磨粉機磨輥磨損對制粉影響研究綜述*

黃奇鵬，武文斌*，高楊楊，李 聰，孟 樂，李蒙蒙

（1.河南工業(yè)大學糧油機械研究所，鄭州 450001；2.鄭州科技學院，鄭州 450064）

磨輥是磨粉機的重要部件，對面粉品質(zhì)及設備性能起決定性作用。磨輥在研磨物料過程中伴隨著輥面磨損，使齒輥表面幾何特性產(chǎn)生變化，對能耗、研磨效果和齒輥壽命等相關參數(shù)產(chǎn)生影響。磨輥磨損嚴重需進行重新修復或換輥，換輥或修復過早會影響磨輥壽命、不必要的停機和磨輥拉絲帶來資金投入。換輥或修復過晚，不僅加快磨輥磨損速度，也影響物料產(chǎn)量、面粉品質(zhì)，同時也會增加能耗等[1]。由于齒輥表面幾何特性不易測量、小麥與輥齒屬于軟顆粒磨損、磨損周期不恒定等原因帶來的諸多問題，關于磨粉機齒輥磨損研究相對較少[2]，本文綜述了磨粉機齒輥磨損與研磨效果相關試驗研究。

1 磨輥基本結構

磨輥是輥式磨粉機的主要工作和易磨損部件，由輥體和輥軸組成，輥體外層為白口鑄鐵、內(nèi)層為灰口鑄鐵采用硬模離心澆鑄而成，輥軸采用45#鋼調(diào)質(zhì)處理后壓入輥體。磨輥的整體尺寸有輥徑D、輥長L和輥軸徑d，磨輥結構圖如圖1所示。

圖1 磨輥結構圖

中國自1980年完成制粉設備標準化，磨粉機磨輥直徑主要是250 mm。根據(jù)表面特征分為齒輥和噴砂輥。齒輥(圖2)用在光輥表面拉絲出具有一定參數(shù)磨齒的磨輥，主要用在皮磨系統(tǒng)。齒輥的表面特性包括齒數(shù)、齒頂寬、齒斜度、齒角、齒深和齒槽面。噴砂輥(圖3)利用噴砂等物理方法對輥體表面進行處理，得到微粗糙無光澤面磨輥，主要用在心磨系統(tǒng)[3-4]。

圖2 齒輥實體圖

圖3 噴砂輥實體圖

2 磨輥磨損與電耗影響關系

磨輥與物料在工作中相互接觸發(fā)生三體磨損，導致磨齒變鈍。輥齒磨鈍前，有較強研磨作用，動力消耗低。輥齒磨鈍后，剪切作用下降，擠壓作用增強，磨下物中麩皮和面粉含量增多，動力消耗增高[5]。王羅云[6]實測河南某面粉廠主要能耗設備進行能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到磨粉機電耗占制粉工段的56.10%。而磨粉機磨輥電耗與磨輥磨損呈正相關，齒輥磨損加劇使電耗增大。Dhotel,Charles Loubersac[7]對面粉廠電量消耗研究表明，工廠的72%電量用于磨粉流程，占能源成本的90%，且硬麥的能量消耗比軟麥高約9%。在小麥產(chǎn)量恒定時，磨粉機噸料電耗由電壓和電流決定，中國的工業(yè)電壓恒定為380 V，故磨粉機噸料電耗由電流表征。噸料電耗是在磨粉機滿負荷達到穩(wěn)定時進行測試。李聰?shù)萚8]針對磨粉機電流穩(wěn)定狀態(tài)測試發(fā)現(xiàn)，磨粉機運行約200 min，電流由38.5 A減少至36.5 A且處于穩(wěn)定。陳志成[9]通過對磨輥表面材料配方增加釩鈦元素的磨輥與傳統(tǒng)配方磨輥進行研磨效果對比，測量出磨輥在工作3個月中的電流變化情況（圖4），磨輥磨損使耗電量提高，傳統(tǒng)配方磨輥使用3個月后電流增加12 A，釩鈦配方磨輥使用3個月后電流增加10.5 A，且釩鈦配方磨輥一直比傳統(tǒng)配方磨輥耗電量低。

圖4 新老配方磨輥1B工藝的電流變化曲線

3 磨輥磨耗變化關系

Jiang Liangpeng等[10]用MLS-225型三體磨料磨損試驗機進行磨損試驗，分別在面粉平均尺寸0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mm進行250 min磨損試驗。研究表明：隨著磨粒尺寸的增加，磨損失重急劇增加，再減少，再線性增加。由于磨料尺寸越大，硬度越高，對磨輥磨損性能影響越大。田建珍等[11]對MDDL和MDDK型磨粉機的光輥表面粗糙度進行了測試,探索工作磨損后光輥無澤面粗糙度輪廓算術平均偏差Ra值、5個最大輪廓峰高平均值與5個最大輪廓谷深平均值之和Rz值的相互關系[11]。磨輥磨損后使輥徑減小，且磨輥磨損率會增加。在鑄鐵輥的情況下，可以通過表面硬度估計耐磨性。日本學者Mesaki Takamasa 等[12]從磨輥徑向 0、5、10 mm 切出 10×10×20 mm的三種試樣，硬度分別為HRC53、50、47進行磨損試驗。結果顯示硬度與磨損量負相關，硬度為53的試樣磨損率最低，但慢輥的磨損量約為快輥的2/5，硬度53與47樣件磨損量相差約1.5倍。吳家祥等[13]通過試驗研究載荷對磨輥磨損的影響，磨損失重與載荷分別為25、75、125、175和225N的關系（圖5），面粉與磨輥磨損表面的磨損失重隨著載荷的增加而增大，呈現(xiàn)正相關關系。

圖5 白口鑄鐵齒形磨耗示意圖

Mesaki Takamasa等[12]通過對Satake的SRMI00A磨粉機磨輥齒型進行檢測，工作條件為軋距0.2 mm、D：D 排列、快輥轉(zhuǎn)速為 450～550 r/min，轉(zhuǎn)速比為2.5：1，在1B工藝粉碎小麥，3個月中流入磨輥的小麥流量約7 500 t，分別測量快輥在工作1、2、3個月的齒型變化及慢輥使用3個月后的齒型磨損變化（圖6）。其中快輥使用3個月后磨損深度為0.25 mm，傾斜磨損至鋒面，主要為鈍面受力。慢輥磨損深度較小，鋒面鈍面都有磨損，故鋒面鈍面都承受作用力。磨輥在磨損過程中齒型輪廓在發(fā)生改變，布勒公司將磨輥磨損前后齒型面積變化比值稱為不完整度，圖6是使用布勒的齒廓儀器測出的不完整度為4%、18%、33%的磨輥輪廓圖，可知磨輥齒型在工作過程的變化趨勢。

圖6 齒輥輪廓曲線測量圖

4 磨輥磨損與研磨效果的影響關系

張繼英等[14]對實驗室小麥磨粉機換輥前后小麥粉出粉率研究表明：小麥磨粉機換輥后的小麥出粉率提高了24.7%，且粉粒50 mm位置的力學特性均值降低，對面粉品質(zhì)影響較大。日本學者Mesaki Takamasa等[12]通過檢測磨輥研磨后小麥顆粒未被剪切的數(shù)量發(fā)現(xiàn)，磨輥使用1.5月時，未剪切率約為1.2%，3個月后，未剪切率提高至3.2%，剪切作用明顯降低，影響磨粉產(chǎn)量及工作效率。此外，磨輥使用期間最初淀粉損傷量為3.4%，3個月后增至4.4%，灰分含量也略微增加。陳志成[9]通過對不同配方磨輥進行研磨效果對比，測出磨輥在1B工藝研磨90d的剝刮率和取粉率變化曲線（圖7～8）。齒輥磨損使剝刮率下降、取粉率上升，傳統(tǒng)磨輥磨損3個月后剝刮率下降6.8%，取粉率提高4.5%，釩鈦配方磨輥研磨效果相比變化較小。

圖7 新老配方磨輥1B磨剝刮率對比

圖8 新老配方磨輥1B磨取粉率對比

5 總結

目前面粉廠對磨輥磨損狀態(tài)判斷大部分僅憑經(jīng)驗，并且齒輥齒形不易測量，磨損周期較長，目前國內(nèi)學者對磨粉機磨輥的研究主要是對噴砂輥粗糙度進行測量，齒輥研究較少。本文綜述了磨輥磨損與研磨效果相關試驗的研究，介紹了磨輥磨損與電耗、磨耗和研磨效果的影響關系，為進一步研究磨輥磨損提供參考。