全 文 ：施丽莉，胡志超，谢焕雄，等． 动静磨盘式薏苡脱壳机构性能参数试验研究［J］． 江苏农业科学，2016，44(9) :357 － 359
doi:10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2016． 09． 102
动静磨盘式薏苡脱壳机构性能参数试验研究
施丽莉，胡志超，谢焕雄，王建楠，刘敏基，宋卫东
(农业部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014)
摘要:研究了动静磨盘式薏苡脱壳机构对薏苡脱壳的可行性，以及机构性能参数(动静盘间隙 A、进料速度 B、动
盘转速 C)对考察指标(薏苡脱壳率、薏苡破碎率)的影响规律和参数的优化结果，影响薏苡破碎率的主次因素依次
为:A ＞ B ＞ C，即动静盘间隙 ＞进料速度 ＞动盘转速;影响薏苡脱壳率的主次因素依次为:A ＞ B ＞ C，即动静盘间隙 ＞
进料速度 ＞动盘转速。综合考虑脱壳率和破碎率对脱壳的影响，确定最优方案为 A3B3C2，即动静盘间隙为 10 mm，进
料速度为 330 kg /h，动盘转速为 1 120 r /min。为生产中应用上述脱壳机械对薏苡进行脱壳加工提供科学依据。
关键词:薏苡;脱壳机构;性能参数;最优方案
中图分类号:S226． 1 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2016)09 － 0357 － 03
收稿日期:2015 － 07 － 08
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(编号:201303069 － 03)。
作者简介:施丽莉(1989—) ，女，安徽合肥人，硕士研究生，助理研究
员，主要从事农产品收获及产后加工研究。Tel: (025)58619508;
E － mail:1301706961@ qq． com。
通信作者:胡志超，研究员，主要从事农作物收获及产后加工技术装
备研究。E － mail:zchu369@ 163． com。
薏苡(Coix lachryma － jobi L．)在植物学分类体系中隶属
于禾本科(Gramineae)玉米族(Tripasacea)薏苡属(Coix) ，是
一年生或多年生的 C4 草本植物
［1 － 4］。
薏苡有着“世界禾本科植物之王”和“生命健康之禾”的
美名，近些年来随着人们对健康饮食的关注而身价倍增［5 － 7］。
现阶段对薏苡进行加工多采用的是对带壳物料进行脱壳加工
的通用设备［8］，机械的质量和作业性能不能完全满足当前薏
苡的加工生产需求，尚存在诸多问题。市场对于专业、高效的
薏苡脱壳机械的需求日趋迫切。本研究通过对现有薏苡脱壳
及其他壳类物料脱壳技术现状的研析，提出了薏苡专用脱壳
机构的研发技术路线:即使用碾搓法对薏苡进行脱壳，设计动
静磨盘式薏苡脱壳机构并进行试验。
1 仪器与方法
1． 1 薏苡脱壳机结构及工作原理
图 1 为试验台示意图，为更加清晰地表达薏苡在脱壳腔
内的运动，现运用 EDEM 软件对脱壳腔内部的运动进行仿
真，以便于对碾搓法脱壳以及脱壳关键部件的进一步研究。
图 2 模拟了薏苡进入脱壳腔内，并在动静盘的共同作用下实
现脱壳的过程。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 试验因素与指标 选取动静盘间隙、进料速度、动盘
转速作为试验因素，脱壳率、破碎率为脱壳效果的试验指标。
试验公式为:
B =
m + m1
m + m1 + m2
× 100%; (1)
C =
m1
m + m1
× 100%。 (2)
式中:B为脱壳率，C 为破碎率。m 为完整的薏苡仁的质量，
m1 为破碎的薏苡仁的质量，m2 为未脱开的薏苡仁的质量。
m、m1、m2 的单位均为 g。
1． 2． 2 试验设计与数据处理 为全面分析各因素的影响，
现进行单因素试验和正交试验，且均采用多次试验取平均值。
单因素试验结果用 SPSS进行曲线拟合，列出因素与脱壳率和
破碎率的数学关系式，并通过分析得出具体影响规律［9］。在
对单因素结果进行分析之后，选取对脱壳指标有显著影响的
因素进行正交试验，正交试验的结果通过加权综合评分法、极
差分析法等进行计算，确定动静磨盘式薏苡脱壳机的最佳工
作参数。
2 结果与分析
2． 1 试验因素对脱壳性能指标的影响关系
对单因素试验、正交试验的结果进行回归分析可得到动
静盘间隙、进料速度、动盘转速与脱壳性能指标的关系。由试
验可知，动静盘间隙(因素 A)、进料速度(因素 B)均对脱壳
率和破碎率有影响，而动盘转速(因素C)只对破碎率有影
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响。具体关系如下式所示:
动静盘间隙对脱壳率的模型表达式为:y = － 0． 684 +
0． 44x － 0． 029x2;
动静盘间隙对破碎率的模型表达式为:y =5． 02 － 0． 981x +
0． 048x2;
进料速度对脱壳率的模型表达式为:y = 88． 858 + 0． 034x －
1． 052 × 10 －7 x3;
进料速度对破碎率的模型表达式为:y = 12． 664 － 0． 026x +
3． 941 × 10 －5 x2;
动盘转速对破碎率的模型表达式为:y = 314． 894 +
0． 429x + 1． 228 × 10 －7 x3。
表 1 为正交试验因素和水平，表 2 为正交试验安排与结
果。本研究对结果进行了方差分析，表 3、表 4 分别表示各试
验因素对脱壳率和破碎率影响的方差分析结果，由结果可知，
因素 A、B对薏苡脱壳率和破碎率的影响都十分显著，但是因
素 C只是对薏苡的破碎率影响显著，对薏苡的脱壳率影响不
显著。影响薏苡脱壳率的主次因素为 A ＞ B ＞ C，即动静盘间
隙 ＞进料速度 ＞动盘转速，其中，动盘转速对薏苡的脱壳率影
响较小，动静盘间隙对脱壳率的影响极显著。影响薏苡破碎
率的主次因素为 A ＞ B ＞ C，即动静盘间隙 ＞进料速度 ＞动盘
转速，其中动静盘间隙的影响作用也极显著。
表 1 薏苡脱壳正交试验因素和水平
水平
A:动静盘间隙
(mm)
B:进料速度
(kg /h)
C:动盘转速
(r /min)
1 9 250 1 070
2 9． 5 300 1 120
3 10 330 1 150
2． 2 确定脱壳机械的最佳工作参数
由分析可知，动静盘间隙、进料速度、动盘转速 3 个因素
对脱壳率和破碎率影响的主次关系不同，为了兼顾各项性能
指标的得失，使动静磨盘式薏苡脱壳机构的使用能达到更好
的脱壳效果，需要对试验结果进行进一步的分析，现通过加权
综合评分法的公式计算及分析，选出最优组合。由于本次试
表 2 薏苡脱壳正交试验安排与结果
试验号
因素 试验结果
A B C 误差列 脱壳率(%) 破碎率(%)
1 1 1 1 1 95． 16 7． 01
2 1 2 2 2 95． 39 6． 75
3 1 3 3 3 95． 64 6． 06
4 2 1 2 3 92． 25 5． 55
5 2 2 3 1 93． 01 5． 28
6 2 3 1 2 93． 12 3． 64
7 3 1 3 2 88． 88 3． 48
8 3 2 1 3 89． 02 2． 16
9 3 3 2 1 89． 21 2． 01
表 3 薏苡脱壳率方差分析结果
源 Ⅲ型平方和 df 均方 F值 P值
校正模型 62． 169 6 10． 362 1 085． 923 0． 001
截距 67 743． 897 1 67 743． 897 709 979 7． 075 0． 000
A 49． 689 2 24． 845 2 603． 813 0． 000
B 2． 023 2 1． 011 105． 996 0． 009
C 0． 017 2 0． 008 0． 872 0． 534
误差 0． 019 2 0． 010
总计 76 298． 920 9
校正的总计 62． 188 8
表 4 薏苡破碎率方差分析结果
源 Ⅲ型平方和 df 均方 F值 P值
校正模型 28． 722 6 4． 787 947． 540 0． 001
截距 171． 156 1 171． 156 33 878． 268 0． 000
A 21． 866 2 10． 933 2 164． 056 0． 000
B 3． 026 2 1． 513 299． 443 0． 003
C 0． 771 2 0． 385 76． 262 0． 013
误差 0． 010 2 0． 005
总计 224． 173 9
校正的总计 28． 732 8
验使用的数据以及分析都是在进行 1 次脱壳试验之后得出来
的，实际生产中，可以对薏苡进行多次反复脱壳试验。但是一
旦薏苡破碎，那就意味着损失浪费，降低了农民收入。所以考
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虑到这 2 项性能的重要程度，以 100 分作为总“权”，脱壳率
占分为 30 分，破碎率占分为 70 分［10 － 12］。
加权综合评分法最终可以求得最大值和最小值来进行最
优值的选择，而在本试验中，薏苡的脱壳率和破碎率 2 个衡量
指标的衡量标准却不相同。薏苡的脱壳率越大越好，但薏苡
的破碎率越小越好。所以为方便使用加权综合评分法，现定
义 T1 值 = 1 －脱壳率，破碎率的值为 T2。定义后，T1 值和 T2
值为衡量脱壳机构性能的指标，而且两者都是越小越好，可以
使用加权综合评分法进行评价。
加权综合评分指标 Z可以用式(3)来计算:
Zi =∑
9
i = 1
Wj
Tij
timax
。 (3)
式(3)中:Zi 为第 i 号试验所得计算值(加权评分指标) ，i =
1，2，3，…，9;Wj 为第 j 个指标的“权”值，j = 1，2，其中 W1 =
30，W2 = 70;tij为第 i个试验中第 j 个指标，其中 t11为脱壳率，
t12为破碎率;timax为所有 9 号试验中，第 j个指标的最大值。
加权综合指标 Z计算结果如表 5 所示。
表 5 薏苡脱壳加权综合评分结果
试验号
因素 试验结果
A B C 误差列 T1(%) T2(%)
综合指标 Z
1 1 1 1 1 4． 84 7． 01 82． 941
2 1 2 2 2 4． 61 6． 75 79． 730
3 1 3 3 3 4． 36 6． 06 72． 172
4 2 1 2 3 7． 75 5． 55 76． 143
5 2 2 3 1 6． 99 5． 28 71． 415
6 2 3 1 2 6． 88 3． 64 54． 744
7 3 1 3 2 11． 22 3． 48 64． 750
8 3 2 1 3 10． 98 2． 16 50． 927
9 3 3 2 1 10． 79 2． 01 48． 921
在多种分析方法中，极差分析是正交试验的一种常用分
析方法。极差等于平均结果中最大值减去最小值得到的差，
每个因素对脱壳指标的影响都可以通过极差的计算得到，极
差越大，因素对指标的影响就越大，反之则越小，由此也可以
得出每个因素对脱壳效果影响的主次顺序。对综合指标进行
直观分析，结果如表 6 所示。由直观分析可知，影响综合指标
的主次因素为 A ＞ B ＞ C，即动静盘间隙 ＞进料速度 ＞动盘转
速，即最优组合为 A3B3C2。
表 6 薏苡脱壳综合评分直观分析结果
统计指标
综合指标 Z
A B C
k1 78． 281 74． 611 62． 871
k2 67． 434 67． 357 68． 265
k3 54． 866 58． 612 69． 446
Ｒ 23． 415 15． 999 6． 575
因素主次 A ＞ B ＞ C
优方案 A3 B3 C2
虽然极差分析简单、直观，但是由于其不能准确地评估在
试验过程中以及在结果测定时的误差，所以需要用方差分析
来弥补极差分析的不足，二者共同对结果进行分析。由表 6
综合评分直观分析结果可知，分析结果与方差分析的结果一
致，影响综合指标的主次因素依次为 A ＞ B ＞ C，即动静盘间
隙 ＞进料速度 ＞动盘转速。最优组合为 A3B3C2，即动静盘间
隙 10 mm，进料速度 330 kg /h，动盘转速为 1 120 r /min。
2． 3 试验验证
通过试验和分析，薏苡脱壳试验台的最佳结构参数和最
佳工作参数已经确定。现将组合均调为最优，即在优化后的
静盘上将运动参数调至 A3B3C2 进行验证试验，观察试验效
果。试验结果显示脱壳试验台调整到最佳参数后，试验效果
很好，脱壳率为 89． 31%，破碎率为 2． 09%。
3 结论
随着动静盘间隙的增加，薏苡的脱壳率和破碎率均呈下
降趋势;随着进料速度的增加，薏苡的脱壳率呈现先增大后减
小的趋势，薏苡的破碎率呈现先减小后增大的趋势;随着动盘
转速的变化，薏苡的脱壳率变化并不显著，所以无需对动盘转
速与脱壳率之间的关系进行研究。但是随着动盘转速的变
化，薏苡的破碎率呈现先减小后增大的趋势。
通过正交试验以及方差分析、加权综合评分法分析可得，
影响薏苡破碎率的主次因素依次为:A ＞ B ＞ C，即动静盘间
隙 ＞进料速度 ＞动盘转速;影响薏苡脱壳率的主次因素依次
为:A ＞ B ＞ C，即动静盘间隙 ＞进料速度 ＞动盘转速。动静磨
盘式薏苡脱壳机构的最优方案为 A3B3C2，即动静盘间隙为
10 mm，进料速度为 330 kg /h，动盘转速为 1 120 r /min。
研究表明，影响薏苡脱壳效果的因素众多，且影响的程度
都不一样，试验时需要对各个参数进行调试，以确保脱壳设备
的工作性能和脱壳效果。
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