垂直碾米机中稻谷运动与相互作用机制研究：基于刀片间距与筛网结构的优化设计

为解决垂直碾米机（EMVRM）中稻谷破碎率高、营养损失大的问题，研究人员通过建立离散元法（DEM）模型，分析了刀片间距H和筛网结构对稻谷运动及相互作用力的影响。研究发现，增大刀片间距可降低碾磨室内稻谷平均运动速度差异，筛网方向对作用力影响较小。该研究为EMVRM结构优化提供了理论依据，对提升碾米效率、降低破碎率具有重要意义。

　　

稻米作为全球最重要的粮食作物之一，其加工过程中的营养损失和破碎率问题一直是行业痛点。传统碾米工艺中，稻谷因剪切、碰撞等外力作用，破碎率可达25%，过度加工时甚至高达70%。如何平衡加工效率与品质保护，成为亟待解决的难题。垂直碾米机（EMVRM）因其大处理量、低破碎率优势成为研究热点，但其内部稻谷运动与受力机制尚不明确，制约了设备优化。

湖北省自然科学基金青年项目等资助的研究团队，通过建立EMVRM三维模型和离散元法（DEM）接触模型，首次系统研究了刀片间距H和筛网结构对碾磨室内稻谷运动及相互作用力的影响规律。研究发现：稻谷运动速度和密度沿轴向流动方向递减；刀片间距增大可显著降低运动速度差异；法向力和切向力与轴向距离呈抛物线关系。该成果发表于《Powder Technology》，为EMVRM设计提供了精准的理论支撑。

研究采用三大关键技术：1）基于实际参数的EMVRM三维建模；2）滞回线性弹簧法向接触模型与库仑极限切向接触模型的DEM仿真；3）Rocky DEM软件对碾磨室三区域（稻刀推进区RBP、刀面区RBS、刀背区RBB）的动力学分析。通过控制刀片间距（3-7mm）和筛网方向（垂直/水平），量化了结构参数对稻谷运动轨迹和受力的影响。

稻谷运动行为与碾磨室区域划分
通过DEM仿真将碾磨室划分为RBP、RBS、RBB三个特征区域。RBP区稻谷受刀片直接推动，运动速度最高；RBS区因刀面摩擦产生剧烈相互作用；RBB区稻谷呈现回旋运动。轴向分析显示，稻谷速度梯度随刀片间距增大而减小，7mm间距时速度分布最均匀。

接触力建模与力学响应
采用多面体稻谷模型，建立滞回线性弹簧接触模型。研究发现：法向力在RBP区达到峰值（0.15N），切向力在RBS区最大（0.08N）；两种力均沿轴向呈抛物线衰减。水平筛网结构下，切向力比垂直筛网高12%，但对运动速度影响不显著。

结构参数优化效应
刀片间距从3mm增至7mm时，稻谷平均速度差异降低43%，RBS区作用力下降28%。筛网方向改变仅导致切向力波动<15%，证实刀片间距是核心调控参数。

该研究首次揭示了EMVRM碾磨室内稻谷运动与受力的空间异质性规律，提出通过增大刀片间距（推荐5-7mm）实现低破碎率碾磨的优化策略。成果突破了传统依赖几何缩放或颗粒替代的仿真局限，为精准预测稻谷损伤提供了新方法，对粮食加工装备的智能化升级具有重要指导意义。