整碎米的高效筛分是稻谷加工过程中的重要环节,整精米价格是碎米的二到三倍之多,精确筛分整碎米可以丰富大米产品结构,满足各层消费者需求,提高米厂经济效益。然而,窝眼滚筒筛的设计与研究大多依赖于筛分试验与经验,筛分效率仍有待提高。因此,以明晰筛分过程中米粒的运动规律及筛分特性为基础,提出一种窝眼滚筒筛的优化设计方法具有重要的工程意义和科学价值。本研究以对窝眼滚筒筛的筛分过程分析为切入点,首先建立窝眼滚筒筛离散元法分析模型,应用数值模拟的手段,探明窝眼滚筒转速率及含碎率对混合区域内整碎米的运动影响规律;其次探究转速率与窝眼排布数量对筛分区域内米粒运动特性以及脱离角分布差异的影响,进而提出一种窝眼滚筒筛优化设计方法;最后通过试验研究窝眼滚筒筛各参数包括转速率、含碎率、集料槽倾角对筛分效率及损失率的影响规律,并对参数进行优化,获得最佳参数组合,进而验证本文提出的设计方法的可靠性。研究的主要结论:(1)探明窝眼滚筒筛混合区域内米粒的运动特性及对筛分性能的影响规律。随窝眼滚筒筛转速率的增加,滚筒混合区域沿中心弦方向,相邻层米粒的速度差异变大,米粒间更易产生相对运动,使得完整米粒与破碎米粒在混合区内均匀分布,有利于提高破碎米粒进入滚筒窝眼的概率。含碎率对混合作用影响较小,通过改变含碎率不能改善破碎米粒分布在混合区域中心,而完整米粒分布在外层这一不利于筛分的现象。(2)提出一种窝眼滚筒筛优化设计方法。通过海林格距离评判米粒脱离角分布差异,量化筛分能力;应用Alphashape算法搜寻完整米粒的轨迹边界,确定集料槽的最佳倾角。随窝眼滚筒转速率的增加,完整米粒与破碎米粒的脱离角均增大,脱离角分布范围变宽。海林格距离呈现先增大后减小的趋势,最大值在转速率为55%时取得,即对应着最佳筛分转速率。随着窝眼排布数量的增加,完整米粒与破碎米粒的脱离角均减小。海林格距离呈现先增大后保持不变的趋势,最大值出现在排布数量为72时,且进一步增加排布数量,海林格距离不会增加,即筛分效率不再增加。(3)明晰各因素对筛分性能的影响规律,得到筛分效率最高、损失率最低时,窝眼滚筒筛最佳参数组合。各参数对窝眼滚筒筛的筛分效率影响顺序为:窝眼滚筒转速率、集料槽倾角、含碎率。除含碎率,滚筒转速率与集料槽倾角的交互项对筛分效率影响不显著外,其余各因素皆显著影响筛分效率;各参数对损失率的影响顺序为:集料槽倾角、窝眼滚筒转速率、含碎率。除含碎率,滚筒转速率与含碎率的交互项对损失率影响不显著外,其余各因素皆显著影响损失率。