黃奇鵬，武文斌*，高楊楊，李 聰，孟 樂(lè)，李蒙蒙

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油機(jī)械研究所，鄭州 450001；2.鄭州科技學(xué)院，鄭州 450064）

磨輥是磨粉機(jī)的重要部件，對(duì)面粉品質(zhì)及設(shè)備性能起決定性作用。磨輥在研磨物料過(guò)程中伴隨著輥面磨損，使齒輥表面幾何特性產(chǎn)生變化，對(duì)能耗、研磨效果和齒輥壽命等相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生影響。磨輥磨損嚴(yán)重需進(jìn)行重新修復(fù)或換輥，換輥或修復(fù)過(guò)早會(huì)影響磨輥壽命、不必要的停機(jī)和磨輥拉絲帶來(lái)資金投入。換輥或修復(fù)過(guò)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(shí)也會(huì)增加能耗等[1]。由于齒輥表面幾何特性不易測(cè)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(lái)的諸多問(wèn)題，關(guān)于磨粉機(jī)齒輥磨損研究相對(duì)較少[2]，本文綜述了磨粉機(jī)齒輥磨損與研磨效果相關(guān)試驗(yàn)研究。

1 磨輥基本結(jié)構(gòu)

磨輥是輥式磨粉機(jī)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(zhǎng)L和輥軸徑d，磨輥結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 磨輥結(jié)構(gòu)圖

中國(guó)自1980年完成制粉設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，磨粉機(jī)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(duì)輥體表面進(jìn)行處理，得到微粗糙無(wú)光澤面磨輥，主要用在心磨系統(tǒng)[3-4]。

圖2 齒輥實(shí)體圖

圖3 噴砂輥實(shí)體圖

2 磨輥磨損與電耗影響關(guān)系

磨輥與物料在工作中相互接觸發(fā)生三體磨損，導(dǎo)致磨齒變鈍。輥齒磨鈍前，有較強(qiáng)研磨作用，動(dòng)力消耗低。輥齒磨鈍后，剪切作用下降，擠壓作用增強(qiáng)，磨下物中麩皮和面粉含量增多，動(dòng)力消耗增高[5]。王羅云[6]實(shí)測(cè)河南某面粉廠主要能耗設(shè)備進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到磨粉機(jī)電耗占制粉工段的56.10%。而磨粉機(jī)磨輥電耗與磨輥磨損呈正相關(guān)，齒輥磨損加劇使電耗增大。Dhotel,Charles Loubersac[7]對(duì)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(shí)，磨粉機(jī)噸料電耗由電壓和電流決定，中國(guó)的工業(yè)電壓恒定為380 V，故磨粉機(jī)噸料電耗由電流表征。噸料電耗是在磨粉機(jī)滿負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行測(cè)試。李聰?shù)萚8]針對(duì)磨粉機(jī)電流穩(wěn)定狀態(tài)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，磨粉機(jī)運(yùn)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(guò)對(duì)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(jìn)行研磨效果對(duì)比，測(cè)量出磨輥在工作3個(gè)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(gè)月后電流增加12 A，釩鈦配方磨輥使用3個(gè)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(guān)系

Jiang Liangpeng等[10]用MLS-225型三體磨料磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損試驗(yàn)，分別在面粉平均尺寸0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mm進(jìn)行250 min磨損試驗(yàn)。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(duì)磨輥磨損性能影響越大。田建珍等[11]對(duì)MDDL和MDDK型磨粉機(jī)的光輥表面粗糙度進(jìn)行了測(cè)試,探索工作磨損后光輥無(wú)澤面粗糙度輪廓算術(shù)平均偏差Ra值、5個(gè)最大輪廓峰高平均值與5個(gè)最大輪廓谷深平均值之和Rz值的相互關(guān)系[11]。磨輥磨損后使輥徑減小，且磨輥磨損率會(huì)增加。在鑄鐵輥的情況下，可以通過(guò)表面硬度估計(jì)耐磨性。日本學(xué)者M(jìn)esaki 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(jìn)行磨損試驗(yàn)。結(jié)果顯示硬度與磨損量負(fù)相關(guān)，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(guò)試驗(yàn)研究載荷對(duì)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(guān)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(guān)關(guān)系。

圖5 白口鑄鐵齒形磨耗示意圖

Mesaki Takamasa等[12]通過(guò)對(duì)Satake的SRMI00A磨粉機(jī)磨輥齒型進(jìn)行檢測(cè)，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(gè)月中流入磨輥的小麥流量約7 500 t，分別測(cè)量快輥在工作1、2、3個(gè)月的齒型變化及慢輥使用3個(gè)月后的齒型磨損變化（圖6）。其中快輥使用3個(gè)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(guò)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(cè)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(guò)程的變化趨勢(shì)。

圖6 齒輥輪廓曲線測(cè)量圖

4 磨輥磨損與研磨效果的影響關(guān)系

張繼英等[14]對(duì)實(shí)驗(yàn)室小麥磨粉機(jī)換輥前后小麥粉出粉率研究表明：小麥磨粉機(jī)換輥后的小麥出粉率提高了24.7%，且粉粒50 mm位置的力學(xué)特性均值降低，對(duì)面粉品質(zhì)影響較大。日本學(xué)者M(jìn)esaki Takamasa等[12]通過(guò)檢測(cè)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(shí)，未剪切率約為1.2%，3個(gè)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(gè)月后增至4.4%，灰分含量也略微增加。陳志成[9]通過(guò)對(duì)不同配方磨輥進(jìn)行研磨效果對(duì)比，測(cè)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(gè)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(duì)比

圖8 新老配方磨輥1B磨取粉率對(duì)比

5 總結(jié)

目前面粉廠對(duì)磨輥磨損狀態(tài)判斷大部分僅憑經(jīng)驗(yàn)，并且齒輥齒形不易測(cè)量，磨損周期較長(zhǎng)，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)磨粉機(jī)磨輥的研究主要是對(duì)噴砂輥粗糙度進(jìn)行測(cè)量，齒輥研究較少。本文綜述了磨輥磨損與研磨效果相關(guān)試驗(yàn)的研究，介紹了磨輥磨損與電耗、磨耗和研磨效果的影響關(guān)系，為進(jìn)一步研究磨輥磨損提供參考。