全 文 ：DOI: 10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2015.02.024
动静磨盘式薏苡脱壳试验台设计与试验 *
施丽莉 1,2， 胡志超 2， 江家伍 1， 王建楠 2， 刘敏基 2， 王海鸥 2
(1. 安徽农业大学工学院，合肥市，230036；2. 农业部南京农业机械化研究所，南京市，210014)
摘要： 薏苡脱壳多采用主粮加工业的一些通用设备， 专业加工技术装备缺乏， 存在物料品种适应性差、 一次脱净率低、 破损率高、 作业
效率低等诸多问题。 为找出薏苡脱壳的脱壳方法， 针对其物料特性和脱壳要求， 分析对比主要的脱壳方法， 设计一种动静磨盘式薏苡脱
壳机构并进行试验， 为薏苡脱壳装置的优化设计提供依据。
关键词： 薏苡； 脱壳； 试验台
中图分类号： S51 文献标识码： A 文章编号： 2095-5553 (2015) 02-0088-05
施丽莉, 胡志超, 江家伍, 王建楠, 刘敏基, 王海鸥. 动静磨盘式薏苡脱壳试验台设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2015, 36(2): 88~91, 87
Shi Lili, Hu Zhichao, Jiang Jiawu, Wang Jiannan, Liu Minji, Wang Haiou. Design and experiment of the test bench for the dynamic disk type coix
shelling [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2015, 36(2): 88~91, 87
收稿日期： 2014年6月5日
*基金项目： 公益性行业 (农业) 科研专项 (201303069-03) ——绿豆、 薏苡脱壳脱皮及分级筛选技术装备研究
第一作者： 施丽莉， 女， 1989年生， 安徽合肥人， 硕士研究生； 研究方向为机械制造及其自动化。 E-mail: 1301706961@qq.com
通讯作者： 胡志超， 男， 1963年生， 陕西蓝田人， 研究员， 博导； 研究方向为农业技术装备。 E-mail: zchu369@163.com
0 引言
薏苡又叫薏仁米， 薏米等， 为一年生或多年生
草本植物。 有着 “世界禾本科植物之王” 的美誉。
由于其极高的食用和药用价值， 近些年来备受关注。
薏苡脱壳是薏苡产后加工必不可少的关键环节。 目
前， 薏苡脱壳多采用主粮加工业的一些通用设备 ，
专业加工技术装备缺乏， 技术装备粗放、 落后， 存
在物料品种适应性差、 一次脱净率低、 破损率高、
作业效率低等诸多问题， 严重制约了我国薏苡加工
业的发展。
1 薏苡的外形特征及尺寸分布
薏苡果仁表面光滑， 颗粒大小不一， 其形状近似为
椭球形， 如图1所示。 随机挑选100个薏苡， 用游标卡尺
对其三维尺寸进行测量， 得薏苡尺寸分布如表1所示。
图1 薏苡果仁
Fig. 1 Before shelling
表 1 薏苡尺寸分布
Tab. 1 Coixs size distribution mm
N
全距 极小值 极大值
均值 标准差
统计量
薏苡长 100
薏苡宽 100
薏苡高 100
3.88 9.36
1.56 6.82
3.64 6.28
13.24 11.0139
11.38 9.0070
9.92 7.6967
统计量
0.09081 0.90805
0.08739 0.87389
0.07408 0.74078
方差 偏度
统计量 统计量 标准误
0.825 0.538 0.241
0.764 0.343 0.241
0.549 0.232 0.241
峰度
统计量 标准误
-0.215 0.478
0.295 0.478
0.249 0.478
统计量 标准误
2 动静磨盘式薏苡脱壳试验台与关键部件设计
2.1 动静磨盘式薏苡脱壳机构试验台设计
碾搓法是一种重要的机械式脱壳法， 通过物料籽
粒在固定磨片和运动磨片之间受强烈碾搓作用， 使籽
粒的外壳被撕裂而实现脱壳， 适于外壳与果仁间无黏
连， 种皮结构致密的种子。 薏苡的外壳与果仁间无黏
连， 种皮结构致密， 碾搓法脱壳对其较为适宜。 在对
薏苡物料特性研究的基础上， 并参考相关资料， 设计
此动静磨盘式薏苡脱壳试验台。
动静磨盘式薏苡脱壳试验台配置如图2所示， 主
要由进料装置、 脱壳机构、 去杂风机、 电机、 机架、
中国农机化学报
Journal of Chinese Agricultural Mechanization
第 36 卷 第 2 期
2015 年 3 月
Vol.36 No.2
Mar. 2015
传动机构等部分组成。 其中， 脱壳装置由动碾盘和静
碾盘组成。 动碾盘由电机驱动， 电机采用变频实现调
速。 静碾盘与机体固定在一起。 通过调节动静碾盘的
间隙、 改变动盘转速、 调节喂入量大小、 改变静碾盘
的形状等方法可以实现对薏苡的脱壳加工。 图3所示
为动静磨盘式薏苡脱壳试验台实物图。
2.2 试验台关键部件结构配置及材料选用
机架、 进料装置以及脱壳装置是试验台的关键
部件。 机架的设计要求是安全、 平稳， 并在机架下
方安装有脚轮， 其中脚轮2是万向调节的， 可方便
做实验。 机架的结构配置如图4所示， 风机安装板、
电机安装板和支承的材料为钢板3/Q235， 脚轮1的
型号为M2-3308-255， 脚轮 2的型号为M2-3346-
255s。
进料装置的结构配置如图5所示， 其中， 安装支
耳的材料为钢板3/Q235， 其余材料为钢板1/Q235。 通
过对料门挡板的位置改变可实现对进料量的调节。 结
构简单， 易于调节。
动静磨盘式薏苡脱壳机配置如图6所示， 主要由
喂料装置、 破壳机构等组成。 破壳机构由动碾盘和静
碾盘组成。
动碾盘起到摩擦和承托的作用， 其材料选用白刚
玉 (人造磨料的一种。 三氧化二铝含量在98%以上，
并含有少量氧化铁、 氧化硅等成分， 呈白色)。 静碾
盘起到挤压、 摩擦和动力传输的作用， 其材料选用的
是白刚玉。 其工作原理是利用动碾盘的旋转和静碾盘
的圆锥形截面共同对薏苡的相互摩擦和挤压， 致使薏
苡壳破裂， 从而与薏苡仁分离， 以实现脱壳。 静碾盘
结构如图7所示。
图2 动静磨盘式薏苡脱壳试验台配置示意图
Fig. 2 Configuration diagram of the test bench of the dynamic
disk type coix shelling
1.进料斗 2.脱壳腔 3.机架 4.电机 5.带轮 6.去杂风机
图3 动静磨盘式薏苡脱壳试验台实物图
Fig. 3 Real figure of the test bench of the dynamic
disk type coix shelling
图4 机架的结构配置
Fig. 4 Configuration diagram of the frame
1.风机安装板 2.支承 3.脚轮1 4.脚轮2 5.电机安装板
图5 进料装置的结构配置
Fig. 5 Configuration diagram of the feeding device
1.料斗 2.安装支耳 3.挡板 4.料门 5.导槽
图6 脱壳机构结构配置
Fig. 6 Configuration diagram of the shelling mechanism
1.进料斗 2.静盘 3.动盘 4.传动轴
施丽莉 等: 动静磨盘式薏苡脱壳试验台设计与试验第 2 期 89
3 试验与结果分析
3.1 因素及水平的确定
基于对设备的分析及各种资料的介绍， 将动静磨
盘式薏苡脱壳机构的试验定位4因素5水平进行单因素
试验。 4因素分别为动静盘之间的间隙A、 静盘形状
B、 进料速度C、 动碾盘转速D， 试验因素水平如表2
所示， 其中静碾盘形状如表3所示。 结果参数为破碎
率和脱壳率。
3.2 试验结果统计
3.2.1 动静磨盘间隙对脱壳效果的影响
动静磨盘间隙对脱壳效果的影响试验时， 因素B
取水平1 (静盘1)， 因素C取水平3 (250kg/h)， 因素D
取水平3 (1 070r/min)。 根据对薏苡尺寸的测量结果，
将动静磨盘间隙分别调整为 7mm、 8mm、 9mm、
10mm、 11mm。 实验结果如图8所示 。 由图8可知 ，
动静盘的间隙对薏苡的脱壳率和破碎率的影响很大。
随着间隙的增大， 薏苡的脱壳率呈不断减少， 且破
碎率不断减少。 这说明间隙变大的情况下， 动静盘
对其的摩擦和挤压减小， 在此情况下薏苡无法进行
脱壳便离开脱壳腔， 所以脱壳率减小。 但是同样由
于摩擦的减小， 薏苡的磨损情况并不严重， 所以其
破碎率也减小。
3.2.2 静磨盘形状对脱壳效果的影响
因为对薏苡脱壳主要是依靠静碾盘圆锥面对薏苡
的挤压以及圆环形截面对薏苡进行的摩擦。 所以为了
研究静盘形状对脱壳的影响， 对锥面的倾斜角度进行
了调整并对圆环形的接触面积进行调整， 设计5种静
盘形式进行试验。 静磨盘形状对脱壳效果的影响试验
时， 因素A取水平2 (8mm)， 因素C取水平3 (250kg/h)，
因素D取水平3 (1 070r/min)。 对5种形状的静盘进行
试验。 试验结果如图9所示。
试验结果表明， 不同形式的静盘形状对脱壳率和
破碎率有影响。 接触面积的变化对脱壳率影响并不明
显， 对破碎率有显著影响。 锥度变大时脱壳率和破碎
率均下降， 锥度变小时脱壳率下降且破碎率上升。 说
明不能一味提高锥度来降低破碎率， 锥度要维持在合
理的范围。
图7 静碾盘结构示意图
Fig. 7 Configuration diagram of static pan
表 3 静碾盘形状参数
Tab. 3 Shape parameters of static pan mm
h2f 1 f 2
10
5
12
14
24
静碾盘1
静碾盘2
静碾盘3
静碾盘4
静碾盘5
300
300
300
300
300
260
270
260
250
260
f 3 h1
150 40
125 50
125 40
125 40
125 40
图8 动静磨盘间隙对脱壳效果的影响
Fig. 8 Shelling effects of the clearance of the dynamic span and
the static span
图9 静磨盘形状对脱壳效果的影响
Fig. 9 Shelling effects of the clearance of the staitcs shape
表 2 试验因素水平表
Tab. 2 Experimental factor level table
因素D/(r·min-1)水平 因素A/mm 因素B 因素C/(kg·h-1)
970
1 020
1 070
1 120
1 170
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
静碾盘1
静碾盘2
静碾盘3
静碾盘4
静碾盘5
180
200
250
400
490
中国农机化学报 2015 年90
3.2.3 进料速度对脱壳效果的影响
进料速度对脱壳效果的影响试验时， 因素A取水
平2 (8mm)， 因素B取水平1 (静盘1)， 因素D取水平3
(1 070r/min)。 试验时将进料速度按5个水平依次调整
为180kg/h、 200kg/h、 250kg/h、 400kg/h、 490kg/h。 试
验结果如图10所示。 试验结果表明， 随着进料速度的
增加， 薏苡的脱壳率变化并不明显， 说明其对脱壳率
影响不大。 但是对破碎率却有影响， 当进料速度为
200kg/h和490kg/h时薏苡的破碎率较高。
3.2.4 电机转速对脱壳效果的影响
电机转速对脱壳效果的影响试验时 ， 因素A取
水平2 (8mm)， 因素B取水平1 (静盘1)， 因素D取水
平3 (1 070r/min)。 将动碾盘转速按5个水平依次调
整为970r/min、 1 020r/min、 1 070r/min、 1 120r/min、
1 170r/min。 试验结果如图11所示。 试验结果表明，
动碾盘转速对脱壳率并无明显影响， 但是对破碎率
有影响。 当转速为1 120r/min时， 破碎率较大。
4 结论
根据薏苡的物理特性 ， 采用机械式动静磨盘
式机构对其进行脱壳加工较为适宜 。 以一次脱壳
率和破碎率为主控目标 ， 分别以动静磨盘之间间
隙、 静盘形状、 进料速度、 电机转速为4个因素进
行试验 ， 结果证明 ， 采用动静磨盘式薏苡脱壳机
构对薏苡进行脱壳的效果较好 ， 为了获取有更高
的脱壳率和更低的破碎率 ， 脱壳前须对上述参数
进行必要的调整。
参 考 文 献
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图10 进料速度的脱壳效果
Fig. 10 Shelling effects of the clearance of feed speeding
图11 调整电机转速对脱壳效果的影响
Fig. 11 Shelling effects of the clearance of adjusting the motor speed
（下转第87页）
施丽莉 等: 动静磨盘式薏苡脱壳试验台设计与试验第 2 期 91
Design and experiment of the test bench for the dynamic disk type coix shelling
Shi Lili1,2, Hu Zhichao2, Jiang Jiawu1, Wang Jiannan2, Liu Minji2, Wang Haiou2
(1. Engineering College, Anhui Agricultural University, Hefei, 230036, China;
2. Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture, Nanjing, 210014, China)
Abstract: At present, the coix seed hulling usually uses some general equipment of the food processing industry. There are many disadvantages, for example
poor adaptability, low removing rate, high breakage rate, and low working efficiency and so on. In order to find out an effective method for the coix shelling, a
hybrid disc type coix shelling mechanism was designed and experimented, which provides a basis for the optimal design of coix shelling device.
Keywords: coix; shelling; test bench
4 结语
本文研究了一种基于ARM9的控制器， 介绍控制
器的硬件结构和软件结构。 控制器能够实时采集大棚
里的环境参量， 利用LabVIEW构建上位机对大棚进行
监控。 以大棚温湿度参数连续测试， 控制器能够稳定
运行， 并且实时传送数据。 整套系统操作简单， 可广
泛的应用到农业大棚的生产监控中。
参 考 文 献
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Application of ARM embedded controller in agricultural greenhouse
Fang Zhizheng, Liu Yongchun
(School of Automation and Electronic Information, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong, 643000, China)
Abstract: The intelligent gateway uses ARM9 as the core processor and Linux as the operating system. Through using the RS485 bus interface, the
parameters sent back by the sensor network detection were received, such as temperature, humidity, and light intensity. When Gateway received the data, the
important parameter of the greenhouse was transmitted to the remote monitoring unit through the network protocol. The PC software was programmed by
Labview, and the threshold parameters were pre-set in the host machine. After comparing the data with the parameters, the monitoring machine can send
control commands to control the drive to perform the related operations. The intelligent gateway runs well, and could realize real-time acquisition of the
temperature, humidity and other parameters, which achieve the greenhouse remote monitoring.
Keywords: ARM9; RS485; Ethernet; Linux
（上接第 91页）
范治政 等: ARM 嵌入式控制器在农业大棚中的应用第 2 期 87