[发明专利]一种基于行为相似准则的碾白室参数设计方法

说明书

本发明属于稻谷加工设备技术领域，具体涉及一种基于行为相似准则的碾白室参数设计方法。碾白室作为碾米机核心工作部件，其构造形式由碾米筛和碾米辊组成。传统碾白室设计方法将碾米轴及碾米筛作为互相独立部件进行参数设计，造成设计的碾白室间达不到一致碾磨性能。而本发明的特点在于以碾白室腔内最佳间隙变化曲线作为参照，协同设计碾米筛与碾米辊两者间的关键参数。基于产生相同间隙变化曲线的行为相似准则，在非“克隆”前提下，实现不同结构碾白室间产生相似碾米效果。除适用于碾米机碾白室设计，本发明对其它腔内碾磨设备的参数相似设计也起借鉴意义。

技术领域

本发明涉及稻谷加工设备技术领域，尤其是涉及铁辊碾米机碾白室关键参数相似设计方法。

背景技术

碾米就是在保证米粒完整的前提下，应用一定外力破坏胚乳与皮层联接力，用物理方法将籽粒皮层从胚乳表面去除，其实质属于稻米去皮除糠问题。一般而言，米粒去皮过程借助碾米机完成。从1860年法国首先发明立式砂臼碾米机开始，各类碾机沿着单机结构优化向大型化、功能化和智能化方向发展。然而，碾白室作为碾米机关键结构单元，其主体仍保持着由碾米辊和碾米筛组成的腔体构造形式。碾白室(碾米辊和碾米筛间的空腔)内，稻米与碾米辊、碾米筛及米粒群间产生擦离作用，在碰撞、碾白压力、翻滚和轴向输送条件下实现去皮除糠。根据公开的文献、专利显示，上世纪70～80年代，得益于农业部召开全国碾米设备集中选优试验会，最终定型了一批碾米样机，同时形成了诸如“米粒流体”、“碾白运动理论”等指导碾米机参数获取的经验设计方法。目前，国内碾白室结构参数获取过程仍沿用上述传统经验设计方法，而关于其改进工作多体现在局部性能优化方面。如公开号为CN204220469U、CN206935782U、CN1695810A和CN102337495A等专利分别从替换便捷、工作稳定及耐磨性等方面公布了碾米筛的创新设计方法，CN105149032A专利公布了通过设置切刀的方式改善碾米辊性能。除上述专利外，实质而言，传统设计方法的主体思想是根据碾米辊单位产量运动面积确定辊轴径及长度尺寸，再基于碾米筛与碾米辊间应留有8-10mm(大于1粒米长度值)间隙的实践经验知识确立碾米筛直径尺寸。然而，据此设计的碾白室达不到统一的碾白效果，轻碾或重碾时有发生，因此调节转速、料门阻力等措施成为后续改善碾米机性能不可避免的环节。究其原因，传统碾白室设计方法未能将碾米筛与碾米辊作为相互联系的整体，进而统筹设计两者的结构参数。更为关键的是传统设计方法未能同时考虑碾白室操作参数与结构参数的协同关系。事实上，除原料属性外，决定碾米性能的关键因素应为碾米筛与碾米辊间的间隙。Sangameswaran曾指出减小间隙利于米粒间擦离作用的产生，而增大间隙却利于米粒在碾白室内翻滚、易位，实现均匀一致碾磨(美国专利号：US9314798B2)。因而，碾白室工作时，间隙的合理变化形式决定稻米的优质碾白。更重要的是，以碾白室间隙变化为设计切入点，将从原理上改进传统经验设计方法的缺陷。本课题组长期从事谷物加工领域工作，近年来针对铁辊碾米机碾米工艺、理论及装备研发开展深入研究，期间以农业物料学和数值计算技术为基础，研究保持碾米效果、指导碾白室设计的工程方法，研究发现米粒群在以特定准则设计后的碾白室内碾磨时，可达到一致的剪切流动行为，且米粒群可达到运动和动力相似。通俗而言，碾白室内碾米轴及碾米筛参数可有不同组合形式，但这些参数在特定准则约束下，不同外形和尺寸的碾白室间可实现相似的碾白效果。基于以上发现，本课题组发明了以行为相似准则为核心的碾白室参数设计方法，对碾米机及相似腔内碾磨设备的创新发展具有重要指导意义。

发明内容

针对传统碾白室参数设计存在的问题，本发明研究开发一种基于行为相似准则的碾白室参数设计方法，达到规范碾白室设计工艺、实现一致碾白效果，指导相似腔内碾磨设备参数设计的目的。

本发明的目的是这样实现的：

(1)构建碾白室腔体间隙的数学模型：结合碾白室结构特点及工作原理，协同碾白室的结构与操作参数，建立碾白室腔体间隙随碾磨时间的变化函数，将其定义为间隙变化曲线。