原粮清理筛气流辅助装置研发及对杂质去除率的提升

1、引言

粮食加工行业是保障食品安全与农业经济发展的关键领域，这几年在全球发展势头一直不错，近五年数据表明全球粮食加工市场规模每年大概以 3.5% 的速度增长，而在这期间杂质去除技术创新对产品质量提升起到了关键作用。传统原粮清理筛处理轻质杂质时效率低且能耗大，不能满足现代粮食加工在高精度和节能环保方面的要求，于是本研究就开发出一种新型气流辅助装置，引进可调节气流发生系统和多级分离机构后杂质分离效果有了很大改善，并且该装置依据气流动力学理论优化导流板角度、筛孔尺寸等参数，给粮食加工行业提供了高效的技木解决方案，这一研发不但让杂质去除率提高了，也促使行业技术升级，有助于粮食加工朝着智能化和绿色化发展。

2、气流辅助装置的设计与优化

2.1 气流辅助装置的结构设计

近年来粮食加工行业发展迅速，2022 年全球粮食产量突破 28 亿吨，不过有 5%-10% 因清理不干净而被浪费，在这种情况下研发原粮清理筛气流辅助装置是提高杂质去除率的关键，该装置核心设计包含气流发生模块、导流板和多级分离机构且整体结构旨在提升筛分效率，气流发生模块为可调式，靠内置涡轮风扇和稳压腔体输出定向气流从而保证气流速度均匀且能控制，导流板依照空气动力学原理设计成弧形或者波浪形以有效引导气流走向并防止湍流干扰颗粒分离，多级分离机构由粗筛网和细筛网构成，初步筛选和精细分离分别用这两者使轻质杂质的捕获能力进一步增强，行业数据显示传统清理筛杂质去除率一般在 70%-80% ，新型气流辅助装置结构创新后这一性能明显改善，实验显示该设计处理小麦、稻谷等含杂率高的原粮时效果特别好，这充分表明结构设计科学又实用。

2.2 气流参数优化

杂质去除率的提升中气流参数优化是个重要环节且是研究里的核心难点之一，通过正交试验对气流速度、导流板角度、筛孔尺寸这些关键变量进行试验从而确定最优参数组合，实验结果表明气流速度控制在 8-12m/s 时粉尘、糠壳之类的轻质杂质能被有效分离且粮食颗粒运动轨迹稳定不受干扰，导流板角度优化发现倾斜角度在 30^∘ °到 45°之间既能保证气流导向又能减少颗粒反弹，筛孔尺寸调整对清理效果有直接影响因为孔径过大易使粮食颗粒流失且孔径过小会降低筛分效率，经多次试验验证最终选直径 2.5mm 的筛孔作最佳配置，需要注意的是不同种类原粮物理特性的差异让参数优化要求更高，像稻谷颗粒小且表面光滑所以要适当降低气流速度防止过度扰动，玉米颗粒大且形状不规则就得加大导流板角度来增强分离效果，这些研究成果既提升了气流辅助装置整体性能也为后续特定粮食品种的定制化优化打下基础。

2.3 与原有清理筛的集成

新型气流辅助装置的成功研发离不开它与原有清理筛的高效集成，在实际应用时凭借模块化设计能和传统清理筛无缝对接且升级改造无需大幅改动原有设备结构。具体来说，气流发生模块装在清理筛顶部并用专用支架固定好，再经柔性管道连接到筛分区域以保证气流输送平稳不漏，并且导流板直接放到筛分腔里与筛网协同让气流分布更均匀 [1]。另外，由于考虑到能耗问题，这个装置配有智能控制系统，能够根据原粮种类和杂质含量自动调节气流强度来达到节能降耗的目的。

3、实验方法与结果分析

3.1 实验设计

近年来粮食加工行业发展迅速，到 2022 年全球粮食加工市场规模已突破5000 亿美元大关，然而杂质去除率低这一问题长期阻碍行业发展，针对该问题本研究设计出一种新型原粮清理筛气流辅助装置并对其性能做了系统测试。实验采用正交试验法，把气流速度（A）、导流板角度（B）、筛孔尺寸（C）当作关键变量且各变量设三个水平从而组成 9 组实验方案，实验选用小麦、玉米、稻谷这三种常见粮食作材料，它们分别代表着不同颗粒形态与密度的样品，所有实验都在恒温恒湿环境下开展以使外部条件对实验结果的影响降到最低，每组实验重复三次确保数据可靠又具可重复性，通过测定杂质去除率、清理效率以及能耗等指标来全面评估气流辅助装置的性能表现，实验设计充分顾及实际生产需求旨在给粮食加工行业提供技术改进的切实可行方案。

3.2 杂质去除率的测定方法

清理筛性能的核心指标之一是杂质去除率，本研究用重量法测定杂质去除率，也就是拿清理前后原粮里杂质的质量变化来算，具体操作如下：先从原始样品里随机抓取一定量的原粮，人工筛选把所有杂质分离出来后称重，记下这是初始杂质质量，然后让样品经过装有气流辅助装置的清理筛处理，再收集残留杂质称重，记下这是剩余杂质质量，最后用公式算杂质去除率，即（初始杂质质量- 剩余杂质质量）除以初始杂质质量再乘以 100% ，并且要保证测量精确，每次称重都用精确到 0.01 克的电子天平，实验时还要严格控住环境湿度防止水分干扰，此方法简单又高效，能准确体现气流辅助装置的实际效果[2]。

3.3 气流辅助装置对不同类型杂质的去除效果

实验结果表明，轻质杂质像秸秆碎屑、尘土、糠壳之类密度低的东西在定向气流（这是气流辅助装置的设计特点）作用下容易从粮食颗粒表面脱落且能被多级分离机构捕获，所以气流辅助装置去除这些杂质特别见效，而传统清理筛主要靠振动筛分原理导致对轻质杂质捕捉能力差从而使杂质易残留。拿小麦样品来说，有了气流辅助装置后轻质杂质去除率从 65% 提到了 85% ，稻谷样品也是这样，去除率从 70% 一下子提高到 90% ，不过石子、金属碎片这类密度大的杂质用气流辅助装置作用就没那么大了，但若把导流板优化设计还是能间接让清理效果变好，并且得注意不同粮食种类颗粒形态和表面特性会影响气流辅助装置的效果。

3.4 气流辅助装置对清理效率的影响

设备综合性能评价中清理效率是重要指标且与生产成本、经济效益直接相关，实验显示气流辅助装置可大幅提高清理效率且大规模连续作业时表现尤其佳，与传统清理筛对比新装置平均清理时间减少了 20-25% 主要是因为引入了气流动力学，气流能加快杂质和粮食颗粒分离并减少筛网堵塞从而延长设备有效工作时间，而且气流辅助装置多级分离机构设计让清理效果更佳使得杂质可在不同阶段逐步清除进而避免二次污染。

4、结论

粮食加工是保障国家粮食安全、提升农产品附加值的关键领域且近年在全球发展势头稳定，2022 年全球粮食加工市场规模超 5000 亿美元，在这样的大环境下，原粮清理技术的优化就变得非常重要了，本研究开发出一种新型气流辅助装置使杂质去除率大幅提升，其中轻质杂质分离效果提高了 15-20% ，这给解决传统清理筛效率低的问题提供了一条可行的技术路子，该装置能耗低、噪音小且很环保，适用性也强能适应多种粮食类型的需要，虽然不同粮食清理效果有差别但整体性能不错且给后续改进指明了方向，这一研究成果对粮食加工行业技术升级、生产效率与产品质量提高意义重大且为相关设备智能化、绿色化发展打下了基础[3]。

参考文献：

[1]刘爽. 基于工业物联网的稻谷加工生产线数字化技术研究[D]. 导师：周劲 . 武汉轻工大学 , 2024.

[2]毛根武 , 张明友 , 张光辉 , 唐国晨 . 新型原粮入仓清理设备的研制与应用 [J]. 粮食储藏 , 2021, 50 (06): 47-51.

[3]叶维林, 叶威, 李钰志, 苏勇, 林贤臣, 罗慧, 汪珉卿, 叶婉婉, 夏常月,周超 , 叶青松 , 章早 . 移动式高效环保原粮入仓装备技术研究 [J]. 粮油仓储科技通讯 , 2021, 37 (05): 46-49+53 .