國糧食加工機械的發(fā)展簡史——大米加工成套設(shè)備,糧食加工

國糧食加工機械的發(fā)展簡史

糧食屬于一個國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，也是廣大人民正常生活的必需品，在整個國民經(jīng)濟中處于不可代替的基礎(chǔ)性地位。而作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接產(chǎn)出的原糧，必須通過糧食加工這一處理過程轉(zhuǎn)化成為成品糧，才能滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?。各類糧食加工設(shè)備作為加工成品糧的關(guān)鍵設(shè)備，在中國有著悠久的發(fā)展歷史。研究中國各個歷史時期的糧食加工設(shè)備，積極總結(jié)其原理特點和性能優(yōu)勢，對于弘揚民族文化和增強民族自豪感具有重要意義。

本文著重介紹中國各個歷史時期的糧食脫殼和磨粉設(shè)備，分析各類設(shè)備的技術(shù)特點和優(yōu)勢。

舊石器時代晚期到新石器時代早期，石磨盤與石磨棒是最主要的谷物加工工具[1]，使用時既可以實現(xiàn)谷物的脫殼，還可以實現(xiàn)糧食的磨粉加工。在進行谷物加工時，將谷物置于石磨盤之上，人們手執(zhí)石磨棒進行反復(fù)碾磨。石磨盤與石磨棒具有幾個不同粗度，可以控制磨粉時糧食粉料的粗細程度。采用這種原始工具進行谷物加工時，脫殼的效果總體讓人可以接受，但要做到完全將谷殼去除干凈很難，整個加工過程中人的勞動強度很大，且加工效率低下。實物如圖1所示。

圖1石磨盤和石磨棒實物圖

在農(nóng)業(yè)中期以后，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的提高逐漸出現(xiàn)了更高效能的谷物加工工具———杵臼。杵臼開始具備了糧食加工機械的雛形，進行糧食加工時需要人用手持杵進行搗臼，比較費力且加工動作是間歇的，實物如圖2所示。單單就糧食的加工效率而言，由于這2類生產(chǎn)方式完全依靠人的臂力實現(xiàn)糧食加工，這就使得整個加工過程中人的勞動強度過大，因此已逐漸不能滿足人們的日常生活需求。

圖2杵臼實物圖

石磨盤與石磨棒、杵臼的各自發(fā)展，使得很長一段時間內(nèi)中國糧食加工機械朝兩個方向演變。

2.1腳踏碓、水碓和連機碓

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，杵臼不斷發(fā)生演變，一種更加省力和生產(chǎn)效率更高的糧食加工設(shè)備終于在西漢初期出現(xiàn)了，這就是腳踏碓。

腳踏碓一般為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，其工作原理利用了杠桿原理，架設(shè)一根長木杠桿于支點上，碓頭一端在地面上設(shè)有碓臼，其中可放入待加工的谷物，通過人不斷踩踏碓尾一端，可實現(xiàn)碓頭反復(fù)起落以沖搗谷物，能夠去除碓臼中谷物的皮殼，進而加工出大米。具體構(gòu)造如圖3所示。腳踏碓與杵臼相比，加工糧食時人們可借助自身體重通過腳踏動作驅(qū)動機構(gòu)動作，大大減輕了人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

圖3腳踏碓示意圖

隨后發(fā)明了用畜力驅(qū)動的畜力碓，相比腳踏碓而言，很大程度上解放了人們的體力勞動，并進一步提高了生產(chǎn)效率。到了漢代中后期，為了進一步減輕人的勞作強度，人們利用水排原理、杠桿原理和凸輪原理發(fā)明了一種叫水碓的糧食加工設(shè)備，主要用于舂米和舂面。水碓的原動力由水流提供，通過水流與立式水輪葉片的相互作用，驅(qū)動整套設(shè)備運轉(zhuǎn)以實現(xiàn)糧食加工。由于設(shè)備使用時對水流的依賴，并且水碓工作時噪聲較大，因此為了避免影響人們的休息，水碓的安放位置大多選在遠離村莊的河畔。

圖4連機碓示意圖

到了晉代，杜預(yù)通過總結(jié)我國勞動人民利用水碓加工糧食的經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一款叫連機碓的糧食加工設(shè)備[2]，具體構(gòu)造如圖4所示。該設(shè)備仍然基于水排原理進行驅(qū)動，由于該設(shè)備實現(xiàn)了機械系統(tǒng)的一路輸入多路輸出，使得糧食加工的效率明顯提高，以至于那時我國部分地區(qū)在連機碓獲得普遍應(yīng)用之后一般會出現(xiàn)米價下跌的現(xiàn)象。自東晉以后，連機碓在我國封建社會得到廣泛應(yīng)用，直至清末民初才逐漸為碾米機所替代。

2.2石碾和石磨

石磨盤與石磨棒的發(fā)展，促進了石碾和石磨的出現(xiàn)。石碾主要由碾盤、碾砣、碾框和碾棍等幾個部分組成，用于將谷物等破碎或去皮，實物見圖5。具有文獻記載的石碾最早出現(xiàn)于東漢年間[3]，最初利用人力和畜力進行驅(qū)動，使得碾砣開始做圓周運動，依靠其重力對糧食進行破碎去殼。

圖 5 畜力石碾

水力石碾是我國魏晉南北朝時出現(xiàn)的一類谷物加工機械，其主要功用在于實現(xiàn)谷物去麩或脫殼[4]。水力石碾采用水輪進行驅(qū)動，其基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。在一面大磨盤的正中央設(shè)立一根可以自由回轉(zhuǎn)的中軸，橫軸一端裝有一個置于磨盤之上的石碾，另外一端直接與中軸進行固聯(lián)，磨盤之下利用水力驅(qū)動水輪回轉(zhuǎn)，水輪回轉(zhuǎn)帶動中軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)使石碾在磨盤之上繞中軸進行滾動，將谷物脫殼或去麩。與畜力石碾相比，水力石碾的工作效率更高，這對于社會生產(chǎn)來說具有十分重要意義。

圖 6 水力石碾

石磨有用人力的、畜力的和水力的[5]。公元前4世紀由公輸班發(fā)明的畜力磨是最早的連續(xù)粉碎機械。動力采用水力進行驅(qū)動的石磨，大約在晉代才出現(xiàn)。對于水磨而言，其動力部分采用的是一個臥式水輪，水輪通過立軸驅(qū)動磨的上扇進行旋轉(zhuǎn)，因此水力石磨適合于安裝在水的沖動力比較大的地方。其基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖 7 水磨

在普通水磨的基礎(chǔ)之上，元代的王禎創(chuàng)制了“水輪三事”，這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時具備磨面、礱稻和碾米3種功能，是中國古代農(nóng)業(yè)機械的最高成就?！八喨隆钡某霈F(xiàn)，極大地減輕了廣大農(nóng)民的勞作強度，將其從繁重的體力勞動中解放了出來。

鴉片戰(zhàn)爭以后，西方的先進機械科學(xué)技術(shù)逐漸傳入我國，使得中國傳統(tǒng)的糧食加工機械技術(shù)開始發(fā)生變化。清末民初，我國從西方引進臥式鐵輥筒輾米機和立式砂臼碾米機，機器動力實現(xiàn)了從人力、畜力和水力向蒸汽機動力的過渡，繼而朝著內(nèi)燃機和電動機的方向進一步發(fā)展。

糧食加工機械動力技術(shù)的改變，使得糧食加工的生產(chǎn)效率得到極大改善，更為復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化糧食加工機械的應(yīng)用，使得糧食加工的質(zhì)量得到明顯提高，糧食加工機械的功能也更為強大。臥式鐵輥筒輾米機的輥筒呈圓柱形，其表面一般設(shè)置有螺旋形或斜形的碾槽，入口端采用螺旋推進。立式砂臼碾米機的碾輥是一個上端直徑大且下端直徑小的截錐形砂臼，外圍錐筒米篩和砂臼之間的間隙可通過上下移動砂臼軸進行調(diào)節(jié)。很多目前廣泛使用的糧食加工設(shè)備都是在這2類糧食加工機械的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，中國糧食加工機械也在不斷的向前發(fā)展，在提高加工效率、改善產(chǎn)品加工質(zhì)量以及降低設(shè)備使用能耗等方面取得了顯著進步[6]。對于中國而言，目前中國糧食加工仍然為勞動密集型產(chǎn)業(yè)，企業(yè)采用的糧食加工設(shè)備普遍為傳統(tǒng)設(shè)備，若要保證糧食產(chǎn)品具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量和出品率，這就需要對操作工人的技能提出非常高的要求。

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展逐漸進入新常態(tài)，用工成本高和企業(yè)效益低對糧食加工企業(yè)發(fā)展的制約開始突顯，糧食加工機械的智能化升級開始成為中國糧食加工機械發(fā)展的新趨勢，近年來我國智能化技術(shù)的高速發(fā)展正好為中國糧食加工機械的智能化升級提供了條件。