大型单层振动去石机的筛面结构设计要点及影响去石效率的关键要素分析.pdf

为了响应国家节能降耗的政策，追求经济效益性，市场上逐步涌现出许多日产量高达 500 3 000 t 的大型化成套碾米工程项目。伴随着碾米成套工程的大型化、节能化以及自动化技术程度的发展与推广，大型化的碾米机械设备也受到了广大用户越来越多的青睐1-2。在现代成套碾米加工过程中，对原粮稻谷中并肩石的有效剔除，仍然是影响整个大型碾米工程项目出米质量的关键工序。1 大型单层振动去石机筛面结构设计概述近年来，许多大型米厂项目所要求的精米产量愈来愈高，单层振动去石机产品在结构设计上也需要满足产量越来越大的需求，常见的方法就是增加去石筛面宽度来实现。市场上常见的去石筛面宽度为 2.0、2.5、2.8、3.0 m3。下面主要以设计 2.5 m筛面宽度结构为例进行阐述。1.1 大型筛面功能区域与特性根据去石机设备的工作原理，将去石筛面从出料端到出石口端依次划分为分离区域、采石区域、精选区域及净稻谷流出口四部分（如图 1 所示），其中分离、采石、精选区域为功能区域。相对于传统的采用单一或两个收缩角的小型去石机产品，大型单层振动去石机筛面宽度尺寸存在较大增幅，因此出石口精选室分布数量较多，多的可达 6 个以上。实践4证明，出石口精选室分布个数不仅会影响整台去石机的去石效果，也会影响整大型单层振动去石机的筛面结构设计要点及影响去石效率的关键要素分析曾晓钢，胡柏生，吴 衡，马 峰（湖南郴州粮油机械有限公司，湖南 郴州 423000）收稿日期：2023-04-20作者简介：曾晓钢，男，本科，工程师，研究方向为粮油机械设计。摘要：大型单层振动去石机通常是在 TQSX 型吸式比重去石机基础上扩宽去石筛面的有效筛选宽度来实现的，但是随着筛面的扩宽，整个设备机械稳定性变差，去石工艺中所需的风压风量随之增大，能耗显著增加，去石工艺效果的不确性也变得更大。文章分析总结了大型单层振动去石机筛面结构设计时所要处理好的 4 个设计要点，同时分析了大型单层振动去石机设备在现代碾米工艺中剔除并肩石杂质的关键要素。关键词：大型单层振动去石机；筛面结构；设计要点；关键要素中图分类号：TS212.3 文献标志码：A DOI：10.16465/431252ts.20230325Key points in screen surface structure designation of the large single-layer vibrating stone removal machine and analysis of the key factors affecting the efficiency of stone removalZeng Xiaogang,Hu Baisheng,Wu Heng,Ma Feng(Hunan Chenzhou Grain and oil Machinery Co.,LTD,Chenzhou,Hunan 423000)Abstract:The large single-layer vibration de-stoner is usually achieved by widening the effective screen-ing width of the stoner screen surface on the TQSX type suction specific gravity de-stoner product,but with the widening of the screen surface,the mechanical stability of the entire equipment become worse,the wind pressure air volume required in the stoner process increases,the energy consumption increases significantly,and the uncertainty of the stoner process effect become greater.This text introduced and summarized four design points which should be dealt with in the design of screen surface of large single-layer vibrating de-stoner,and analyzed the key elements of removing the impurities of side stone in modern rice milling pro-cess using large single-layer vibration stone removal equipment.Key words:large single-layer vibrating stone removal machine,screen surface structure,design key points,key elements113Vol.48,No.3 Jun.2023 Food Science And Technology And Economy粮食科技与经济机所需配备的风机动力、风压风量及能耗。一般情况下，遵循以下 4 个要点来完成大型去石筛面出石口精选室的布局形状设计。（1）宽度方向大于或等于 2.0 m 的大型去石筛面采用多个收缩角来设计布局，收缩角尽量保持在45 或 60 左右。（2）出石口精选室数量尽量采用 3 个或 4 个来布局，不宜过多或过少。（3）筛面出石端的各采石区域面积尽量均分一致，以保持各出石口的精选室在去石工作状态时出石量的一致性。（4）综合考虑风机动力配置因素，对出石口精选室布局在筛面宽度方向的尺寸取整。考察国内市场上同类型大型单层振动去石机，如 TQSX225 型、TQSX250 型、TQSX280 型去石机，均采用 3 个出石口精选室布局，收缩角为 60 左右。现以 TQSX250 型去石机的筛面设计布局为例进行设计、讨论，如图 2、图 3 所示。TQSX250 型去石机的筛面布局优劣势：（1）筛面的 3 个采石区的面积 S2几乎均等，所布局的出石口精选室数量少，产品使用过程中，3 个出石口的一致性好，易于清理维护。（2）筛面的总透风区面积 S=3S2+S3，经校核S=2 203 956.9 mm2合理，对产品所需搭配风机动力不高，降低风机动力功耗。（3）筛面采用了 60 的收缩角布局，相对 45的收缩角的布局来说，产品在使用一段时间后 3 个采石区的谷石混合物料层堆积会相对较厚，对物料悬浮程度有一定的影响。1.2 大型筛面设计思路与方法以 TQSX250 型去石机的筛面设计为例，详细介绍相关参数的设计思路与方法。通常大型去石机产品的筛面纵向尺寸即从原粮出料端到出石口端的尺寸通常与传统去石机产品相同，这里设定为 1 360 mm。初步设定收缩角为 50，侧面收缩点离出料端尺寸为 700 mm，可推断出筛面侧框形状收缩为 155 夹角。TQSX250 型去石机筛面宽度方向尺度初始为 2 600 mm，设定出石口精选室布局个数为 4 个，出料槽宽度尺寸为 140 mm，绘制简略图，如图 4 所示。图 4 筛面形状布置简图2 6001407001551 2201 3601 98450绘制草图后，可初步算出筛面出石端的前面尺寸为 1 984 mm，若布局 4 个出石口精选室结构，则需要均分为 3 段，每段距离 D=（1 984-110）3=624.7 mm（精选室底板宽度取 110 mm；考虑到精选室罩与吸风罩部件间留有安装距离），取整数，即出石口精选室间距 D=625 mm，如图 5 所示。绘制出TQSX250 型去石机筛面上预先布置的分料板，并评估筛面的趟料板的位置，同时预留分料板顶点与原粮流瀑布线的间距（预设4050 mm）即可，绘制吸风罩外形示意框，初步测量中间区域的收缩角度 48.6，两侧边上的收缩角度为 49.3，采石区域的张口大小分别为 625 mm 与 650 mm，收缩角与最初设定的 50 基本一致，考虑到制作工艺参数及产品所需配置原风机动力，对部分尺寸取整和微图 1 筛面功能区域示意图图 2 筛面形状参数布局1 718804804s=22 039 56.9 mm22 4661 2251 3872 516图 3 筛面透风区域示意图S2S2S2S3114Vol.48,No.3 Jun.2023 Food Science And Technology And Economy粮食科技与经济调即可，如图 6 所示。图 6 筛面上布置分料板示意图2 6001 9846256507006256256251 2201 36049.348.6640.511047140考虑去石机产品在使用时所需风机动力，基于节能角度考虑将收缩角取整为 48，微小调整筛面宽度方向尺寸，使采石区域张开程度尽量接近，经过调整后收缩角为 48，边上采石区域尺寸 640 mm与中间采石区域尺寸 625 mm 比较接近，筛面宽度方向尺寸为 2 580 mm 与设计参数 2 500 mm 也很接近，均在可接受的范围内，具体参数如图 7 与图 8 所示。图 7 调整后筛面设计参数1 9852 580154.51 2201 360625640484862562562569140140649TQSX250去石机筛面透风区域面积S=2(S1+S2)+S3=2(227 068.7+217 397.8)+1 320 953.6=2 209 886.6 mm2，此透风面积区域大小决定了所需配置风机动力大小，对原粮悬浮程度有重要影响。1.3 大型筛面设计要点总结通过 TQSX250 筛面形状的设计过程，大型筛面设计的 4 个要点总结为：出石口端到原粮出料端尺寸按传统的去石机产品设计，基本维持不变；根据出石口端尺寸与出石口精选室布局个数均分为对应几段，采石区域尽量面积均等化；确定好是采用 60 收缩角还是 45 的收缩角；综合考虑，微调并取整相关参数。只要掌握好大型筛面设计的 4 个要点，即可快速完成大型去石机筛面形状结构设计，设计工作往往能起到事半功倍的效果。2 大型去石机去石效率的关键要素剖析2.1 影响去石效率的关键要素根据大型振动去石机工作原理以及多年的调校经验，影响去石效率关键要素为筛面倾斜角度、筛孔风速、筛面趟料均匀性以及振动电机的振动角度。从设计失效模式影响分析（DFMEA）的角度，各要素对去石效率影响如下：（1）筛面倾斜角度：单层振动去石机的筛面倾斜角度大小可根据产量与去石效率做适当的调节。相对老式 TQSX 去石机，大型单层振动去石机筛面较宽，相对分离区域长度较短，筛面倾斜角度设定在 6.5 7.5 较为妥当。若筛面角度过大，悬浮物料流速快，即筛宽度单位流量大，会出现原料悬浮与分层不充分，并肩石夹在其中出现去石不干净现象。若筛面角度过小，料层变厚，悬浮与流速变慢，即筛宽度单位流量小，去石效率会稍高些，但也会出现筛面上的采石区域间的物料偏厚，在筛面吸风量一定的情形下，出石口会带出糙米或原粮，即常说的“石中带粮”现象，同时相对单位能耗的产量变小。（2）筛孔风速：通常用吸风罩内的负压值来反映筛孔风速的大小（产品配有数显式负压表，负压值读数为 165 175 Pa 较好）。负压值大说明悬浮物料层厚，料层中夹有并肩石从而去石不干净，负压值小说明悬浮物料层薄，料层常被穿透，从而降低去石效果。（3）筛面趟料均匀性：如果筛面宽度方向趟料均匀，则各排石口均匀性良好，不会出现一个出石多，另一个出石少的现象；反之，趟料不均匀，则图 8 调整后筛面透风区域示意图S3S1S2S2S1图 5 筛面出石口布置简图1 9842 6006256256257001401551 2201 360110115Vol.48,No.3 Jun.2023 Food Science And Technology And Economy粮食科技与经济会出现一个出石多，另一个出石少的现象，甚至会出现“石中带粮”的现象。（4）振动电机角度：振动电机里面偏心块的激震角度反映并肩石在筛面上的抛掷角大小，角度在35 38，排石快，角度在 39 42，排石慢，但原料在筛面上的分层更充分。实践表明，从筛面倾斜角度、筛孔风速与筛面宽度方向的趟料均匀性三方面调整好大型去石机的参数，即可使各类原料在清理去石工艺中达到“断石”要求。2.2 试验及分析由表 1 可知，在筛内负压值即筛内风量风压一定情形下，对同一种原粮来说单位筛宽流量越大，去石效率越低。同一单位筛宽下料流量下，随筛面倾斜角度增大，加工产量上升，但去石效率下降。试验结果表明，只有从筛面倾斜角度、筛孔风速以及单位筛宽流量的各因素中进行综合调节，才可以找到大型单层振动去石机的最佳工作状态，进而达到预期的去石效果。对于谷物类原粮去石，推荐在筛面倾角 6.5 7.5，筛孔风速即筛内负压值 165 175 Pa，单位筛宽流量25.0 35.0 kg/（cm h）的条件下进行。3 结 论（1）出石口精选室分布个数不仅会影响整台去石机的去石效果，也会影响整机所需配备的风机动 表 1 3 种原粮在不同筛面倾斜角度和筛面上单位筛宽流量下的去石效率对比%原粮品种单位筛宽流量/(kg cm-1h-1)筛面倾斜角度/()679121315中籼谷20.0 25.099.599.699.798.580.5去石不干净28.6 35.796.396.995.792.588.237.5 46.890.887.892.290.282.5粳谷12.5 19.699.699.999.496.488.221.4 26.899.399.699.393.286.332.1 35.798.898.298.192.282.442.6 46.497.996.295.590.680.2糯稻26.7 28.399.898.897.596.892.3注：上述数据是在原料铺满筛面，筛内负压值（即筛孔风速）调整到 150 180 Pa时的试验数据；按行业标准，谷物去石率 99.0%，高粱去石率 99.2%，评判为合格；从出料口随机取样 50 kg，若发现含有石子评判为去石不干净。力、风压风量及能耗。通常情况下，宽度方向大于或等于 2.0 m 的大型去石筛面采用多个收缩角来设计布局，收缩角尽量保持在 45 或 60 左右，出石口精选室数量尽量采用 3 个或 4 个，筛面出石端的各采石区域面积尽量均分一致。（2）对筛面倾斜角度、筛孔风速及单位筛宽流量等因素进行综合调节，可以找到大型单层振动去石机对原粮的最佳工作状态，达到预期的去石效率。对于谷物类原粮去石，推荐在筛面倾斜角6.5 7.5，筛孔风速即筛内负压值 165 175 Pa，单位筛宽流量 25.0 35.0 kg/（cm h）的条件下进行。参 考 文 献1 陈敏,曹小飞,曹育金.谷物轻杂处理工艺改造与技术创新J.粮食科技与经济,2021,46(5):118-120.2 蒋江,刘耀华,扶宇阳,等.谷物加工机组模块化设计分析 J.粮食科技与经济,2020,45(12):96-98.3 顾尧臣.粮食加工设备工作原理、设计和应用 M.武汉:湖北科学技术出版社,1998:284-285.4 金增辉.稻谷碾米中的复式去石工艺 J.粮食与饲料工业,1995(6):14-16.