我國小型碾米機研發現狀與發展趨勢研究

趙倩楠 仵振宇 姜 偉

（1.河南省特種設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。在我國國民經濟中，糧食始終占據著不可動搖的重要位置。把稻谷變為成品米的整個過程叫作碾米。經過碾制，未加工的稻谷轉變為食品加工的原材料和家庭生活的必需品。目前，大多數碾米工序都由中小型企業完成，他們對于碾米設備有著特殊的要求。因此，加快研發適用于中小型企業的小型碾米機刻不容緩。

2 碾米工業簡介

碾米工業是一個具有悠久歷史且與人民生活密切相關的重要產業。目前，工業化碾米主要分為機械碾米和化學碾米兩種方法［1］。化學碾米因為初期投資巨大、回報率低、效率低，所以無法大規模的推廣應用。因此，目前我國絕大部分的大米還是通過機械碾米的方式生產。機械碾米的主要原理是將糙米從料倉經過一定的流量調節后進入白室，在高速旋轉的碾輥帶動下，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生成品米，同時通過噴風機構，使得米糠與米粒脫離。

3 國內外碾米機的發展現狀

中國碾米機是對從英國引進的臥式鐵輥碾米機改進而來的。現在正在使用的碾米機有非常多的類型，如果從碾米作業方式進行分類，則可以具體分為：擦離型碾米機、碾削型碾米機和混合型碾米機。而所有類型碾米機的主要構成部件均有：喂料裝置、碾米室、出料裝置、傳動裝置和機架。除主要部分外，碾米機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械堵塞故障，可以保證機械長時間工作，提高加工效率；噴水裝置可以對加工中的稻米進行水拋光，加大拋光力度，從而增加成品米的光澤度。

碾米機械發展源于歐洲。日本在十九世紀引入鐵輥碾米機，并在此基礎上不斷地更新換代，迅速走到國際前列。發展至今，日本碾米機構造設計的主要部分與我國的碾米機相差不大，僅部分結構設計的位置不同。日本在設計碾米機時將進料機構擺放在碾白室的底端，卸料機構擺放在了碾白室的首端。這種設計方法不僅減小了加工過程中物料運輸的壓力，而且保證了成品稻米的完整性，減少了對稻米的破壞。此外，在機械工作時，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。日本在設計碾米機時，還將鐵輥、米篩等重要部件設計為分離式的可拆卸結構，便于在損壞時更換部件。

從碾米機發展時間軸的角度看，碾米機的結構在不斷地變化，功能在不斷地增加，效率也在逐漸提升［2］，但最終的目標都是提高工作效率、提升質量、減小碎米概率、節省能源。

國內外不同的碾米機產品雖然已經趨于完善，但還是存在著各種各樣的問題。隨著科技發展，碾米機的創新也不會停止。

4 碾米機國內研發趨勢

4.1 碾米機外形設計

由于碾米機的碾輥擺放設計不盡相同，碾米機外形設計又可以分為立式碾米機和橫式碾米機兩類［3］。立式碾米機的優點是重力不會對稻米的離心加速度產生干擾，動能消耗較低，而且安裝的米刀數量多，調控便捷，稻米的翻轉流暢，但是米刀磨損較快。另外，立式機在制造和安裝方面要求較高，碾輥必須與水平線呈90°。橫式碾米機的優點在于碾輥拆卸、維修、更換方便，工作平滑穩定，在制造和安裝方面技術要求較低，輾輥與水平面平行即可；缺點是米刀安裝數量少、調控復雜，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種種優缺點的分析，可以發現：相對而言，橫式碾米機的性能更適合碾米。事實上，我國大部分稻米的生產加工采用的都是橫式碾米機，在這方面也積累了大量的經驗。因此，未來碾米機外形設計研發的重點將集中于橫式碾米機。

4.2 碾輥設計

4.2.1 摩擦型碾輥結構。摩擦型碾輥主要通過摩擦力去除稻米的外殼。在機械運轉過程中稻米經過料斗進入碾白室后，在碾輥高速帶動下，稻米與米篩、碾輥、米刀之間會發生相互摩擦、碰撞。當摩擦加劇或者摩擦一段時間后，稻米外殼開始脫離米粒表面發生破裂、分離和滑動。這一種碾米方式被稱為摩擦型擦離碾白。擦離式碾米機碾輥均為鐵輥。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該介于稻米結構強度與分離稻米皮層和胚乳所需要的最小力的范圍之間。摩擦壓力應適當，如果太大，則容易產生碎米；反之則將無法達到碾白效果。

4.2.2 碾削型碾輥結構。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。碾削式碾米機均為砂輥。如果碾輥表面的砂粒磨損度較高，會減小碾削碾白的整體效果。如果碾米產出的碎米率較大，可以適當降低碾輥的線速度，進而降低碎米率。但這可能會導致成品米的色澤與表面光潔程度降低。如果需要增強碾白工藝效果，可以適當增加碾輥的線速度，這樣一來單位時間內碾削次數得到提高。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，所以相應的機型就會較大。

4.2.3 混合型輾輥結構。混合型輾輥兼具碾削型碾白結構與摩擦型擦離碾白結構的優點，以碾削方式為主，擦離方式為輔。采用這種混合式方法的優勢在于可以一機出白，大大減少了碾米的次數，提高了碾米機的效率。混合型碾米機可采用鐵輥或者砂輥。

4.3 碾米機結構設計

4.3.1 排料裝置設計。排料裝置一般緊挨著碾白室的尾部和側面進行放置。在研發設計時，通常需要考慮三方面因素：出米口、出口調節板、排糠出口［5］。其中，出米口需要保證碾米機的正常工作，保證出料的速率；出料調節板需要實現自動開啟和關閉的功能，保持高度的反應靈敏性和調節靈活；排糠出口需要保障排糠的連續性，防止堵塞的發生。

4.3.2 碾白室設計。碾白室可以說是碾米機的核心部分。碾白室研發設計時，通常需要考慮五方面因素：米機蓋、方箱、碾輥筒、米刀和米篩。其中，米機蓋在設計時需要考慮減少進料阻力，促使物料進入碾白室；方箱通常為一個長方形鐵鑄箱，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構，需要強化對碾輥直徑的計算和選擇；米刀在設計時需要考慮在機械外部調節米刀與碾輥的距離，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 傳動設備選擇。傳動設備作為實現自動化碾米的核心設備，重點在于電機的選擇與V 帶的設計。其中，電機的選擇需要考慮轉速與功率兩大關鍵因素；V帶的設計需要考慮與碾米機整體的適配性，以保障系統安全、穩定、高效運行［6］。

4.3.4 進料裝置設計。進料裝置具體可分為三大部分：進料斗、進料調節板、螺旋輸送器。其中，進料斗的設計需要充分考慮緩存稻米、緩解沖擊壓力這一核心目標；進料調節板在設計時，要能夠通過控制調節閘口的大小，從而控制進料的流量大小；螺旋輸送器在設計時，要能夠通過控制進入碾白室的稻米流量，來實現碾白室中壓力的調節。

5 結語

碾米機作為支撐糧食工業發展的關鍵設備之一，其研發與應用成效的重要性不言而喻。展望未來，我國碾米機研發設計單位需要秉持創新與個性化服務精神，加強與碾米機應用企業，尤其是和中小型企業的對接與聯系，通過不斷研發設計出實用性較強的碾米機設備，來促進碾米企業的發展壯大。