戴智華,黃文雄，程 科，郭亞麗，周 娜，謝 健，余 魁，宋少云

(1.衢州市庫米賽諾糧食機械制造有限公司，浙江 衢州 324000；2.國糧武漢科學研究設計院有限公司，湖北 武漢 430079；3.武漢輕工大學，湖北 武漢 430023)

糧食安全是事關人類生存的根本性問題，減少糧食損耗是保障糧食安全的重要途徑。中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《糧食節(jié)約行動方案》明確提出，到2025年，糧食全產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)節(jié)糧減損舉措更加硬化實化細化，推動節(jié)糧減損取得更加明顯成效。我國作為全球第一大稻谷生產國，占全球比重近30%，年消費大米近1億t，然而稻谷加工精制米的出品率一般在65%左右，大量的資源在加工過程中損耗。碎米率減少10%，每年至少可以增加整米50億～100億kg，相當于增加耕地66.67萬～133.33萬hm2，可解決5千萬至1億人口一年的口糧。同時可以顯著節(jié)能環(huán)保，減少碳排放。如何提升糧食加工技術和裝備研發(fā)水平，節(jié)糧減損是當前重要的研究課題[1]。

在稻谷加工過程中，70%以上的碎米產生在礱谷和碾米階段[2]。碾米機作為稻谷加工的主要設備，在提高糧食利用率方面起到至關重要的作用。新型的大米分層柔性智能砂帶碾米技術，實現(xiàn)了大米加工產業(yè)方面的“三降”(降碎、降溫、降耗)和“三增”(增量、增質、增效)。

1 碾米機發(fā)展歷史

我國的稻作栽培歷史已有1.4萬年以上，是已知的世界栽培稻起源地。依據大量的文獻記載及稻米加工工具文物，原始的稻米加工工藝主要是利用碾盤、杵臼、碓等工具進行碾磨和舂米使稻米脫殼和碾白[3]，這種原始的舂米工具為第一代碾米機的原型。隨著工業(yè)革命的興起，大機器生產代替手工勞動，各種通過壓力碾磨使谷糙分離的鐵輥和砂輥碾米機由歐洲率先研制而成，大米加工工藝較傳統(tǒng)工藝發(fā)生了巨大的變化，生產效率得到較大的提高。上世紀80～90年代后，碾米工業(yè)逐漸采用“多機輕碾”工藝，即砂輥與鐵輥碾米機組合使用，常見的有“兩砂一鐵”的三機串聯(lián)碾白，最大程度降低加工過程中米粒的破碎[4]。這種壓力碾米設備稱為第二代碾米機。近年來，分層柔性智能砂帶型碾米機的成功研制，徹底顛覆了傳統(tǒng)設備的“壓力摩擦”原理及其砂輥、鐵輥等傳統(tǒng)結構，進一步解決了稻米加工行業(yè)長期存在的高增碎、高能耗、高米溫等“三高”問題，成為碾米行業(yè)的第三次技術革命。第三代高性能、節(jié)能型砂帶碾米機見圖1。

圖1 第三代高性能、節(jié)能型砂帶碾米機

2 新型碾米機的優(yōu)點

傳統(tǒng)壓力碾米機種類繁多，但其結構通常由進料裝置、碾白室、出料裝置等構成，其中碾白室是核心部件。它的結構包括砂輥或鐵輥、螺旋推進器、米篩以及米刀等。作業(yè)時，糙米從進料裝置進入米機碾白室內，通過砂輥內壓力和機械力的推動，使糙米在碾白室內得到擠壓，糙米表皮經過連續(xù)反復“刀削”和“擦離”之后去掉皮層，使其開糙、碾白，完成碾米作業(yè)。砂輥或鐵輥在磨削糙米的過程中，由于砂輥或鐵輥磨具自身無彈性、磨削壓力大，糙米在磨削過程中易被壓碎，導致碎米率增高。同時，電機功耗大、溫升情況明顯，造成大米產后損失嚴重以及能源損耗。

新型高性能節(jié)能型砂帶碾米機，用砂帶磨米工藝替代擠壓磨米工藝。在砂帶滾筒外圍設置多個相互獨立且成整體的碾白室。糙米在碾白過程中，米流被均勻、獨立地導入各碾白室。在碾白室中，米粒依靠自重下落并與砂帶發(fā)生碰撞，米粒與旋轉砂帶之間形成高速線速差，經旋轉砂帶均勻磨削加工而生成白米(見圖2)。

圖2 新型碾米機結構示意圖

這種新型碾米機不僅省略了砂輥(或鐵輥)、螺旋推進器、米篩、米刀和壓力門等構件，而且由于在加工過程中糙米始終處于低壓強狀態(tài)，米粒不易破碎且摩擦產生的熱量較低，大米的溫升和能耗得到有效的降低。新型碾米機在進料裝置、碾白室、排料裝置等結構上與傳統(tǒng)碾米機的對比見表1。新型碾米機與傳統(tǒng)碾米機“三高”比較見表2。

表1 新型碾米機與傳統(tǒng)碾米機結構比較

表2 新型碾米機與傳統(tǒng)碾米機“三高”比較

由表2可見，新型碾米機在解決高增碎、高能耗、高米溫三高問題上相比傳統(tǒng)碾米機改進效果明顯。相比傳統(tǒng)碾米機，新型碾米機增碎率由15%降至4%，降幅73.3%；單位能耗由25 kW/t降至7.5 kW/t,降幅70%；碾米溫升由30℃降至8℃，降幅73.3%。

3 新型碾米機主要結構設計特點

3.1 砂帶式滾筒

砂帶式滾筒由主滾筒、張緊滾筒、砂帶組成(見圖3)。主滾筒和張緊滾筒筒體部分均為豎立設置的圓柱體，張緊滾筒筒體的直徑小于主滾筒，砂帶套設在滾筒外側。主滾筒由電機驅動，帶動砂帶、張緊滾筒運動，主滾筒、張緊滾筒、砂帶形成一個完整的砂輥結構。砂帶外表面為粗糙表面，用于與糙米接觸進行碾磨。進料裝置、出料裝置分別位于滾筒的上下方，碾白室環(huán)繞砂帶設置。為了避免砂帶在工作過程中受重力影響向下滑動，砂帶式滾筒設置有砂帶偏轉調節(jié)裝置，可以根據砂帶的實時狀態(tài)對砂帶位置進行調整，確保砂帶在滾筒中間一定范圍內上下運動，使設備的可靠性更高。

圖3 砂帶式滾筒結構示意圖

3.2 碾白室

在滾筒砂帶的外圍設計有多個相互獨立且成整體單元的碾白室，每個碾白室的高度一致，且與主滾筒的高度匹配。碾米室主要由碾米腔、進料口以及出料口組成(見圖4)。

圖4 碾白室結構示意圖

碾米腔由三塊平板依次連接形成橫截面呈梯形的結構，梯形的底部為開口且朝向砂帶。糙米經進料通道從進料口進入碾米腔并在碾米腔內被碾磨。在碾米腔內，糙米不僅自上而下自由落體運動，而且還被砂帶帶動自轉，糙米與旋轉砂帶之間形成高速線速差，進而被砂帶磨削成精米，并掉落至出料口傳送到出米通道中。被磨削掉的谷糠則掉落到排糠通道被收集。

3.3 排糠系統(tǒng)

出料口底部設置有排糠機構，用來分離從碾白室流出的精米與谷糠混合物。排糠機構包括分離器、出糠管以及負壓生產器。其中，分離器內壁兩側沿長度方向依次交錯設置多個導流板；分離器側面設置與之相連的出糠管，用于收集谷糠；出糠管中設置負壓生成器，用于生成負壓對分離器中的谷糠產生吸力，使谷糠進入出糠管。

碾磨后的精米與谷糠混合物，精米經分離器的導流板導流后，從分離器底部流出并被收集，而谷糠由于相對于精米較輕，在分離器中受負壓的影響，被吸入出糠管排出，從而整個排糠系統(tǒng)實現(xiàn)精米與谷糠的分離功能。

4 結論

第三代高性能、節(jié)能新型碾米機采用分層柔性砂帶碾磨技術，徹底顛覆了傳統(tǒng)設備的“壓力摩擦”原理及其砂輥、鐵輥等傳統(tǒng)結構，解決了長期困擾稻米加工行業(yè)“高增碎、高能耗、高米溫”的三高痼疾，為國內稻米產區(qū)進行品種供給側結構性調整、節(jié)糧減損提供了強大的技術和裝備保障。