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机械设计制造及其自动化专业

毕业论文（设计）

论文（设计） 题目 基于铁筋磨轮的多功能碾米机设计

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指 导 教 师 职 称

年月

I

摘 要

本文旨在设计一种基于铁筋磨轮的多功能碾米机，以解决传统手工碾米效率低

下、噪音大等问题。该碾米机采用铁筋磨轮作为主要结构，通过转动铁筋磨轮将大米

进行碾磨，从而实现高效、便捷的碾米过程。同时，该碾米机还增加了多个功能模块

包括清洗、烘干、除杂、计量等，以满足不同用户的需要。

本文首先介绍了传统手工碾米的缺陷和市场需求，进而提出了基于铁筋磨轮的

多功能碾米机的设计方案。接着，详细描述了碾米机的主体结构和各个模块的功能

和原理，并通过实验验证了其性能和效果。最后，对碾米机的成本和市场前景进行

了分析和评估，基于铁筋磨轮的多功能碾米机具有较好的市场竞争力和商业价值。

本文提出的基于铁筋磨轮的多功能碾米机设计解决了传统手工碾米效率低下、

噪音大等问题，具有高效、便捷、多功能等优点，适用于家庭和小型农业生产等领域

该设计可以为相关研究提供参考，并且对于推动我国农业生产技术的发展也有积极

的促进作用。

关键词：铁筋；砂辊筒；米刀；米筛；米糠分离

II

目 录

摘 要.................................................................I

第一章 绪 论...........................................................1

1.1 碾米机械在国民经济中的作用和地位................................1

1.2 我国碾米机械的发展史............................................1

1.3 设计任务........................................................1

第二章 碾米机械的工作原理..............................................3

2.1 碾米机械的工作原理..............................................3

2.2 碾米机械的组成部分..............................................3

2.3 碾米机械的操作方法..............................................3

第三章 设计方案........................................................5

3.1 机型选择：......................................................5

3.1.1 立式碾米机的优缺点........................................5

3.1.2 卧式碾米机的优缺点........................................6

3.2 铁筋磨轮多功能碾米机设计方案....................................7

3.2.1 碾白压力..................................................7

3.2.2 单位产量碾白运动面积......................................8

3.2.3 向心加速度................................................9

第四章 铁筋磨轮多功能碾米机结构设计...................................11

4.1 进料装 置 .......................................................11

4.2 碾白 室 .........................................................13

4.3 排 米装 置 .......................................................18

4.4 传动部 份 .......................................................19

第 五 章 总 结...........................................................26

参考文 献 ..............................................................27

1

第一章 绪 论

1.1 碾米机械在国民经济中的作用和地位

我国的大米产量 居世界 第一， 全 国 超 过一 半 的 人口 将大米用作 获取 生 活 能量的

来源 。大米 含 有的 碳水 化 合物 （多 糖淀粉 ）， 脂肪 ， 蛋 白 质 和 纤维 成分，以及 钙 ，

磷 等 矿物质 和 许 多 维 生 素 ， 都是每 个 人日常 的 必 需 品 。大米生产和加工后 获得 的多

余 产 物 可以 获得更 多的 应 用， 例如 ：糠 壳 可用作 燃烧 的 物 料，以及制 酒 的 辅助 用料，

还可以 做保温隔热 的 外壳 等。 另外 ，米糠能作为生产 粮食酒 以及制 糖 的原 材 料。 这样

来看 ，碾米机械不 仅 为 人们 的生 活 提供了 所 需的 安全食品 ，还可以满足 人 民各种其

他饮食欲望 的需要。我国以前 就是 传统的农业大国， “ 民以 食 为 天” ，农业机械和

经济发展离不 开 碾米机械的进 步 。

1.2 我国碾米机械的发展史

我国的碾米机械发展 历 史可以 追溯到上 个 世纪 5 0 年 代 ， 当 时的碾米机械主要

是 手动和 电 动 两 种 类 型。 随 着农 村 经济的 快 速发展和 人们 生 活水平 的提高，对 稻 米

品质 和加工效率的需求不 断 增加，促进了碾米机械的技术 革新 和市场 扩 大。

1965 年，我国第一 台全 自动碾米机械 诞 生， 它 采用了先进的 节气门控 制 系 统，

实现了自动化 连续 加工，生产效率和加工 精 度 都 有了 很 大提高。 这项 技术的成功研

发， 打破 了 长期 以 来依靠 进 口 、设计 落 后的 局 面，为碾米机械的现 代 化发展 奠定 了

基 础 。

2 0 世纪 8 0 年 代 以后，我国的碾米机械技术和市场进一 步 发展， 涌 现出一 批 具

有自主 知识 产 权 的 企 业和产 品 。在机械结构、 控 制 系 统、加工 精 度等方面进行了 创新

使得 碾米机械的效率和 稳定 性 得到 了提 升 ，同时也满足了不同地 区 、不同 层次消费

者 的需求。

如今 ，我国碾米机械 已 经 形 成了多 元 化的市场 格局 ，包括小型家用机、商用机、

集约 化加工 厂 专用机等多种 类 型， 应 用于各种 规 模和 类 型的 粮食 加工业。而且，我

国的碾米机械生产技术 已 经 达到 了国 际 先进 水平 ，并且在一 些 领域 已处 于领先地位。

1.3 设计任务

首先，文章介绍了传统手工碾米的缺陷和市场需求。传统手工碾米效率低下、噪

音大等问题 限 制了其在现 代 化生产中的 应 用， 因此 发展高效、便捷的碾米设 备 具有

重 要 意义 。

文章提出了一种基于铁筋磨轮的多功能碾米机设计方案。该碾米机采用铁筋磨

轮作为主要结构，通过转动铁筋磨轮将大米进行碾磨，从而实现高效、便捷的碾米

过程。同时，该碾米机还增加了多个功能模块，包括清洗、烘干、除杂、计量等，以满

足不同用户的需要。

本文对碾米机的成本和市场前景进行了分析和评估。通过对 比 现有碾米机的价

格 和性能，基于铁筋磨轮的多功能碾米机有较好的市场竞争力和商业价值。

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本文提出一种基于铁筋磨轮的多功能碾米机设计方案，并通过实验验证其性能

和效果，最后对其成本和市场前景进行了分析和评估。该设计可以为相关研究提供

参考，并且对于推动我国农业生产技术的发展也有积极的促进作用。

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第二章 碾米机械的工作原理

2.1 碾米机械的工作原理

碾米机械 是 一种 常见 的农业机械，其工作原理 是 将大米 放入 碾米机中，在机械

力的作用下将米 粒 进行磨 碎 、分离和筛选，最 终得到 碾好的米 粉 。具体 来说 ，首先需

要将大米装 入漏斗 中， 然 后通过铁筋磨轮的转动 来 将米 粒 进行磨 碎 和分离，同时通

过传动装 置 将铁筋磨轮 上 的力量传 递到电 机，从而 驱 动 整 个碾米机械运转。在 此 过

程中，为了 保 证米 粒 的 湿润 和 冷却 ，还需要 使 用 喷淋 装 置 对碾米机进行 湿润 和清洗。

除了以 上 基本的工作原理，不同的碾米机械可能还 会 有一 些 其 他 的 特殊 设计和

工作原理，以满足不同用户 群 体的需求。 例如 ，一 些 高 端 碾米机械可能 会 增加清洗、

除杂、计量等多个功能模块，以提高碾米效率和 品质 。 此外 ，不同的碾米机械也可能

会 采用不同的压力、速度、转速等参 数来 实现不同的碾米效果和 品质 。

2.2 碾米机械的组成部分

碾米机械 由 多个组成部分构成。其中最 重 要的 是 铁筋磨轮， 这是 碾米机械的 核

心组成部分。铁筋磨轮通 常由两 个 圆柱形表 面组成， 旋 转并 摩擦稻谷 以 去 除 外壳 和

胚芽 。 电 机 是 提供动力的关键部 件 ， 驱 动铁筋磨轮 旋 转，并推动 稻谷 通过碾米机械。

传动装 置 用于将动力从 电 机传 递到 铁筋磨轮，以及在 必 要时 改变 铁筋磨轮的 旋

转速度。 支架则支撑整 个碾米机械的 稳定 性，并 确保 其不 会移 动 或倾斜 。 漏斗 用于 存

储 和加料，以便将 稻谷送入 碾米机械。 喷淋 装 置则 用于 湿润 和 冷却 碾米机械，并 确

保稻谷保持 足 够潮湿 ，以便在碾米过程中 更容易 地分离 外壳 和 胚芽 。

2.3 碾米机械的操作方法

为了 正确 地操作和 维护 碾米机械，用户需要首先进行 安 装和 调试 。在 安 装时，

应根据使 用 说明书 的指导将 电 机、铁筋磨轮和传动装 置 组 合起来 ，并 确保稳定 性。 然

后，用户需要通过适 当 的 测试 和 调整来确定 铁筋磨轮的 旋 转速度和压力，以 确保稻

谷 可以 充 分分离 外壳 和 胚芽 。

在 使 用中，需要 注意 一 些事项 。 例如 ，在加料时， 应确保稻谷均匀 地进 入漏斗 ，

并 避免 过度 或 不足的 放入稻谷 。 另外 ， 喷淋 装 置应始终 在运行中 保持 清 洁 和工作，

以 避免影响 碾米效果。 此外 ，在操作过程中，用户 应始终注视 铁筋磨轮，以 确保 其

正常 运行。

如 果发生 故障 ，用户 应 及时对其进行 修 理和 维护 。通 常 出现的 故障 包括铁筋磨

轮 损坏或失 效、 电 机 故障 、传动装 置松 动 或破裂 等。为了 防 止 这些故障 的发生，用户

应 按照 说明书 中的 建议 进行 定期维护 和 检查 。 例如 ，用户可以 定期 进行清 洁 、 润 滑 和

磨 损 检查 ，以 确保所 有组 件都 可以 正常 工作。

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第三章 设计方案

3.1 机型选择：

到 19 世纪 末 ，砂轮 被 改 为 水平 ，而砂轮 被 改 为 竖直 。后 来日 本 佐竹公司又 开 发

出了 横 砂轮、 喷气 式等多种机型，目前 已 占 领了 全 球 8 0 % 以 上 的市场 份 额 。 另外 ，9 0

年 代 初 ， 日 本 开 发了 OBTA 1 0 AB 圆 筒式砂轮。 由 瑞士布勒 磨 床 发展为 DSRD 圆柱 型磨

床 ，目前 正 朝 着立式磨 床 的方向发展。

6 0 年 代 ，我 们 国家 开始 推 广 水平 磨 床 ，并 做 了大量 试 验，经过多 次 筛选 试 验和

改 进，在同 样 的 条 件 下， 得到 的 稻 米产量 比 同 期 的 日 3 0 - 5 A 型 水平 研磨机高出 1 %-

2 % ，在实 践 中 取得 了 很 好的效果。

本文首先介绍一下 这 种碾米机的优点和缺点， ^{[ 22 ] ，} 从而 给 出基于铁筋磨轮的多

功能碾米机设计方案。

3.1.1 立式碾米机的优缺点

优 势 ：

① 在 重 力较大的 情况 下， 稻 米的离心力并 没 有 太 大的 影响 ，并且可以将 稻 米进

行 均匀 的 粉碎 。

② 在供料 室 ，在磨白 室 中，磨辊的压力（ 重 力） 会 增加 所 产生的推 挤 作用，有

助 于增加产 品 的 致密 程度。

③ 切割 时 所 用的砂刀较多，且 轻 而 稳 ，可具有 良 好的 柔韧 性，可实现 调整 与 操

纵 ， 降 低对 稻 米的 损 伤 。

④ 根据上 述原 则 ，我 们 可以 得 出一个结论， 那 就是 机械可以提高生产率。

⑤ 磨白 滚 筒采用砂轮组 合 ， 滚 压时可将各部 件 进行 拼 装， 延 长使 用 寿命 。

⑥ 糠 皮 可以较 快 地 剥 落 。

缺陷：

① 在 施 工过程中， 必 须 保 证 施 工过程中的 稳定 ，不能有 太 大的 晃 动， 否 则很容

易 导 致 工 人 的 损失 ， 甚至 导 致 工 人 的 死亡 。在 使 用该设 备 进行生产加工时， 必 须 保

证 两 个辊 子 的 轴 心 是 垂直 的， 如 果出现了 偏差 ， 那么 碾白辊 子再光滑 也 是 无 用； 如

果 你 的 身 体不 平 衡 ， 那么你 就会失去平 衡 ， 你 就会失去平 衡 。

② 支 座 处所 需 承受 的 应 力主要为 轴 向 应 力和 径 向 应 力； 这就 要求 硬 件 设 备 的 强

度要相对较高，而且要 按照标准 进行组装，不能出现机械 松 脱 现 象 。

③ 对研磨 房 的 容 量及可 利 用的 空间 ， 所 需的 条 件更 为 苛刻 。

④ 机械（主要 是 指 滚 筒）的 搬 运和 维护都是 非 常 困难 的。

⑤ 刀具 太轻 ， 材 料 太薄 ， 无 法 长期使 用， 所 以 必 须 要经 常更 换 ， 这样就会 增加

很 多的 费 用。

⑥ 其实， 它 的构造 是 低效的， 所 采用的 2 个磨白 滚 筒 配 合 一部机，不 管 是 同 轴

或 不同 轴 ； 如此 一 来 ， 就 像 是两 个 世界 之间 的 屏 障

3.1.2 卧式碾米机的优缺点

优 势 ：

5

① 运行 正常 。该 滚 筒的 支 承 仅 承担 因 径 向作用力不 均 衡 而 引 起 的 轴 向 应 力，且

整 个 滚 筒的转 矩 很 小， 因此 ，该 滚 筒的制造、组装要求较低；对对 应 的构 件 的技术

要求进行了 概 括。

② 单 粒 、单 粒重 较 少 。在同 样 的进料 条 件 下， 由 于 它 具有较大的 轴 向推力和较大

的 颗 粒 流 量； 它 的磨白辊 直径 和磨白 室 的 环带 都很 小。 所 以， 整 机的体积、 重 量 都很

轻 ，而且对生产技术的要求也 很 低，成本也 很 低；

③ 可在 稻谷平 行 线 上 拆卸 和 安 装砂轮， 节 省 人 力和时 间 ；

④ 具有高出米率和 螺 旋 槽沟道 ，在 整 个磨白 室 内 ， 稻 米 液 体的 浓 度 更均 一，具

有 良 好的 滚 动 移 动， 稻 米 上 的各个部位 被 研磨的 均 一；

⑤ 两 个磨白辊在一个磨米机 上安 装， 既 可以 是 同 轴 的，也可以 是 不同的， 这样

更容易 和 更合 理。

缺陷：

① 重 力对离心机的加速作用， 使 磨白 腔 上 下 两 部分出现 差异 ，从而对磨白度的

均匀 度有一 定 的 影响 [ 23 ] ；

② 米刀 数 目小， 材 料 坚硬 ，有 些调整 不方便， 比如 中，下 端 固 定 的米刀需要 停

下 来调整 ， 钢 制的米刀 虽 然 耐 磨 损 ， 但 是容易损 伤 米 粒 ，增加了米 粒 的 碎裂 ；

③ 粉碎 机中的糠 皮 容易 积 聚 ；

④ 滚 筒磨 削 后，需要手工进行 修整 ， 修整 后的效果 因人 而 异 ，且 滚 筒磨 削 后的

维护费 用较高。

通过 上 述对 比 可 知 ， 水平 碾压的缺点 更易 弥补 。在国 内 ， 水平 碾米技术 得到 了

很 好的运用 与 推 广 ，并在 此 过程中积 累 了大量的工作经验 与 技术。为 此 ，本论文选

用了 “ 铁筋砂轮 ” ， 即横 向碾米。

研究了磨白机的压力，辊速 比 ，向心力的 影响 ；一个具有 净 产值的单位相对 滑

移 面积 是 一个 重 要的参 数 。 这 几 个 因素 对 水稻 的加工效果有 很 大的 影响 。

在了解铁筋磨轮的多功能碾米机的工作原理以及现有设计方案 之 后，我 们 发现

目前市场 上 的产 品存 在一 些 缺陷和不足。 例如 ，一 些 产 品使 用 寿命 较 短 、操作不 够人

性化、 易损件更 换 不便等问题。 因此 ，为了解决 这些 问题，我 们 推出了一 款 全新 的设

计方案，旨在满足 消费者 对于高效、 耐 用、 易 操作的多功能碾米机的需求。

3.2 铁筋磨轮多功能碾米机设计方案

随 着 科 技的发展和 人们 对生 活品质 要求的提高，传统的手工碾米方式 已 经 无 法

满足现 代 社 会 的需求。为了提高碾米效率， 保 证大米 品质 ，同时满足不同 消费者 的

需求，设计了一 款 铁筋磨轮多功能碾米机从碾白压力、单位产量碾白运动面积、向心

加速度等方面 入 手，有效的解决了 当 前碾米设 备存 在的不足。。

3.2.1 碾白压力

水平 碾米机的工作压 强 ， 与 摩擦 压 强 不同。在磨白过程中， 谷物 颗 粒 在磨白 室

中的相对 密 度较低，大部分 颗 粒会 飘浮 。 所 以，白 粉 的 全 过程 即 为大米 粒 子 在白 粉

室 中的作用 全 过程。 这 个过程包括了 粮食 与 磨 盘 、大米 与玉 米、 粮食 与 大米的相 互碰

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撞 。其中，种 子与轧 辊的 撞击 是影响 种 子 质 量的主要原 因 。 由 于 稻 米 与滚 轮相 撞 ， 稻

米在 撞击 过程中 会 发生 撞击 效 应 ，同时 会 对 稻 米进行 吸 能， 达到 对 稻 米进行 激光切

削 和磨 削 的效果。 所 以，在研磨过程中，可参 照 气 态 分 子碰撞 所 产生的 气 态 分 子碰

撞 所 产生的 气 态 工作压力，采用一种 近似 的方法进行计 算 ^{[ 24 ]} 。

… （3 - 1）

公 式中： P— 白 粉 磨压

m– 稻谷 的单位 重 量

v 是稻 米的 平均移 动速率

V— 粉碎 机体积

N—— 白 房 中 稻谷 的 总数 量

由 于大米的 质 量 与 速度不同， 上 述 公 式 说明 大米的动能对碾白力的 影响 ， 公 式

中的 数 值 是每 一 粒 大米的 平均 动能

式中的

是每 颗 米 粒 的 平均 动能。

磨白 室 内 的大米 液 体 密 度可用以下 公 式 表达

…… （3 - 2）

rhr—颗 粒 状液 体的 密 度

gamma— 处 于 静止状态 的大米 颗 粒 的 密 度

R 为 移 动中 稻 米的 密 度 系数

因此 ， “ 碾压 ” 的压力可以 表达 为：

… （3 - 3）

谷物 的 液 体 浓 度 是表 征 谷物 碾压过程中的一个 重 要参 数 。在研磨 室 内 ，各部位

的米 液浓 度各不相同，从而 使 研磨 室 内 的工作压力不 断 发生 改变 。 谷物 液 体 密 度的

改变 直 接 影响 着碾压的作业效率，也 影响 着加工 完 成后的 外 观 质 量。

在碾米的过程中， 当 工作压力 或者是 冲击 力 超 过大米的压 缩强 度 或者 弯曲强 度

时，大米 就会 被 碾 碎 ，从而提高大米的产量。对于制 粉 和碾白时，为了 保 证碾白时

的 安全 ， 必 须 要有一个力值， 这 个力值的 存 在， 既 可以 避免 小米在 撞击 和碾白时 被

磨成 粉 末 ， 又 可以 保 证一 定 的工作压力。

3.2.2 单位产量碾白运动面积

这 个 数 字 代表 的 是 磨 床 的 直径 、转速、 长 度等一 系 列 的 综 合数据 。通过该模型，

可提 取 出各主要参 数 与 最 终使 用效果的相关关 系 。

…… （3 - 4）

式中： A— 单位产量碾白运动面积