基于低损高效的荞麦籽粒剥壳机理及剥壳机性能试验研究

发布时间：2020-09-17 17:01

　　荞麦具有丰富的营养品质和较高的防病保健价值,发展荞麦加工产业对改善居民饮食结构和提高种植区农民收入水平均具有积极意义。但是,目前荞麦米生产中,单台剥壳机组成的荞麦米加工成套机器平均成品米生产率仅为120kg/h,占地面积高达近20m2,加工荞麦米的吨米耗电高达50～70 kW·h/t,严重制约着荞麦米加工产业的健康发展,故深入研究荞麦籽粒的剥壳规律及损伤特点,寻求最佳的剥壳方式,对改善荞麦米的质量,提高荞麦米加工机器的效率,降低吨米耗电量等均具有良好的促进作用。为实现荞麦籽粒的低损高效剥壳,对目前课题组所采用的6QB-150型荞麦剥壳机进行了深入的理论分析和试验研究,主要研究内容及结果如下:试验测试了荞麦籽粒的初始含水量、荞麦籽粒三维结构尺寸、千粒重及容重等基本物理特征,并利用TMS-Pro食品物性分析仪对荞麦籽粒和荞麦米剪切力学特性进行研究,为其脱壳机器的研制提供理论基础。根据荞麦籽粒的结构特征,改进砂盘搓擦式荞麦籽粒脱壳机器,降低试验误差。对剥壳过程进行麦克斯威尔模型[M]流变学解析,确定剥壳参数对荞麦籽粒脱壳的影响机理,为验证模型的适用性,借助高速摄影,对剥壳过程中的荞麦进行运动及力学分析,分析结果表明:三大经典物料破碎假说中,裂纹假说最符合实际情况。探究荞麦剥壳过程中砂盘转速、沙盘倾斜程度、喂入量、砂盘结构参数和外圈对荞麦剥壳出米率与相对碎米率的影响规律,并通过试验验证表明:①砂盘转速的增加会导致出米率和碎米率同时增加,当转速到达950r/min附近时,碎米显著增加,不利于荞麦米的生产加工;②砂盘在生产或安装中造成的剥壳间隙周向不均现象对出米率的影响较小,对碎米影响相对较大;③低速时,剥壳机的极限工作流量会随着转速快速增加,但在正常工作转速附近,转速的改变并不会引起工作流量的较大变化;④粗糙的砂盘表面更易剥壳,但同时易产生碎米。下砂盘的影响较上砂盘略大;⑤剥壳机外圈可通过更换弹性材料以降低其对碎米的影响。对荞麦籽粒在剥壳机内的入料、碾搓、挤压和流出四个过程进行DEM仿真分析,得出在剥壳过程中籽粒运动轨迹与受力的变化规律。在对剥壳后荞麦的破损情况进行观察的基础上,结合力学性能测试所得到的破损特点对荞麦的破碎过程进行了探讨,再次肯定裂缝假说更接近于揭示荞麦的破碎情况。在对剥壳间隙周向分布进行理论分析的基础上提出了采用更换间隙调整方式的方法改善周向间隙的波动性,消除了部分由于制造和安装造成的间隙不均性现象;在剥壳机外圈的内侧通过黏贴弹性的橡胶材料,使得因侧壁撞击而导致的碎米相对减小,改善了出米效果;对双层剥壳结构进行了设计,在不改变原有剥壳机尺寸的基础上,增加了工作砂盘数,使工作流量大幅增加。对改进后的剥壳机进行正交试验,结果表明:①剥壳间隙对出米率影响的显著性大于砂盘转速,±0.4mm内的间隙周向误差对出米率的影响未达到显著水平;砂盘转速对相对碎米率的影响大于剥壳间隙,间隙周向误差对相对碎米率有显著性影响;②综合后较优参数组合为A1B2C1。此时剥壳间隙4.8mm,砂盘转速950r/min,间隙误差为零,出米率为35.4%,相对碎米率为5.8%,出米率高于目前生产水平10%～25%。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S226.4
【部分图文】：

石臼,工具,荞麦米,砂盘

荞麦壳破裂并去壳，随后利用二次加压还原荞麦米的一种去壳方法。由于方法特殊，逡逑故荞麦米的性质有所变化，即产品为膨化米，故主要用于制作苦荞方便米ｈ２］。逡逑荞麦的剥壳方法基本包含所述几种，在具体的应用中个别机型的剥壳部件和材逡逑料上会有所不同，进而导致性能的差异。例如：砂盘式结构中采用砂盘，但部分机逡逑型可能采用橡胶盘与砂盘配合使用。双辊式机构中的胶辊也有可能用砂辊或者铁棍逡逑替代，各种变化较多，不一一赘述。逡逑２）国内发展逡逑荞麦在我国具有悠久的种植历史，相应的加工手段也随着历史的发展而不断演逡逑变。我国自古便利用石碾、石臼和木砻等工具对谷物进行去壳，但是这些传统的劳逡逑动工具多以人力或畜力为主，劳动强度大，效率低，己经不能适应社会的发展和需逡逑求。随着近代的工业发展，与传统木砻结构相似的砂盘式砻谷机逐渐走上历史舞台，逡逑随后双辊式砻谷机的出现又迅速替代了砂盘式砻谷机在稻谷脱壳中的地位。但是，逡逑针对荞麦的脱壳却没有专用的机器。随着上世纪８０年代我国逐步放开市场，使得我逡逑国的荞麦出口量快速增长，荞麦米出口价格较高，经济效益好。然而市场上却没有逡逑成熟的荞麦米加工机器，从而促进了国内该类型机器的研制。逡逑

剥壳机,荞麦

图３近代荞麦剥壳机器逡逑Ｆｉｇ．３邋Ｈｕｓｋｅｒ邋ｕｓｅｄ邋ｉｎ邋ｍｏｄｅｍ邋ｔｉｍｅｓ逡逑上世纪９０年代初，内蒙古农牧学院在消化吸收韩国引进的铁木制荞麦脱壳机器逡逑基础上，进行了邋６ＱＢ－１５０剥壳机的研制工作。该机型采用双盘式脱壳方式，上盘逡逑止，下盘转动，利用两盘的间隙进行脱壳。整机出米率可达６０％以上，使用效果逡逑好，后期还对胶盘脱壳效果进行了探索。同期，内蒙古农机研究所研制了邋６ＢＱ－５００逡逑筒凹板式荞麦脱壳机器，该机器主要依靠滚筒和凹板间的揉搓来对荞麦进行脱壳逡逑。该机型脱壳效果较好，但是间隙调整问题未得到妥善解决。陕西省子洲县金秋逡逑粮研究所在上世纪９０年代后期也进行ｆ该类机器的研制工作，并首次申请了相关逡逑利ｈ４１。该机器是在碾米机的基础ｔ发展而来，主要结构为双辊式，主动辊和从动逡逑差速对滚进行脱壳，金属辊的衣面有橡胶涂层以增加摩擦力，脱壳前对荞麦进行逡逑水。由于工作效果不理想，未得到广泛应用。逡逑２０００年后荞麦剥壳机器的发展进入了快速期，机器生产厂家遍布全国各地，尤逡逑北方为主，如：甘肃、陕西、内蒙、辽宁、山西、河北等。尽管生产厂家较多，逡逑

表面形状,砂盘,表面形状

关研究中以美国的早期成果较为主，各种机型和原理均有研究Ｊｏｈｎ邋Ｍｅｒｃｅｒ的专利中便描述了一种大米、燕麦、荞麦等谷物壳机器。其结构形式为滚筒凹板式，滚筒和凹板不但开有齿形不等直径的圆柱体组成，凹板形状与滚筒相适应［２°］。１８６１年，另一款滚筒凹板式的荞麦剥壳机器，滚筒和凹板均有齿形槽以与现代的该类机器结构相近，运用风选结构，其脱壳和分离工式结构，１８５２年，Ｗｉｌｓｏｎ邋Ａｇｅｒ的荞麦剥壳机器专利中则对其砂盘上增加了沟槽结构，以提高脱壳效果［２２］。随后的几十年里，Ｅｆｏｒｄ、Ｔｈｏｍａｓ邋Ｎｅｌｓｏｎ等人均对双盘式结构进行了改进。他们基本相同，但又略有差异，尤其是对砂盘形状的研究比较值得砂盘结构形式除了平面圆盘外还有在砂盘上做锥形腔，砂盘表式。与现代的双盘式结构相比，该时期的双盘式结构普遍采用节机构在剥壳机下端，而现代的剥壳机普遍采用了静砂盘调间机上端。逡逑

【参考文献】