杂粮脱壳设备的工作原理及分类

脱壳是加工的重要环节，选用合适的脱壳机，对提高杂粮米整仁率、减小破碎率以及保证杂粮皮的完整起着至关重要的作用。

脱壳就是从杂粮籽粒上除去颖壳的过程。产量较高时，杂粮首先按厚度分级进入圆筒分级机。杂粮脱壳的有效设备有撞击脱壳机，其工作原理和稻谷加工用的离心砻谷机相似。杂粮进入中心进料口，在装有叶片的转子中加速后以较高的速度离开转子，冲向具有粗糙面或齿的撞击环，杂粮的颖壳被撕裂。杂粮常用的脱壳方法主要有挤压搓撕脱壳、端压搓撕脱壳、撞击脱壳3种方式。

1.挤压搓撕脱壳

脱壳原理脱壳是靠一对相向旋转而速度不同的橡胶辊筒实现的。两辊筒之间的间隙，称为轧距，它比杂粮的厚度小。当杂粮粒呈纵向单层（无重叠）进入轧距时，受到胶辊的挤压，由于两个胶辊的线速度不同，杂粮两侧还受到相反方向的摩擦力。胶辊的挤压和摩擦对杂粮粒形成搓撕作用，将杂粮粒两侧的杂粮壳朝相反方向撕裂，从而达到脱壳的目的。为了保证砻谷过程中所需的压力，设有轧距调节机构。一般快辊的轴线不可移动，改变慢辊相对快辊的位置，即可调整轧距。常见的辊压调节机构有手轮轧距调节机构、压砣式紧辊调节机构和气压紧辊调节机构。

挤压搓撕脱壳是指杂粮粒两侧受两个不等速运动的工作面的挤压、搓撕而脱去颖壳的方法。胶辊砻谷机是应用挤压搓撕脱壳机理的典型设备，这种砻谷机最为常用，其工作部件是一对富有弹性的橡胶辊或聚酯合成胶辊，两辊做相向不等速运动，依靠挤压力和摩擦力使杂粮壳破裂并与杂粮米粒分离，两辊间的压力可以调节。不同品种的杂粮需要的压力不同，压力过大，会使杂粮米粒变色、变脆，并缩短本来就有限的辊筒寿命。一般来说，每使用100～150 h就需更换辊筒。

胶辊砻谷机由喂料机构与胶辊、传动与轧距调节机构、扩散板与杂粮壳分离机构等组成。工作时，喂料机构将杂粮导入转速不等、转动方向相反的两胶辊之间，由于两辊圆周速度不同，使杂粮壳破碎，然后由分离机构将杂粮米与壳分离。其结构如图4-1所示。胶辊的上部是料斗和喂料滚轮，下部设计有扩散板等。机器的大小用胶辊的幅宽来表示，如幅宽为2.5英寸（1英寸≈2.54 cm）、3.5英寸的分别称为25型和35型。

图4-1　胶辊砻谷机

（1）喂料机构与胶辊

料斗内的杂粮经喂料滚轮间隙，按自身的长轴方向并排、均匀、快速、准确地按一定流量进入两胶辊的工作区。用料斗的开度调节板调节喂入量，由喂料滚轮限定最大供给量，滚轮表面的条沟引导杂粮落入的姿势。胶辊是在铸铁辊外固定一层橡胶，胶辊与杂粮间的摩擦系数为0.7左右，其直径为153～222 mm，幅宽为63.5～152.4 mm。橡胶材料可在普通的生橡胶中添加硬化剂，也可加炭作为加强剂。两胶辊的直径相等时称为同径辊，两胶辊直径不等时称为异径辊。同径辊可通过改变主轴与副轴的回转速度，使两辊产生速度差。高速辊的回转速度为1000～1200 r／min，低速辊的回转速度为700～900 r／min。也有采用高低速辊速度差率为23%的同径辊。一般速度差率越大，砻谷效果越好，但继之而来的是动力消耗加大，杂粮的破碎率增高。相反，速度差率过小时，脱壳率又会下降。杂粮在脱壳过程中与胶辊的接触时间，因胶辊与杂粮间的接触压力、胶辊弹簧倔强系数、胶辊的黏弹性、胶辊直径、轧距、稻谷的厚度、杂粮的含水率及两胶辊的回转速度差等而异。杂粮粒从两胶辊间通过时，在起轧的瞬间，处于加速阶段，其速度小于两胶辊的线速度，杂粮粒相对于高、低速胶辊都有滑动，当杂粮粒被轧住后，在摩擦力的作用下，速度很快提高到低速胶辊的线速度，此时的杂粮粒相对低速胶辊静止，相对高速胶辊滑动，在摩擦力的作用下使得杂粮粒继续加速，在加速运动的同时，随着轧距的减小，杂粮粒受到的挤压力和摩擦剪切力不断增大，当其增大到大于杂粮壳与糙米的结合力时，杂粮壳则被撕裂，高速胶辊侧的杂粮壳开始脱落，此时，高速胶辊开始与杂粮糙米接触并使杂粮糙米继续加速运动，由于胶辊与杂粮糙米的摩擦系数大于杂粮糙米与杂粮壳的摩擦系数而小于杂粮壳与胶辊间的摩擦系数，使得杂粮壳相对胶辊静止而杂粮糙米仍在加速，在通过轧距中点时达到最佳脱壳效果。在工作区的下半段，杂粮糙米被加速到高速辊的线速度后，抛向扩散板，完成脱壳过程。

（2）传动方式与轧距调节机构

胶辊砻谷机传动方式有：通过外接齿轮由主辊轴向副辊轴传递动力，通过外接齿轮与内接齿轮由主辊轴向副辊轴传递动力，以及通过链轮由主辊轴向副辊轴传递动力等多种方式。但任何一种传动方式在工作过程中，都以杂粮为中介，同时由主辊轴向副辊轴传递动力，而形成动力循环。轧距一般为杂粮厚度的1／2，即0.5～1.2 mm，可通过调节副辊轴的轴心位置来实现。副辊轴的缓冲弹簧应保持一定的预压力，预压力越高，脱壳效果越好。由于缓冲弹簧兼有防止石子和杂粮成堆落入的作用，所以预压力不能过大，过大时会使脱壳破碎率增加，调整的范围应能使幅宽25 mm的副辊建立起120 N以上的压力为宜。

（3）接料板

接料板为铸铁或者其他金属平板、碟形板、凹板。其作用是缓和脱壳后被抛出的杂粮米的速度，同时均匀地把物料按照清选装置的幅宽导入，以便清选。(www.xing528.com)

2.端压搓撕脱壳

端压搓撕脱壳是指杂粮粒长度方向的两端受两个不等速运动的工作面的挤压、搓撕而脱去颖壳的方法。沙盘砻谷机是应用端压搓撕脱壳机理的典型设备。它的基本构件是上下平行安置的两个沙盘，上盘固定下盘转动，谷物在两盘间隙内受到挤压、剪切和搓撕等作用而脱壳。沙盘砻谷机的最大优点是结构简单、造价低，沙盘可自行浇注，但对杂粮米的损伤大，碎米出率高，脱壳率低。

以荞麦脱壳为例，砂盘砻谷荞麦脱壳机有两个圆形砂盘，对荞麦外壳进行研削和搓撕，从而达到脱壳的目的。砂盘砻谷机的脱壳作用，主要依靠上、下两个砂盘，上砂盘固定不动，下砂盘作平面旋转运动。当谷粒通过进料斗，落至旋转的下砂盘的中心时，在离心力的作用下，便很快地进入工作区，并与砂面发生相对运动。在荞麦本身的惯性力R以及下砂盘的摩擦力F1的作用下，荞麦有竖立的趋势，如图4-2所示。但由于两砂盘间的轧距比较小，小于荞麦的长度，大于荞麦粒的宽度，荞麦粒在还未完全立起的时候，其顶端就与锋利、粗糙的上砂盘发生了撞击和摩擦。在此瞬间，荞麦又受到上砂盘的摩擦力F2和下砂盘的压力p1、p2的作用。在以上诸力的综合作用下，形成了上、下砂盘对荞麦壳的剪切和搓撕作用。当该作用大于荞麦壳的结合强度时，荞麦壳即被剥开，荞麦米则破壳而出，从而达到脱壳的目的。实际上，在工作区内的荞麦是成流层运动的，所以荞麦粒与荞麦粒之间还要出现相互拥挤、重叠的现象，特别是当工作区缩小到荞麦粒无法竖立的时候，荞麦粒便完全在摩擦、切削作用下撕裂荞麦壳而完成脱壳作用。

砂盘砻谷机的结构，主要有进料斗、金刚砂盘、轧距调节机构和传动装置等几部分组成。其结构形式，如图4-3所示。在图4-3（a）中，1为进料斗，2为进料插板，3和4为金刚砂浇制的砂盘。下砂盘固定在垂直轴5上，随轴转动，中央为无砂区，四周砂面厚32～45mm。上砂盘中心有一圆孔，以便下料。上砂盘用螺丝固定在机壳上，故又作机盖用。6是调节手轮，转动手轮带动轴套作上、下的移动，达到轧距调节的目的。这种调节机构结构简单，但紧靠传动皮带轮，容易发生工伤事故。工作时的砻出物，均由出口8排出。

图4-2　脱壳原理

一般式砂盘砻谷机的轧距调节机构，如图4-3（b）所示。此调节机构克服了上述缺点，较为安全。将支承垂直轴的金属外套支架在连杆上，连杆与丝杆相连，丝杆穿在固定机架旁的套筒内，在丝杆的顶部装置调节手轮，当转动手轮时，即可使丝杆向上或向下移动，从而改变两砂盘之间的轧距。

图4-3　砂盘砻谷机

3.撞击脱壳

撞击脱壳主要是利用原料与设备内撞击盘之间的撞击作用，达到皮壳分离的目的。这种设备产量大，皮完整率高，种仁完整率也较高但是仁棱角损伤率较高。

撞击式砻谷机的结构如图4-4所示。图4-4（a）是撞击式砻谷机中采用的一种铁制加速叶轮，叶轮上开有数条沟槽，外围是橡胶圆台状脱壳曲面板。叶轮回转速度为2000～3000 r／min。杂粮从叶轮的中央部喂入，沿三片叶片加速运动，并与倾斜大约45°的橡胶脱壳曲面相撞击，使得杂粮壳开裂，内部杂粮籽粒在惯性力的作用下脱出杂粮壳。现在一般是如图4-4（b）所示的树脂材料制成的脱壳风机，杂粮在风机的壳体内被气流加速，靠杂粮与风机壳体内的聚氨酯橡槽胶相撞、滑移来实现脱壳。

图4-4　撞击式砻谷机