食品机械与设备 第5章 研磨和粉碎机械与设备

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三、气流粉碎机
气流粉碎机亦称气流磨，它是在高速气流(300一500m ／s)作用下，物料通过本身颗粒之间的撞击、气流对物料的 冲击剪切作用以及物料与其他构件的撞击、摩擦、剪切等 作用使其粉碎。 气流粉碎机具有以下特点：对于进料粒度要求不严格，成品 粒度小，一般小于5µm；压缩空气喷出后的膨胀可吸收很 多热量，使得粉碎在较低的温度环境中进行，有利于热敏 物料的粉碎；易实现多元联合操作，如利用热压缩空气可 同时进行粉碎和干燥，同时能对配比相差很大的物料进行 混合，还能够喷入所需的包囊溶液对粉料进行包囊处理； 设备中接触物料的构件结构简单，卫生条件好，易实现无 菌操作；其缺点是需要借助高速气流，效率低，能耗高。
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(1)锤片 锤片是锤式粉碎机中最重要的零件，也是易损件。目前世 界上使用的锤片形状种类繁多。锤片常用的材料有4种：低碳钢、 65锰钢、特种铸铁、表面硬化处理。
图5—8(a)为板条状矩形锤片，通用性好，形状简单，易制造。它有两个销 连孔，其中一个孔销连在销轴上，可轮换使用四个角来工作。 图5—8(b)、(c)为在工作边角涂焊、堆焊碳化钨等合金，以延长使用寿命。 图5—8(d)为工作边焊上一块特殊的耐磨合金，可延长使用寿命2—3倍，但 制造成本较高。 图5—8(e)为阶梯形锤片，工作棱角多，粉碎效果好，但耐磨性差些。 图5—8(f)、(g)为尖角锤片，适于粉碎牧草等纤维质饲料，但耐磨性差。 图5—8(h)为环形锤片，只有一个销孔，工作中自动变换工作角，因此磨损 均匀，使用寿命也较长，但结构比较复杂。 食品工程教研室 16
(2)筛片 筛片属于易损件，其结构对粉碎机的工作性能有重 大影响。 锤式粉碎机上所用的筛片有冲孔筛、圆锥孔筛和鱼鳞筛等多 种。因圆柱形冲孔筛结构简单、制造方便，应用最广。根 据筛孔直径不同，一般分为4个等级：小孔1—2mm，中孔 3—4mm，粗孔5—6mm，大孔8mm。按配置的形式，又可 将筛子分为底筛、环筛和侧筛。底筛和环筛弯成圆弧形和 圆圈状，安装于转子的四周。侧筛安装于转子的侧面，侧 筛的使用寿命长，适于加工坚硬的物料，但换筛不便。 (3)齿板 齿板的作用是阻碍物料环流层的运动，降低物料在 粉碎室内的运动速度，增强对物料的碰撞、搓撕和摩擦作 用。它对粉碎效率是有影响的，一般说来，如果粉碎物料 易于破碎、含水量少、粉碎机筛片孔径小、成品物料的排 出性能好时，齿板的作用不大显著；而对于纤维多、韧性 大、湿度高的物料，齿板的作用就比较明显。齿板一般用 铸铁制造。齿板的齿形有人字形、直齿形和高齿糟形三种。
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(四)磨辊 (1)磨辊的粉碎原理 磨辊是磨粉机的主要工作构件，根据相 向旋转的一对磨辊的辊面状态和速比的不同，物料粉碎的 方法也不同。等速相向旋转的光辊是以挤压的方法粉碎物 料或使物料挤压成片状，典型设备是轧麦片机、轧米片机 等。 · (2)物料在齿辊研磨区的运动 用一块厚度比辊间轧距大的铅 板通过两辊研磨区，发现铅板与慢辊接触的一面有清楚的 辊齿齿疽，铅板与快辊接触的一面没有齿疽，而是一些明 显的刮削痕迹。从而说明：铅板在经过粉碎区时与慢辊处 于相对静止的状态，与快辊处于相对滑动的状态。
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二、机械冲击式粉碎机
机械冲击式粉碎机利用高速旋转的工作构件对物料施以强烈 的冲击、剪切作用，将物料粉碎。该类粉碎机的结构简单，操作 容易，单位能耗的粉碎能力大。但由于转速高，零件的磨损问题 突出，粉碎过程中的温升高。 (一)销棒(齿爪)粉碎机 (1)结构 图5—5为销棒(齿爪)粉碎机结构简图。主要由进料斗、动 齿盘转子、定齿盘、环形筛网等组成。定齿盘上有两圈定齿，齿 的断面呈扁短形，动齿盘上有三圈齿，其横截面是圆形或扁矩形， 为了提高粉碎效果，通常定齿盘和动齿盘上的齿要求交错排列。 (2)工作原理 工作时，动齿盘高速旋转，产生强大的离心力场，在 粉碎腔中心形成很强的负压区，物料从定齿盘中心吸入，在离心 力的作用下，物料由中心向外扩散，物料首先受到内圈转齿及定 齿撞击、剪切、摩擦等作用而被初步粉碎，物料在向外因的运动 过程中，线速度逐步增高，受到越来越强烈的冲击、剪切、摩擦、 碰撞等作用而被粉碎得越来越细。最后物料在外围齿与撞击环的 冲击与反冲击作用下得到进一步粉碎而达到超细化。 优缺点： 销棒(齿爪)粉碎机具有结构简单、生产能力大、能耗 低、成本低等特点。适合于谷物的粉碎，但作业噪声大，物料温 升较高，产品中含铁量较大。磨齿与磨盘刚性连接，过载能力低， 使用时应避免金属异物进入粉碎机，以免造成设备的损坏。
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(二)锤式粉碎机
锤式粉碎机在食品加工中应用十分广泛，该机具有结构简单、 适用范围广、生产率高和产品粒度便于控制等特点。目前主要应 用于谷物籽粒、咖啡、可可、糖、盐、红薯、果蔬、茎秆、饼粕 等物料的粉碎加工。 锤式粉碎机按主轴的布置形式分为卧式和立式。卧式锤式粉 碎机按进料方式不同可分为切向进料、径向进料和轴向进料三种 结构形式。卧式径向进料锤式粉碎机如图5—6所示，立式锤式粉 碎机如图5—7所示。
图5—4为我国新型辊式磨 粉机上采用的同步齿形带定速 传动机构，同步齿形带传递动 力与带传动不同，不是依靠摩 擦力，而是由带齿的截面承受 剪切力来传递扭矩，当轧距调 节或磨辊磨损时，传动轮中心 距变化导致张紧力的变化，因 变化范围较小，通过弹簧9控 制。
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第二节 粉碎机械
粉碎的目的是将大颗粒物料粉碎成为小颗粒，根据原料粒度和成品粒度， 粉碎可分为粗粉碎、中粉碎、细粉碎和超细粉碎。食品行业主要是细粉碎和 超细粉碎。成品粒径小于100µm的粉碎操作为细粉碎，成品粒径小于30µm的 粉碎操作为超细粉碎。 一、粉碎方法与理论 (一)粉碎方法 粉碎机械主要利用冲击、挤压、剪切、摩擦等综合作用对物料进行粉碎。 (1)冲击 利用物料与工作构件的极高的相对速度，使物料在瞬间受到很大的冲 击力而被粉碎。此方法适合于脆性物料的粉碎。 (2)挤压 利用工作构件对物料的挤压作用，产生很大的压应力，使其大于物料 的抗压强度极限，将物料粉碎。挤压粉碎主要适合于脆性物料。 (3)剪切 利用工作构件对物料的作用，使剪切力大于物料的剪切强度极限，将 物料粉碎。此方法主要适合于塑性物料。 (4)摩擦 利用物料与工作构件表面间相对运动的挤压和摩擦，使物料产生压应 力和剪应力，将物料粉碎。 粉碎是一个极其复杂的过程，绝大多数的粉碎机械同时具有2种或2种以上的粉 碎方式。
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一、辊式磨粉机的分类 (1)按成对磨辊的数量分类 单式磨粉机仅有一对磨辊，小型辊式磨粉机常采用这种 形式； 复式磨粉机具有2对磨辊，属于两个独立的单元，大、 中型辊式磨粉机常采用这种形式； 八辊磨粉机具有4对磨辊，先两对并联，再串联，属于 两个独立的单元，特大型辊式磨粉机常采用这种形式。 (2)按磨辊松合闸的自动化程度分类 ①手动磨粉机。松合闸由人工操作，多用于小型的辊式磨粉 机。 ②半自动磨粉机。由人工手动合闸，自动松闸。 ③全自动磨粉机。根据物料情况，实现自动控制松合闸，用 液压系统控制松合闸的称为液压全自动磨粉机，用气动系 统控制松合闸的称为气压全自动磨粉机。
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(五)喂料机构
喂料机构的作用是在磨辊的整个长度方向上，将待加 工物料以一定的速度，均匀地送入磨辊粉碎区。并且能根 据物料量的变化，自动调节喂料量的大小，来料较多时， 自动加厚料层；来料较少时，自动减薄料层。喂料机构要 能根据磨辊直径的变化、物料性质(如物料的粒度、容重及 散落性)的变化相应调整，以达到最佳喂料效果。 喂料机构主要由接料筒、上喂料辊、下喂料辊、导料板、喂 料门、料门控制系统和喂料辊传动系统等组成。
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(二) 粉碎理论 粉碎作业耗能很大，从粉碎方法可以看出，粉碎中，能量消耗在表 面积增大、颗粒变形、摩擦、组织结构的变化等方面。这些能耗和物料 的物理机械性质，形状、粒度大小，粉碎比及所采用的粉碎方法，粉碎 机械等有关。由于粉碎过程的复杂性，目前还未全面掌握其规律。 粉碎理论主要是研究粉碎时能量的消耗问题。关于粉碎理论有以下3种模 型。 (1)表面积模型 1867年由Rittinger提出，他认为粉碎物料所消耗的能量与 新生成的表面积成正比。此模型适合于各种物料的微粉碎和超微粉碎、 韧性和坚硬的物料的粉碎，粉碎作用方式主要是研磨和低强度冲击粉碎。 (2)体积模型 1867年由Kick提出，粉碎物料所消耗的能量与物体的体积 或者质量成正比，和物体的体积变形成正比。此模型反映了大多数粉碎 的过渡过程。 (3)裂缝模型 认为物料在外力作用下，先产生变形，变形功积累到一定程 度，物料中某些脆弱点或面的内应力达到极限强度，因而产生了裂缝， 最后粉碎。粉碎所需的功与裂缝的多少成正比，而裂缝的多少又和颗粒 大小(平均直径或边长)的平方根成反比。此模型适合于低强度脆性物料 的强力冲击粉碎。 以上3种模型，从不同角度分析了物料粉碎所消耗的能量。体积模型 只考虑了物料破碎之前变形所消耗的能量，忽略了形成新表面的能耗。 表面积模型只考虑了物料破碎后形成新表面所消耗的能量忽略了变形能 耗。裂缝模型则是介于上两者之间的模型，对于中粉碎和粗粉碎有一定 的适用性。
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(六)自动控制系统
图5—3为FMFQ 型磨粉机控制与执行 部分气路图，压缩空 气经过气动三大件(油 水分离器、调压阀、 油雾器)后，首先进入 三位四通转阀1，通过 三位四通转阀1和二位 三通转阀4的调节。
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(七)传动及定速机构
(1)磨粉机对传动及定速机构的要求 ①快慢辊之间要保持准确的传动比； ②该机构应能适应因磨辊磨损和轧距调节而导致的传动中心距的变化； ③磨辊因磨损而拆装频繁，所以磨粉机轴上的传动件和轴承应易于装拆； ④较小的噪声和一定的使用寿命。 (2)定速机构的形式 为了保持准确的传动比，磨粉机快慢辊之间的定速机 构一般不采用带传动，而是采用齿轮传动、链传动或同步齿形带传动等 几种形式。
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二、辊式磨粉机的结构
以MDDK型磨粉机为例 说明其结构。MDDK型磨 粉机属于封闭型、复式、 气压控制全自动磨粉机。 如图5—1所示，磨辊呈 水平配置，物料经喂料机 构直接进入两辊轧区，喂 料效果好。
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(一)磨膛吸风系统 当磨辊转速很高，尤其是使用光辊时，带进来的空气堵在 磨辊研磨区之前，这就阻碍了物料正常进入轧区。增加 磨膛吸风系统，可以消除空气的影响。 (二)传动及定速机构 快辊的传动采用电动机驱动平带或V带传动，快慢辊间的 定速机构采用一对螺旋齿轮，以适应各种不同的负荷。 (三)轧距调节机构 MDDK型磨粉机取消传统磨粉机的总调机构，采用左、右 两只手轮调节轧距，手轮每转1周，快慢辊轧距的变化量 为0．02mm，左右手轮上均有转数显示器，以取代总调 装置，保持两辊轧距均匀。
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(3)根据两辊轴线的相对位置分类 ①水平配置磨粉机。两磨辊轴线处于同一水平面内。物料 经喂料机构直接进入粉碎区，便于操作人员的观察和调整， 已粉碎的物料对下磨门无喷粉现象。但操作不够安全，宽 度方向尺寸较大，机架受力状况较差。 ②倾斜配置磨粉机。两磨辊轴线处于同一倾斜面内，操作较 安全，宽度尺寸较小，占地面积较小，机架受力状况好。 但物料经喂料机构后不易直接进入粉碎区，喂料情况较差， 同时已粉碎物料对下磨门有喷粉现象。
第五章 研磨和粉碎机械与设备
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第一节 辊式磨粉机 辊式磨粉机是现代食品工业上广泛使用的一种粉碎设备。 应用：面粉加工业、啤酒麦芽的粉碎、油料的轧胚、巧 克力的精磨、麦片和米片的加工等 构成：磨辊、传动及定速机构、喂料机构、轧距调节机 构、松合闸机构、辊面清理装置、吸风装置和机架等部分组 成。它的主要工作部件是一对以不同转速相向旋转的圆柱形 磨辊，它们的轴线相互平行，磨辊线速度较高，因而两辊所 形成的研磨粉碎区很短。
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(3)快慢辊辊齿的排列形式 根据磨齿的锋角和钝角及快慢辊的相对运 动，辊齿的排列有以下4种形式，如图5—2所示。快慢辊与物料 之间有挤压、剪切和研磨的作用，锋对锋[图5—2(a)]时，剪切作 用强，研磨作用弱，粉碎所消耗的动力较少，可以得到粒度比较 整齐的磨下物料；钝对钝L图5—2(d)]时，剪切作用较弱而研磨作 用较强，粉碎所消耗的动力较大，但可以减少表皮的破碎，达到 选择性粉碎的目的。4种排列形式按从(a)一(d)的顺序，其剪切作 用逐渐减弱，研磨作用逐渐增强，耗电量逐渐增加。