碾米機(jī)內(nèi)米粒運(yùn)動(dòng)特征及碾白特性.pdf

1、中國(guó)稻谷的生產(chǎn)與供求一直處于緊平衡狀態(tài)，一般年產(chǎn)稻谷的85％～90％會(huì)被碾制成商品米，其中食用消費(fèi)占主導(dǎo)地位，占總商品米的84％，工業(yè)及飼料用糧占14％左右。稻米及其制品的消費(fèi)市場(chǎng)是我國(guó)最大、最穩(wěn)定的糧食消費(fèi)市場(chǎng)之一。而碾米工序作為稻谷加工中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其加工質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前制約碾米機(jī)械發(fā)展的突出問題是米粒碾白規(guī)律的明晰及碾米品質(zhì)的提升。具體而言，碾米過程中，米粒在碾米室內(nèi)的碾白特性及破碎問題一直困擾著

2、碾米加工業(yè)。傳統(tǒng)碾米機(jī)設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)碾米規(guī)律的研究依賴于長(zhǎng)期碾米經(jīng)驗(yàn)，且多數(shù)結(jié)論為定性描述。目前探究米粒在碾磨環(huán)境中碾白特性及碾白運(yùn)動(dòng)的研究還較少，這些研究的深入可能為以降低碎米率為目標(biāo)的碾米機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化帶來指導(dǎo)。因此，對(duì)碾米機(jī)內(nèi)米粒運(yùn)動(dòng)特征及碾白特性的研究十分必要。
　　論文主要以立式擦離式碾米機(jī)為研究對(duì)象，為明晰米粒碾白運(yùn)動(dòng)，擬闡述擦離式碾米機(jī)結(jié)構(gòu)特征，分析米粒擦離碾白原理，探尋碾米過程中米粒物性參數(shù)動(dòng)態(tài)變化，解明米粒在碾米機(jī)

3、各典型結(jié)構(gòu)單元內(nèi)碾白運(yùn)動(dòng)規(guī)律，探索碾米機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)碾白性能的影響。為此，論文從以下五個(gè)方面展開研究，主要結(jié)果、結(jié)論為:
　　(1)擦離式碾米機(jī)碾白原理分析。
　　基于散體理論、連續(xù)介質(zhì)理論、農(nóng)業(yè)物料學(xué)、牛頓第二定律及赫茲接觸理論等，分析擦離式碾米機(jī)碾白壓力、米粒碾白運(yùn)動(dòng)、米粒碾白受力和米粒碾白的接觸碰撞過程。研究結(jié)果為米粒運(yùn)動(dòng)特征及碾白特性的研究提供理論基礎(chǔ)。
　　(2)米粒碾白過程中物性參數(shù)動(dòng)態(tài)變化分析。
　　

4、采用實(shí)驗(yàn)級(jí)自動(dòng)碾米儀進(jìn)行碾米試驗(yàn)，分析米粒的碾磨規(guī)律及物性參數(shù)變化，并以多種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，構(gòu)建碾磨規(guī)律與米粒物性參數(shù)間聯(lián)系。研究結(jié)果為米粒運(yùn)動(dòng)特征及碾白特性的研究提供碾米試驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　(3)米粒碾白運(yùn)動(dòng)模型建立及參數(shù)標(biāo)定分析。
　　基于碾白原理及試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量，建立米粒離散元模型、擇取米粒碾白過程的接觸力學(xué)模型、獲取及標(biāo)定米粒和碾米機(jī)的離散元參數(shù)，并通過正交試驗(yàn)，以碾白壓力波動(dòng)性為指標(biāo)，確立擦離式碾米機(jī)碾米輥的較佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。

5、為米粒碾白及運(yùn)動(dòng)特征的研究提供模型及參數(shù)基礎(chǔ)。
　　(4)擦離式碾米機(jī)內(nèi)米粒碾白及運(yùn)動(dòng)特征分析。
　　基于擦離式碾米機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析米粒在碾米機(jī)內(nèi)的入料、輸送和碾白過程，探究米粒微觀碾磨機(jī)制，確立較佳碾米機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。1）闡明入料口形狀、高度及碾輥轉(zhuǎn)速對(duì)料斗內(nèi)米粒流流場(chǎng)均勻性、螺旋輸送器內(nèi)米粒輸送性能和碾白室內(nèi)米粒碾白特性的影響。2）以米粒碾白運(yùn)動(dòng)特征揭示米粒微觀碾磨機(jī)制，并解釋宏觀碾米現(xiàn)象。3）綜合米粒運(yùn)動(dòng)特征，確立擦離式碾

6、米機(jī)較佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。結(jié)果表明:碾米機(jī)參數(shù)顯著影響入料和輸送運(yùn)動(dòng)特征。入料口對(duì)碾米機(jī)料斗內(nèi)米粒流流場(chǎng)均勻性及輸送過程米粒群分散程度的影響更大，而碾米機(jī)轉(zhuǎn)速主要影響米粒螺旋輸送的效率及能耗。當(dāng)碾米機(jī)采用側(cè)方位入料方式時(shí)，入料口切邊沿與碾米輥旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向一致的方向偏轉(zhuǎn)一定角度，將利于料斗內(nèi)米粒逐層入料。駐留時(shí)間分布函數(shù)的一階和二階矩可表征米粒碾白過程中螺旋輸送的同步程度。碾米機(jī)輸送性能的宏觀和微觀指標(biāo)間可構(gòu)建多項(xiàng)式線性關(guān)系模型。米粒的碾白過程主

7、要在碾筋段內(nèi)（碾白區(qū)域）中部區(qū)域完成，米粒擦離碾白強(qiáng)度可由米粒碰撞能的空間分布表征，碾米機(jī)參數(shù)顯著影響米粒碾白運(yùn)動(dòng)特征，其中碾米機(jī)出料口開度對(duì)米粒碰撞頻率影響顯著，而碾米輥轉(zhuǎn)速主要影響米粒碰撞能。綜合入料、輸送及碾白過程米粒運(yùn)動(dòng)特征，確定入料口E、轉(zhuǎn)速1400 rpm、出口開度4.4 mm為立式擦離式碾米機(jī)較佳參數(shù)組合。
　　(5)擦離式碾米機(jī)運(yùn)行參數(shù)對(duì)碾米性能影響的試驗(yàn)研究。
　　在第(4)部分獲取擦離式碾米機(jī)較佳結(jié)構(gòu)參數(shù)

8、基礎(chǔ)上，以料斗內(nèi)物料填充率、碾米時(shí)間、出料口阻力為試驗(yàn)參數(shù)，以整精米率、碾米能耗、米粒白度為試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并以碾磨度和碾米溫升為限定性指標(biāo)，研究典型碾米機(jī)運(yùn)行參數(shù)對(duì)碾米性能的影響規(guī)律，建立各因素對(duì)碾米性能指標(biāo)影響的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析及優(yōu)化，得到Ⅲ級(jí)碾白加工精度及20℃米粒溫升范圍內(nèi)，碾米機(jī)最佳運(yùn)行參數(shù)組合。結(jié)果表明:立式側(cè)方位入料形式料斗內(nèi)米粒填充率僅對(duì)碾米能耗有顯著影響，對(duì)其他碾米指標(biāo)影響不顯著;實(shí)際碾米作業(yè)時(shí)，為控制碾米

9、質(zhì)量，可適當(dāng)降低碾白壓力而延長(zhǎng)碾米時(shí)間;為降低碾米能耗，當(dāng)物料處理量較大時(shí)，出料口阻力應(yīng)適當(dāng)降低，當(dāng)物料處理量較小時(shí)，應(yīng)增大出料口阻力;為滿足碾米商品性指標(biāo)（白度較大），碾米過程應(yīng)達(dá)到胚乳級(jí)碾磨所需的碾米時(shí)間;米粒經(jīng)立式擦離式碾米機(jī)碾制后，碾米指標(biāo)中白度值與碾磨度間相關(guān)關(guān)系最大;立式擦離式實(shí)驗(yàn)級(jí)碾米機(jī)最佳的碾米機(jī)操作參數(shù)組合為:出料口阻力為（懸掛物質(zhì)量）320 g、料斗內(nèi)米粒填充率為35％和碾米時(shí)間為30s。
　　論文研究成果可為