控便捷，稻米的翻轉(zhuǎn)流暢，但是米刀磨損較快。另外，立式機(jī)在制造和安裝方面要求較高，碾輥必須與水平線呈90°。橫式碾米機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于碾輥拆卸、維修、更換方便，工作平滑穩(wěn)定，在制造和安裝方面技術(shù)要求較低，輾輥與水平面平行即可；缺點(diǎn)是米刀安裝數(shù)量少、調(diào)控復(fù)雜，雖然不易磨損，但是容易破壞稻米，碎米率高［4］。

通過對以上兩種碾米機(jī)種種優(yōu)缺點(diǎn)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：相對而言，橫式碾米機(jī)的性能更適合碾米。事實(shí)上，我國大部分稻米的生產(chǎn)加工采用的都是橫式碾米機(jī)，在這方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。因此，未來碾米機(jī)外形設(shè)計(jì)研發(fā)的重點(diǎn)將集中于橫式碾米機(jī)。

4.2 碾輥設(shè)計(jì)

4.2.1 摩擦型碾輥結(jié)構(gòu)。摩擦型碾輥主要通過摩擦力去除稻米的外殼。在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中稻米經(jīng)過料斗進(jìn)入碾白室后，在碾輥高速帶動(dòng)下，稻米與米篩、碾輥、米刀之間會(huì)發(fā)生相互摩擦、碰撞。當(dāng)摩擦加劇或者摩擦一段時(shí)間后，稻米外殼開始脫離米粒表面發(fā)生破裂、分離和滑動(dòng)。這一種碾米方式被稱為摩擦型擦離碾白。擦離式碾米機(jī)碾輥均為鐵輥。摩擦擦離碾白的條件是能夠提供足夠大的壓力，壓力較小的情況下達(dá)不到擦離效果，只起到光潔大米的作用。如果需要提高碾米的加工效率，摩擦擦離碾白的摩擦力應(yīng)該介于稻米結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與分離稻米皮層和胚乳所需要的最小力的范圍之間。摩擦壓力應(yīng)適當(dāng)，如果太大，則容易產(chǎn)生碎米；反之則將無法達(dá)到碾白效果。

4.2.2 碾削型碾輥結(jié)構(gòu)。碾削型碾輥主要使用位于砂輥表面眾多且鋒利的砂刃，在加工過程中通過不斷掛削稻米殼，使其從大米表面脫落。碾削式碾米機(jī)均為砂輥。如果碾輥表面的砂粒磨損度較高，會(huì)減小碾削碾白的整體效果。如果碾米產(chǎn)出的碎米率較大，可以適當(dāng)降低碾輥的線速度，進(jìn)而降低碎米率。但這可能會(huì)導(dǎo)致成品米的色澤與表面光潔程度降低。如果需要增強(qiáng)碾白工藝效果，可以適當(dāng)增加碾輥的線速度，這樣一來單位時(shí)間內(nèi)碾削次數(shù)得到提高。碾削型碾白方式對稻米的碾白作用較為溫和，水稻在碾白室里面的密度較小，所以相應(yīng)的機(jī)型就會(huì)較大。

4.2.3 混合型輾輥結(jié)構(gòu)?；旌闲洼気伡婢吣胂餍湍氚捉Y(jié)構(gòu)與摩擦型擦離碾白結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，以碾削方式為主，擦離方式為輔。采用這種混合式方法的優(yōu)勢在于可以一機(jī)出白，大大減少了碾米的次數(shù)，提高了碾米機(jī)的效率?；旌闲湍朊讬C(jī)可采用鐵輥或者砂輥。

4.3 碾米機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.3.1 排料裝置設(shè)計(jì)。排料裝置一般緊挨著碾白室的尾部和側(cè)面進(jìn)行放置。在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要考慮三方面因素：出米口、出口調(diào)節(jié)板、排糠出口［5］。其中，出米口需要保證碾米機(jī)的正常工作，保證出料的速率；出料調(diào)節(jié)板需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉的功能，保持高度的反應(yīng)靈敏性和調(diào)節(jié)靈活；排糠出口需要保障排糠的連續(xù)性，防止堵塞的發(fā)生。

4.3.2 碾白室設(shè)計(jì)。碾白室可以說是碾米機(jī)的核心部分。碾白室研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要考慮五方面因素：米機(jī)蓋、方箱、碾輥筒、米刀和米篩。其中，米機(jī)蓋在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮減少進(jìn)料阻力，促使物料進(jìn)入碾白室；方箱通常為一個(gè)長方形鐵鑄箱，需要著重考慮方箱與砂輥的間隙比例；碾輥筒為碾白室里邊最主要的工作機(jī)構(gòu)，需要強(qiáng)化對碾輥直徑的計(jì)算和選擇；米刀在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮在機(jī)械外部調(diào)節(jié)米刀與碾輥的距離，以保障碾白效果和碎米率；米篩被用來圍成碾白室，排出米糠，需要充分考慮其摩擦擦離功效。

4.3.3 傳動(dòng)設(shè)備選擇。傳動(dòng)設(shè)備作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化碾米的核心設(shè)備，重點(diǎn)在于電機(jī)的選擇與V 帶的設(shè)計(jì)。其中，電機(jī)的選擇需要考慮轉(zhuǎn)速與功率兩大關(guān)鍵因素；V帶的設(shè)計(jì)需要考慮與碾米機(jī)整體的適配性，以保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行［6］。

4.3.4 進(jìn)料裝置設(shè)計(jì)。進(jìn)料裝置具體可分為三大部分：進(jìn)料斗、進(jìn)料調(diào)節(jié)板、螺旋輸送器。其中，進(jìn)料斗的設(shè)計(jì)需要充分考慮緩存稻米、緩解沖擊壓力這一核心目標(biāo)；進(jìn)料調(diào)節(jié)板在設(shè)計(jì)時(shí)，要能夠通過控制調(diào)節(jié)閘口的大小，從而控制進(jìn)料的流量大?。宦菪斔推髟谠O(shè)計(jì)時(shí)，要能夠通過控制進(jìn)入碾白室的稻米流量，來實(shí)現(xiàn)碾白室中壓力的調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

碾米機(jī)作為支撐糧食工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備之一，其研發(fā)與應(yīng)用成效的重要性不言而喻。展望未來，我國碾米機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)單位需要秉持創(chuàng)新與個(gè)性化服務(wù)精神，加強(qiáng)與碾米機(jī)應(yīng)用企業(yè)，尤其是和中小型企業(yè)的對接與聯(lián)系，通過不斷研發(fā)設(shè)計(jì)出實(shí)用性較強(qiáng)的碾米機(jī)設(shè)備，來促進(jìn)碾米企業(yè)的發(fā)展壯大。