磨粉機(jī)皮磨系統(tǒng)剝刮率的主要影響因素研究*

劉培康，武文斌*，黃奇鵬

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450001）

在整個粉路流程中，設(shè)計剝刮率和取粉率參數(shù)的高低，取決于粉路的長短和出粉方法,對于單臺設(shè)備而言，研磨效果與磨粉機(jī)調(diào)節(jié)參數(shù)和磨輥技術(shù)參數(shù)有關(guān)。皮磨的剝刮率太高會引起麥皮破碎，導(dǎo)致出粉不佳且影響面粉出粉率。反之，剝刮率不足，將使純凈的物料未經(jīng)充分地研磨而后推混入麩皮。為得到較高出粉率和較好面粉質(zhì)量，目前提倡“長粉路、輕壓輕碾、精研精磨”的理念，皮磨重在剝刮，取粉率低、心磨重在取粉，剝刮率低，故剝刮率是皮磨、取粉率是心磨重要評定指標(biāo)。本文以皮磨系統(tǒng)磨粉機(jī)為研究對象，對磨粉機(jī)調(diào)節(jié)參數(shù)、磨輥表面技術(shù)參數(shù)和磨輥運(yùn)動參數(shù)對剝刮率影響關(guān)系進(jìn)行分析研究。

1 制粉工藝與剝刮率

制粉過程中最基本的系統(tǒng)是皮磨和心磨系統(tǒng)。皮磨系統(tǒng)的作用是將麥粒剝開，在保證麩皮不過度破碎的情況下，從麩皮上刮下麥渣、麥心和粗粉，以便使胚乳與麥皮最大限度地分離[1]。物料經(jīng)某道皮磨系統(tǒng)粉碎后，穿過粗篩的物料數(shù)量占本道皮磨流量或1皮流量的百分比，稱為相對剝刮率或絕對剝刮率[2]。在日常生產(chǎn)中，常采用相對剝刮率。測定皮磨系統(tǒng)剝刮率的篩號如表1所示：

剝刮率計算公式:

式中：Kx為該道皮磨的相對剝刮率，%;Kj為該道皮磨的絕對剝刮率，%；A為該道皮磨研磨后物料中粗篩篩下物的含量，%；B為該道皮磨研磨前物料中已有粗篩篩下物的含量，%；C為本道皮磨流量占1皮流量的百分比，%。

制粉工藝流程發(fā)展至今主要經(jīng)歷三個階段，分別為前路出粉法、中路出粉法和分層研磨制粉法。其中，分層研磨制粉法又稱剝皮制粉法，是在小麥入磨前剝皮，基本脫除小麥的果皮、種皮和糊粉層。此工藝可以簡化粉路，提高小麥出粉率和成品質(zhì)量，但能耗增加，且技術(shù)難度大，目前僅在日、俄等發(fā)達(dá)制粉國家使用。我國制粉工藝主要經(jīng)歷前路和中路出粉法，其發(fā)展歷程及剝刮率基本設(shè)定如表1所示。

表1 中國制粉工藝發(fā)展歷程及剝刮率設(shè)定

前路出粉法的實質(zhì)是前幾道磨大量出粉，粉路短，物料分級少，單機(jī)電耗高，面粉質(zhì)量差。中路出粉法的粉路長，主要依靠心磨出粉，皮磨一般設(shè)4～5道，但各道皮磨作用略有不同。1B、2B是剝開表皮，制取顆粒，少出面粉，少出麩屑。3B是剝刮麩片，提取部分大麩皮。4B是緊研磨，繼續(xù)剝刮。表2是中國及部分國外面粉廠磨制等級粉時皮磨系統(tǒng)的剝刮率和所用篩號。

表2 面粉廠磨制72%等級粉時皮磨系統(tǒng)的剝刮率及篩號

2 磨粉機(jī)工作參數(shù)對剝刮率的影響

2.1 流量

流量影響磨輥受力和研磨的均勻性，對制粉工藝有重要影響。田建珍教授等以河南三級冬小麥為原料，采用OLRO/ET2 100×2型八輥磨粉機(jī)，在其它條件相同的情況下，在1B工藝部位，軋距分別是1.12 mm、0.92mm、0.72 mm、0.52 mm 的條件下。低中高三個流量分別是 800.9 kg/(cm·24h)、1 047.8 kg/(cm·24h)、1 236 kg/(cm·24h)， 進(jìn)行了 12 組實驗，測量流量對1B剝刮率的影響，如圖1（a）。將2B的工藝部位軋距定為0.47 mm，測量1B不同軋距、不同流量對2B（軋距固定）剝刮率的影響，如圖1（b）。

圖1 流量與剝刮率關(guān)系圖

如圖1（a）所示，y1是軋距為1.12 mm對應(yīng)1B剝刮率曲線，剝刮率隨流量增大而先增大、后減小的趨勢。y2、y3是軋距為0.92 mm、0.72 mm對應(yīng)1B剝刮率曲線，剝刮率隨流量增大而增大。y4是軋距為0.52 mm對應(yīng)1B剝刮率曲線，剝刮率隨流量增大而減小?？芍?，每個1B軋距與1B剝刮率關(guān)系對應(yīng)一個流量最大值，在1B軋距不同時，剝刮率隨著流量變化而有所不同。圖1（b）所示，在2B軋距不變時，y1、y2是1B軋距分別為1.12 mm、0.92 mm對應(yīng)2B剝刮率曲線，剝刮率隨流量增大而減小的趨勢。y3、y4是1B軋距分別為0.72 mm、0.52 mm對應(yīng)2B剝刮率曲線，剝刮率隨流量增大而增大，且中高流量變化對y4影響較大?？芍總€1B軋距與2B（軋距固定）剝刮率關(guān)系對應(yīng)一個流量最大值，在特定軋距時，剝刮率隨著流量先減小、后增大。

2.2 軋距

軋距對磨輥的粉碎效果影響較大，軋距越小，物料受到輥間作用力增大，研磨長度增長，使物料受到的研磨作用增強(qiáng)。由李根成主編的制粉師工程手冊中所提的軋距與剝刮率關(guān)系見圖2，由圖2可知：剝刮率隨軋距的增大而減小。

圖2 磨輥的軋距與剝刮率關(guān)系圖

田建珍教授對剝刮率和軋距關(guān)系進(jìn)行研究，原料及設(shè)備同2.1，在其它條件相同的情況下，在1B工藝部位，低、中、高三個流量分別是800.9 kg/(cm·24 h)、1 047.8 kg/(cm·24 h)、1 236 kg/(cm·24 h)條件下， 軋距分別為 1.12 mm、0.92 mm、0.72 mm、0.52 mm。進(jìn)行了12組實驗，測量1B軋距對1B剝刮率的影響，如圖3（a）。將2B的工藝部位軋距定為0.47 mm，測量1B軋距對1B+2B剝刮率的影響，如圖 3（b）。

圖3（a）所示低、中、高三種流量條件下軋距和剝刮率曲線，相同流量時剝刮率隨軋距增大而減小。在相同軋距時，三種流量剝刮率的最大變化量發(fā)生在軋距為 0.52 mm，流量為 800.9 kg/(cm·24 h)、1236 kg/(cm·24 h)條件下，剝刮率變化量為1.3%。而在相同流量時，軋距變化量0.2 mm時，剝刮率最小變化量發(fā)生在流量為800.9 kg/(cm·24 h)，剝刮率變化量為2.4%。可知，軋距和流量都影響剝刮率，軋距影響程度大于流量影響程度。圖3（b）表明剝刮率在軋距和流量交互影響下減小，在1B軋距為0.72 mm，2B軋距為0.47 mm時，出現(xiàn)低中高流量對1B+2B總剝刮率相等的重合點。故合理配備1B和2B的軋距參數(shù)，在一定的情況下增大流量可能達(dá)到相同的剝刮效果。

圖3 軋距—剝刮率關(guān)系圖

3 磨輥表面技術(shù)參數(shù)對剝刮率的影響

3.1 齒角和前角

齒角是由前角和后角組成，為了適應(yīng)研磨的需要，將磨齒拉絲成不對稱的形狀。該角度影響物料的受力方向，對剝刮率產(chǎn)生影響，由于我國針對磨輥深入研究有限，本實驗數(shù)據(jù)來源于蘇聯(lián)谷物科學(xué)研究院。圖4：y1的條件為1B流量為1 300 kg/(cm·24 h)，軋距為1 mm、y2的條件為2B流量為730 kg/(cm·24 h)，軋距為0.7 mm、y3的條件為3B流量為570 kg/(cm·24 h)，軋距為 0.3 mm，自變量的齒角分別為 65°、75°、90°、110°， 因變量為它們各自的剝刮率。 圖 5：在1B流量為 1 320 kg/(cm·24 h)，軋距為1.2 mm條件下，自變量的齒前角分別為20°、30°、40°、50°。

圖4 磨粉機(jī)齒角與1B剝刮率關(guān)系圖

由圖4可知：在1B、2B、3B特定流量及軋距條件下，各自剝刮率隨齒角的增大而增大，且y1呈現(xiàn)增速減緩的變化。齒角變化對皮磨剝刮率的影響程度3B>2B>1B,對1B的影響較小，1B齒角由65°～110°，剝刮率由25.4%增至26.3%，變化量為 0.7%。由圖5可知：1B剝刮率隨著前角的增大而先減小、后增大的趨勢。前角由20°～40°，剝刮率由23.9%降至16.5%，變化量為7.4%。綜合圖4、圖5，1B工藝段的前角對剝刮率影響比齒角大。

圖5 磨粉機(jī)磨齒前角與1B剝刮率關(guān)系圖

3.2 磨齒斜度

磨齒斜度的存在保證磨輥與物料是非簡歇性接觸，且在快慢輥的磨齒交叉點完成撕切工作，增大與物料的接觸機(jī)會，從而影響剝刮率。由于我國針對磨輥深入研究有限，本實驗數(shù)據(jù)來源于蘇聯(lián)N·A·那烏莫夫所做實驗（見圖6）。y1、y2分別為原料小麥玻璃質(zhì)30%和84%條件下，自變量為1B、2B、3B齒斜度分別是4%、6%、8%、10%、12%，所測剝刮率為1B+2B+3B的剝刮率之和。

圖6 磨粉機(jī)磨齒斜度與1B+2B+3B剝刮率關(guān)系圖

由圖6可知：1B+2B+3B的剝刮率隨著齒斜度的增大而呈減小趨勢。以小麥玻璃質(zhì)為30%，齒斜度由4%～6%時，剝刮率變化量由69.9%～66.2%，變化量為3.7%。齒斜度由6%～12%時，剝刮率變化量由66.2%～65.6%，變化量為3.4%，變化率減小。

3.3 排列方式

磨輥的排列方式有四種，分別是鋒對鋒、鋒對鈍、鈍對鋒、鈍對鈍。排列方式影響物料與磨輥的接觸狀態(tài)和受力方向，對剝刮率產(chǎn)生影響。實驗數(shù)據(jù)來源于蘇聯(lián)谷物科學(xué)研究院，圖7在1B原料小麥玻璃質(zhì)為48%，流量為1 300 kg/(cm·24 h)，軋距為1.2 mm 條件下，分別在磨齒角度 20°/70°（y1）和 30°/60°（y2），排列方式分別為 F-F，D-D，進(jìn)行 4組實驗。

圖7 磨粉機(jī)磨輥排列方式與1B剝刮率關(guān)系圖

由圖7可知：齒角為20°/70°，排列方式由F-F至D-D，剝刮率變化由23.9%～15.7%，變化量為8.3%。 齒角為 30°/60°，排列方式由 F-F至 D-D，剝刮率變化由20.5%～14.5%，變化量為5.5%。則F-F的1B剝刮率大于D-D的1B剝刮率，且齒角為20°/70°對應(yīng)1B剝刮率對排列方式的影響較大。

3.4 齒頂寬和齒數(shù)

齒頂寬不僅可以提高磨齒的耐磨性，也可以減少物料受到的剪切作用。在齒角和輥徑確定時，齒頂寬隨著齒數(shù)的增加而減小。齒數(shù)過少即則齒頂寬越大，物料得不到充分研磨。齒數(shù)過大即齒頂寬越小，物料研磨過重，增加出粉率。由于齒頂寬不易測量，故暫時無實驗數(shù)據(jù)。

4 磨輥運(yùn)動參數(shù)對剝刮率的影響

磨輥的主要運(yùn)動參數(shù)包括快輥轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速比。快輥轉(zhuǎn)速影響物料的流量，轉(zhuǎn)速比影響快輥對物料的作用齒數(shù)。本實驗數(shù)據(jù)來源于蘇聯(lián)谷物科學(xué)研究院，圖8在快慢輥轉(zhuǎn)速比為2.5:1的條件下，采用不同的磨輥圓周速度，測得1B～4B總剝刮率。圖9在1B流量為650 kg/(cm·24 h)，快輥轉(zhuǎn)速為6 m/s，轉(zhuǎn)速比分別為1.5、2.5、3.5與剝刮率關(guān)系。

（1）由圖8可知：轉(zhuǎn)速比恒定時快輥轉(zhuǎn)速與1B～4B總剝刮率的關(guān)系曲線幾乎趨于水平，即可認(rèn)為快輥轉(zhuǎn)速對1B～4B總剝刮率的影響不大。

圖8 磨粉機(jī)快輥轉(zhuǎn)速與1B-4B總剝刮率關(guān)系圖

（2）由圖 9 可知：在轉(zhuǎn)速比為 1.5、2.5、3.5 時，1B剝刮率隨著轉(zhuǎn)速比的增大而增大，但在相同轉(zhuǎn)速比增量下，剝刮率的變化量減小。

圖9 磨粉機(jī)磨輥轉(zhuǎn)速比與1B剝刮率關(guān)系圖

5 結(jié)論

制粉工藝及皮磨系統(tǒng)的剝刮率是研磨效果重要評定指標(biāo)，對面粉廠的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響。本文通過分析從已掌握的實驗數(shù)據(jù)可知：磨粉機(jī)工作參數(shù)、磨輥表面技術(shù)參數(shù)和磨輥運(yùn)動參數(shù)對剝刮率均產(chǎn)生不同程度影響。通過對剝刮率影響因素進(jìn)行研究，為制粉工藝的粉路設(shè)計、設(shè)備選型、磨輥磨損等提供參考。