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摘 要

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1本课题的研究背景 1

1.2本课题的研究意义 2

1.3国内外碾米机理研究现状 3

1.4本文的主要研究内容 4

第二章 离散元法 5

2.1离散元法介绍 5

2.2离散元法的主要理论 6

2.2.1离散元接触理论 6

2.2.2基于软球模型的离散元法 8

2.2.3离散元法的求解过程 9

2.2.4粒子接触的搜索 10

2.3本章小结 10

第三章 碾米机理分析 11

3.1碾米的基本原理 11

3.1.1擦离碾白原理 11

3.2.2碾削碾白原理 11

3.2碾米碾白运动 11

3.2.1碾白运动的运动学分析 11

3.2.2碾白运动的力学分析 12

3.3碾白过程的碰撞接触 13

3.4本章小结 15

第四章 碾米机设计 16

4.1碾米机结构设计与三维建模 16

4.1.1进料装置 16

4.1.2碾白室 17

4.1.3排料装置 18

4.1.4传动装置 19

4.2碾米机装配图的绘制与标注 20

第五章 碾米仿真分析 23

5.1仿真模型的构建 23

5.2EDEM仿真过程参数设置 23

5.2.1颗粒参数设置 23

5.2.2几何体设备参数设置 26

5.2.3颗粒工厂设置 28

5.2.4其他参数设置 30

5.3碾米过程的影响因素 32

5.3.1碾辊转速对颗粒流动的影响 32

5.3.2米粒与磨机静摩擦系数对颗粒流动的影响 33

5.3.3碰撞能量的分布及其对碾磨度的影响 35

5.4本章小结 39

第六章 总结与展望 40

6.1总结 40

6.2展望 41

参考文献 42

致 谢 43

摘 要

本次研究的意义和目的在于通过对碾米机理的仿真分析，阐述碾米机内米粒碾白、流动的规律，并提出降低碎米率的方法。本文首先基于离散元方法，对碾白过程中的颗粒流动过程进行了理论分析。其次根据对碾米机理和碾米机结构的研究、总结，对碾米机进行了创新设计，绘制了三维模型和二维装配图。随后对碾米机的碾白室进行了仿真建模，利用EDEM进行仿真，并根据仿真结果，对影响碾米时颗粒流动行为的因素作了定性的分析，得出了过高的碾辊转速、米粒与碾白室部件的静摩擦系数可能会增大碎米率的结论。最后，通过改变米筛的形状、碾米辊的螺旋升角，对仿真产生的碾白颗粒能量损耗数据进行了统计分析，并据此分析了上述两个因素对碾磨度的影响，得出了采用六边形米筛比圆形米筛碾米更均匀、米粒碾磨主要依靠切向摩擦等结论。本次研究的结论对于优化碾辊的设计、降低碎米率等课题具有一定的指导意义。

关键词：离散元法，碾米机，三维建模，仿真分析，碎米率

Abstract

The significance and purpose of this study is to explain the law of rice milling and flow in the rice milling machine through the simulation analysis of the rice milling mechanism, and propose a method to reduce the broken rice rate. In this paper, based on the discrete element method, the theoretical analysis of the particle flow process in the whitening process is carried out. Secondly, according to the research and summary of the rice milling mechanism and the structure of the rice milling machine, the rice mill was innovatively designed, and the three-dimensional model and two-dimensional assembly drawing were drawn. Then the simulation of the whitening chamber of the rice mill was carried out, and the simulation was carried out by EDEM. According to the simulation results, the factors affecting the particle flow behavior during rice milling were qualitatively analyzed, and the excessive roller speed was obtained. The static friction coefficient of the rice grain and the whitening chamber component may increase the breaking rate. Finally, by changing the shape of the rice sieve and the spiral angle of the rice mill roll, the data of the energy loss of the milled white particles produced by the simulation was statistically analyzed, and the influence of the above two factors on the grinding degree was analyzed. The hexagonal rice sieve is more uniform than the round rice sieve, and the rice milling mainly relies on the tangential friction. The conclusions of this study have certain guiding significance for optimizing the design of roller and reducing the rate of broken rice.

KEY WORDS: discrete element method, milling machine, 3D modeling, simulation analysis, broken rice rate

第一章 绪论

1.1本课题的研究背景

水稻是中国的三大粮食作物之一，是我们从小吃到大的主食，因其良好的口感、不错的味道，深受广大人民群众的喜爱。中国是一个产稻大国，水稻产量长期排在世界第一，占世界总产量的20%左右，并且在最近的30年，我国水稻产量呈现明显的增长趋势，年产量从1980年的1.4亿吨增加到如今的2亿吨以上^[1]。但是即便如此，我国水稻的生产和需求依然处于严峻的状态，主要原因在于，一方面，由于生产加工设备不精，导致了稻谷的大量浪费；另一方面，人们的消费需求、饮食需求日益增长，对大米的品质要求也越来越高。我国每年85%以上的稻米会被用来加工成商品大米，其中以食品消费为主，占商品大米总量的84%左右^[2]。

大米的加工是由一系列专业机械设备完成的，主要涉及四个工艺环节：垄谷、糙米分离、碾米和研磨。稻谷经过脱壳后，其产品为糙米，由米糠层、胚芽和胚乳组成，糙米的米糠层和胚芽占糙米总重量的8%-10%。垄谷之后进行糙米分离，也就是我们常说的碾白，是将糙米中的糙米糠和胚芽从糙米表面去除的过程。糙米表面米糠层和胚芽的去除程度是评价糙米碾白精度的一项重要指标，根据国家计量局颁布的稻米标准，碾白后的大米按照其表面米糠和胚芽去除的程度，可以分为四个等级：特级、一级、二级和三级^[3]。但在实际的碾米作业时，我们并不是一味地追求糙米皮层的去除程度。因为从食品营养的角度来看，糙米表层中含有多种营养物质和生理活性物质，碾米加工精度过高会造成稻谷中营养物质的流失。但是从口感的角度来说，糙米皮层去除得越干净，大米的可烹煮性和口感味道会越好，这也会提高大米的市场价值。因此在碾米时，应该综合考虑食品的营养和食用的品质。

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