发芽糙米机模态分析及运动仿真的研究开题报告

全文总字数：4875字

1. 研究目的与意义

糙米发芽的实质是大量的内源酶如淀粉酶、蛋白酶和植酸酶等被激活和释放，淀粉、纤维素和半纤维素等大分子物质被降解，使得糙米质地软化，改善了口感；植酸酶解除了植酸与矿物质的结合，有益于人体对矿物质的吸收；部分蛋白质分解为人体所必需的氨基酸。更为重要的是 γ-氨基丁酸含量显著增加，它具有多种生理活性功能，具有降血压、抗衰老、提高脑活力、促进生长激素分泌和乙醇代谢等功效。相比与糙米和精白米，发芽糙米的营养价值和食用品质都得到了改善，发芽糙米具有更广阔的发展前景。

发芽糙米是将糙米在一定温度、水分、湿度、氧气等环境条件下发芽至一定芽长，得到的由幼芽和带糠层的胚乳组成的糙米制品。相比糙米和精白米，发芽糙米的口感和营养价值得到了很大的改善，具有多种生理活性功能，可以降血压、抗衰老、提高脑活力、促进生长激素分泌和乙醇代谢等。

传统浸泡法工艺需要入水浸泡发芽，但是在浸泡过程中由于糙米急剧吸水会导致爆腰率的增加，从而影响发芽糙米的食用品质，同时也会由于大量水溶性营养物质的流失，造成发芽糙米的营养品质降低。因此目前提出了一种按照糙米生理需求进行持续变量加湿的非浸泡法工艺,加水浸泡的同时通过搅拌器搅拌使糙米加湿均匀，最终使糙米吸湿水至萌发含水率后发芽。糙米搅拌的过程实际上是一个混合的过程。糙米混合程度影响发芽糙米得芽率以及发芽糙米品质，所以设计出混合性能良好的发芽糙米机非常必要，搅拌器的设计是本课题的研究重点。

2. 国内外研究现状分析

我国对发芽糙米的研究开发仍处于实验室理论水平，侧重于发芽糙米的营养成份等基础研究，而对与工艺配套使用的专用加工设备的研究较少，不利于该产品的生产规模化和工厂化。目前国内研制开发的发芽糙米生产设备与传统浸泡法工艺配合使用，该工艺需要糙米在水中浸泡发芽，由于在浸泡过程中糙米急剧吸水会导致爆腰率的增加，从而影响发芽糙米的食用品质，同时会有大量水溶性营养物质的流失，造成发芽糙米营养品质降低，并且浸泡过程中容易滋生微生物，造成大量污水排放不利于节能减排等。依据稻种在土壤中自然吸湿萌发的生长规律，提出一种按照糙米生理需求进行持续变量加湿的非浸泡法工艺，与传统浸泡法相比，该工艺下的发芽糙米得率较高，爆腰率低，γ-氨基丁酸含量显著增加，其营养品质与食用品质都得到提高，同时减少了污水排放，实现了节能减排。但是这种持续变量加湿工艺只是处在实验研究阶段，与其配套使用的发芽糙米生产设备国内外未见研究报道。研制非浸泡法发芽糙米机可以促进高品质发芽糙米的工业化生产，满足市场需求，具有十分重要的理论和实践意义。

发芽糖米作为一种新型稻谷深加工产品出现只有不足20年，但因其具有多种人所需要的营养物质而越来越受到人们的重视。目前研究人员已经对发芽糖米的营养价值、糖米的发芽工艺和生产设备进行了大量研究。

日本作为开发发芽糙米最早的国家，有关发芽糙米的专利有20件；其发芽糖米生产技术已经基本成熟，目前的研发热点是对发芽工艺和发芽器的不断改进。

3. 研究的基本内容与计划

该课题的主要内容是根据糙米机的产量和混合度要求，计算糙米机的相关参数，并设计相关结构，在三维数字化软件中建模装配，形成数字化模型。要求使用有限元分析软件对搅拌器进行自由模态分析，提取有限元模型的自由状态下的模态，得到前六阶固有频率与振型。同时对整个设备进行运动模拟，以验证设计是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，机构是否会产生干涉等情况。

学习使用计算机辅助设计软件pro/e；了解发芽糙米混合机的主要工作原理及结构设计方法；在软件中建模并装配；学习模态分析理论；学习有限元仿真分析软件；提取固有频率及振型；完成运动模拟，验证设计合理性。

计划：

4. 研究创新点

1基于有限元法得到了发芽糙米机的最优工艺参数，降低试验成本，缩短设计时间。

2明晰了发芽糙米机内颗粒混合机理，为发芽糙米机改进以及操作控制提供理论依据。