輥式磨粉機(jī)齒輥檢測技術(shù)研究進(jìn)展*

黃奇鵬，武文斌*，孟 樂，高楊楊，李蒙蒙，侯寧沛,劉培康

(河南工業(yè)大學(xué)糧油機(jī)械研究所，鄭州 450001)

磨輥是磨粉機(jī)的重要部件，對面粉品質(zhì)影響及設(shè)備性能起決定性作用。齒輥表面技術(shù)特性直接影響磨粉機(jī)的研磨效果、物料分級、流量平衡及生產(chǎn)操作指標(biāo)[1]。齒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(guān)參數(shù)產(chǎn)生影響。張繼英[2]對磨粉機(jī)換輥前后小麥粉出粉率、粗細(xì)度、粉質(zhì)指標(biāo)及拉伸指標(biāo)進(jìn)行研究，得出磨粉機(jī)換輥后的小麥出粉率提高24.7%；且粉粒50 mm位置的力學(xué)特性均值降低，對影響面粉品質(zhì)較大。陳志成[3]對磨輥磨損過程的電流研究得到電耗與磨輥磨損呈正相關(guān)，磨輥使用3個(gè)月后電流增加12 A。齒輥磨損嚴(yán)重需進(jìn)行重新拉絲或換輥，換輥或拉絲過早會影響磨輥壽命、不必要的停機(jī)和磨輥拉絲帶來資本投入。換輥或拉絲過晚，不僅加快磨輥磨損速度，也影響物料產(chǎn)量、面粉品質(zhì)及增加能耗等，故準(zhǔn)確判斷齒輥磨損狀態(tài)至關(guān)重要。

磨輥根據(jù)表面技術(shù)特性分為齒輥和噴砂輥。噴砂輥的檢測是使用粗糙度儀。齒輥是在磨輥表面拉出具有一定參數(shù)磨齒的磨輥，主要用在皮磨系統(tǒng)。齒輥的表面技術(shù)特性由單位長度齒數(shù)和特定參數(shù)齒型組成，齒型參數(shù)包括齒頂寬、齒斜度、齒角、齒深和齒槽面[4-5]。由于齒輥齒形不易測量，齒輥檢測方法較少，目前針對齒輥的檢測有4種方法，分別為傳統(tǒng)測量技術(shù)及方法、顯微測量方法、接觸式齒輥齒廓測量儀、非接觸式光學(xué)齒型測量儀和激光輪廓測量儀。

1 傳統(tǒng)測量技術(shù)及方法

傳統(tǒng)上評定齒輥是否需要拉絲有3種方法，①直接通過手的接觸感知。未磨損的齒輥齒數(shù)分布均勻、齒面光潔、齒頂均勻一致和齒槽清晰等。而磨損嚴(yán)重的齒面，觸摸鋒面和鈍面有明顯棘手、剮手或粗糙感。該方法對技術(shù)人員的要求較高，需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)；②通過物料判定。通過評定磨下物粒度，溫度及麩皮含量等參數(shù)來判斷磨輥是否需要重新拉絲。前兩種方法檢測時(shí)間短，但因該兩種方法由經(jīng)驗(yàn)判定，無法量化，并且對操作人員的要求較高，需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，故推廣性較低[6]；③使用量具進(jìn)行測量。使用游標(biāo)卡尺測量齒頂寬、齒深及齒距；角度測量儀測量齒角，再根據(jù)測量的數(shù)據(jù)計(jì)算齒槽面積。該方法使用不同量具進(jìn)行測量造成累積誤差，且該方法操作相對繁瑣，一般應(yīng)用在磨輥生產(chǎn)廠家及磨輥拉絲廠家。

2 顯微測量技術(shù)

目前，顯微鏡技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)很成熟的測量設(shè)備，廣泛應(yīng)用在生物學(xué)、化學(xué)、工業(yè)和天文等行業(yè)。一些磨輥加工企業(yè)使用光學(xué)讀數(shù)顯微鏡(圖1)將微小齒型放大，通過觀測顯微鏡內(nèi)部的刻度線讀取齒輥表面參數(shù)。另一種是使用數(shù)碼顯微鏡(圖2)，將磨輥齒型顯示在顯示屏，通過顯微鏡上標(biāo)尺讀取齒輥的齒頂寬。這種檢查磨輥的方法比較簡單，且價(jià)格合適，但由于制粉企業(yè)無法知道磨輥齒型磨損是否達(dá)到磨輥更換或修復(fù)的時(shí)間，所以顯微鏡技術(shù)在制粉企業(yè)一直沒有得到廣泛推廣。

圖1 讀數(shù)顯微鏡

圖2 數(shù)碼顯微鏡

3 接觸式齒輥輪廓測量儀

布勒公司于2014年開發(fā)出一款齒輥輪廓測量儀[7-8]，該款產(chǎn)品通過測量對比齒型磨損變化判斷是否需要拉絲和更換磨輥。其工作流程包括：準(zhǔn)備階段、測量階段和生成報(bào)告。

表1 齒輥輪廓測量儀工作流程

測量時(shí)，將測量裝置固定在齒輥上，通過探針與輥齒的接觸進(jìn)行測量，探頭材質(zhì)為紅寶石，耐磨性較好。探頭與齒輥的接觸軌跡能夠以圖形方式顯示出齒型輪廓并評估其磨損情況，這為廠家提供了何時(shí)重新拉絲的依據(jù)。齒輥檢測報(bào)告分為三種：生產(chǎn)報(bào)告、技術(shù)報(bào)告和經(jīng)濟(jì)報(bào)告。生產(chǎn)報(bào)告是磨輥使用前測量的齒輥尺寸參數(shù)。技術(shù)報(bào)告是磨輥在使用后的測量參數(shù)，此次測量參數(shù)與最初尺寸進(jìn)行對比，評估磨損程度。經(jīng)濟(jì)報(bào)告在技術(shù)報(bào)告的基礎(chǔ)上增加了利潤評估。該項(xiàng)報(bào)告包括精確評估齒輥磨損變化，以提高產(chǎn)量、降低運(yùn)營成本為目的來確定磨輥拉絲時(shí)間和更換時(shí)間，可將能耗降低約50%。該設(shè)備測量速度較慢，不能滿足自動化生產(chǎn)的需要。

4 非接觸式光學(xué)齒型測量儀

2017年西班牙Balaguer公司研發(fā)出了一款新型磨輥檢測設(shè)備——光學(xué)齒型測量儀（圖3）[9-10]。光學(xué)齒型測量儀的出現(xiàn)具有革命性的突破，它使磨輥檢測時(shí)可避免人為因素產(chǎn)生誤差。此設(shè)備屬于光學(xué)儀器，不需要接觸齒輥表面就可以測量齒型參數(shù)。

圖3 光學(xué)齒型測量儀

該設(shè)備具有三維可視系統(tǒng)，可將齒槽的三維圖形及參數(shù)信息顯示在屏幕上，操作簡單直觀，攜帶方便，測量時(shí)可以快速而準(zhǔn)確地測出齒槽參數(shù)。將測到的數(shù)據(jù)與允許值進(jìn)行對比，以評估確定磨輥是否需要拉絲或更換。測量參數(shù)主要包括：齒間距、齒頂寬、齒輥半徑、齒槽深度、鈍面和鋒面磨損、齒角和磨齒斜度等(圖4)。尺寸測量的精度可以達(dá)到4 μm，角度測量的精度可以達(dá)到±0.1°。如果其中測量結(jié)果超出允許范圍，系統(tǒng)就會報(bào)警提示。測量的信息可以通過局域網(wǎng)將測量參數(shù)傳輸至中央處理系統(tǒng)。

圖4 齒廓測量顯示圖

目前，測量儀已更新出第二代產(chǎn)品（圖5），該設(shè)備配有8英寸顯示屏，在原有測量功能基礎(chǔ)上，外形體積減少1/3，尺寸為260×75×170 mm。測量精度提高，尺寸和角度測量精度分別能達(dá)到為2.2 μm和檢查大小±0.01°。

圖5 光學(xué)齒型測量儀第II代

5 激光輪廓測量儀

2019年10 月土耳其Yenar公司首次發(fā)布用于磨粉機(jī)齒輥檢測的激光輪廓測量儀[11-12]，該設(shè)備利用激光技術(shù)自動測量磨輥磨齒輪廓，測量精度高，測量參數(shù)主要包括：鋒角、鈍角、齒頂寬、齒深、齒間距、齒槽深度及齒槽弧度等(圖6)。該儀器測量齒型時(shí)通過局域網(wǎng)將測量結(jié)果傳輸至計(jì)算機(jī)，測量數(shù)據(jù)與理論輪廓數(shù)據(jù)通過對比得到測量偏差，計(jì)算機(jī)綜合測量結(jié)果自動分析生成檢測報(bào)告。用戶根據(jù)檢測結(jié)果確定拉絲時(shí)間，優(yōu)化磨粉機(jī)中齒形磨輥的使用狀態(tài)。

圖6 激光輪廓儀測量過程

6 結(jié)論

目前，我國在磨輥測量技術(shù)方面還不夠完善，大部分企業(yè)是采用經(jīng)驗(yàn)來判定磨輥的磨損程度，一些大中型企業(yè)通過進(jìn)口測量設(shè)備來判斷齒輥是否需要拉絲。齒輥磨損影響面粉品質(zhì)及增加能耗，所以開發(fā)齒輥測量工具不僅可彌補(bǔ)我國在測量磨輥空缺，且對磨輥進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和檢修維護(hù)也十分重要。