切割与粉碎机械课件2

切割与粉碎机械

一目的二基本方法及适用性三常见食品物料尺寸的表示及其测定方法第一节概述破碎、粉碎的概念

对物料施加一定的外力，克服分子间的内聚力，将物料分裂破碎的操作称为尺寸减小。尺寸减小的过程始终伴随着物料的体积由大变小，单位体积的表面积（比表面积）由小变大，不断增加而物料的化学性质不会发生变化。

利用外力的作用，克服物料分子间的内聚力，使其分裂的加工过程。根据被处理物料的尺寸的大小不同，将大块物料分裂成小块者称为破碎，将小块物料变成细粉者称为粉磨。1、减小粒度，便于调制时加快溶解速度或提高混合均匀度，或是重新赋形以改进食品的口感，如盐、糖。

2、控制多种物料相近的粒度，防止各种粉料混合后再产生离析现象（自动分级），如调味粉、代乳粉、饮料粉、饲料等。3、增大比表面积，扩大食物与消化液的接触面积，提高食物的消化吸收率。一、目的

4、进行选择性粉碎，以便对原料颗粒内的成分进行分离，例如玉米脱坯，小麦提粉，碾米等。5、减小体型，便于加快干燥脱水速度。6、破坏细胞壁结构，便于胞内产物排出。7、便于充填、包装。物料粉碎的基本方法包括压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎等形式。二、基本方法及适用性

1、挤压

物料置于两个粉碎面之间，施加压力后物料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎。得到的破碎料粒度不匀，但操作过程的功耗低、噪音小。适用于淀粉含量高的坚硬脆性物料，可作为粗粉碎工序使用；对于韧性或塑性物料，通过控制轧距，可制取部分断裂的片状产品（如麦片）。常见挤压机械如齿辊式挤压破碎机、光棍式挤压破碎机和对辊式压片机。适用：大块物料、干脆性物料。韧性和塑性物料则可能产生片状物料。如麦片、米片、油料轧片。2、剪切

利用中低速的利刃压入、高速利刃切入或小间隙低速相对运动的两钝刃剪切使物料断裂。所得到的碎段的尺寸均匀，断面整齐，操作过程的噪音低。适用：纤维性或含水量较高的韧性或低强度脆性物料，如果蔬、肌肉。物料在瞬间受到外来的冲击力时，受到时间极短的变载荷，物料被击碎，也有利用物料自身高速相对运动而碰撞粉碎。所得到的破碎料粒径分布宽，作业设备的空载功耗大，结构简单，通用性好，适用于淀粉含量高的脆性物料，如各种谷物。如锤片式粉碎机、气流粉碎机、超音速喷射粉碎机。3、冲击破碎4、研磨

物料与运动表面之间受一定的压力和剪切力作用，当剪应力达到物料的剪切强度极限时，物料就被粉碎。作用柔和，但摩擦热高，粒度不匀，适用于韧性物料。5、劈裂

用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时，物料沿压力作用线的方向劈裂，这是由于劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限。适用：多用于脆性物料的破碎。

6、折断(Crook)

被粉碎的物料相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁，当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时而被折断。适用于长度尺寸较大或厚度尺寸较小的脆性物料，一般仅用于粗破碎工序。适用：大块的长或薄的脆性物料，粉碎度较低。

7、锯切

利用齿形利刃在一定压力作用下的中低速运动使物料逐层断开而破碎，适用于含水量较高的纤维性物料、高韧性物料或高强度物料的截断。在实际应用中，一种机械可采用某一方式，也可采用几种方式的组合。根据原料及产品要求正确选择破碎方法及设备是生产实践中需要解决的重要问题。三、常见食品物料尺度的表示及其测定方法（一）食品物料尺寸的表示方法（二）粉料测定方法（三）粉碎的级别块状产品为三维尺寸（长×宽×高）；片状产品为厚度；粉料类为颗粒个体直径或所通过筛孔规格（目数）；浆料类为过网规格（目数）；茎秆、叶类碎段为碎段长度。（一）食品物料尺寸的表示方法英制：每英寸筛面长度上具有的筛孔数量；公制：每30mm筛面长度上具有的筛孔数量。目数越大，筛孔尺寸越小。1、显微镜法：直接使用显微镜（光学和电子显微镜）测量粉粒的二维尺寸。对于球度较好的颗粒，此法直接、全面、准确，但费时；其测定结果可作为其他测定方法的标定基准。（二）粉料测定方法显微镜结合计算机和数模转换技术，可直接进行图像分析，大大减少了工作量，缩短了测量时间。一般粒度小于0.074mm，即200目的粉碎物采用此法；显微图像分析仪2、筛分法：即根据标准方法，从标准筛中选出若干级，测定粉料的粒度分布，并计算出特征粒径（如个数平均径、长度平均径、面积平均径、体积平均径等）。此法操作简单，测定条件要求低，具有较强的实用性，应用广泛，适用于分散性较好的粉体，多用于细粉和粗粉。丝网筛３、沉降法：是通过测定粉粒在重力场或离心力场的空气、液体中沉降速度间接测定粒径。重力沉降电沉积筛离心沉降４、透过法：通过测定流体（多用空气）流过一定厚度料层时的透过性来检测细粉的比表面积或粉粒间所形成空隙，从而间接测量粒径，其结果与粉粒表面质量无关。透过法５、吸附法：通过测定粉粒表面吸附断面积已知的吸附剂分子的量，来计算出粉粒的比表面积，从而间接测量粒径，其检测结果受粉粒表面质量的影响。６、激光衍射法：这种方法为一种快速检测技术，是微电子技术的直接产物。当激光照射到球形粒子表面时将发生散射，其散射角与粒子直径有关，粒子越小，散射角越大，通过测量散射角的大小，间接测量粒径。当采用波长与粒径接近的激光测定时，可进行动态测定。因不同成分粒子的折光系数不同，故仅适用于成分单一的物料粒径的测定。激光粒度仪

粒度分析的一般方法方法条件技术和仪器

1．显微镜法干或湿光学显微镜干扫描电子显微镜、自动图像分析仪

2．筛分法干或湿编织筛和蚀刻筛湿自动筛

3．沉降法于／重力沉降微粒沉降仪湿／重力沉降沉降管、沉降天平、密度差光学沉降仪

4．感应区法湿电阻变化技术湿或干光散射、光衍射等

5．x-射线法干吸收技术、低角散射等

6．表面积方法干

BET法、重量变化、热导率变化等湿脂肪酸吸收、同位素、溶解热等

7．其它方法干和湿全息照相、超声波衰减法等根据粉碎的粒度大小，可以将粉碎分成如下7个级别：粗破碎物料被粉碎到200－100mm中破碎物料被粉碎到70－20mm细破碎物料被粉碎到10－5mm（三）粉料的级别粗粉碎物料被粉碎到5－0.7mm。细粉碎将物料中的90%以上粉碎到能通过200目（mesh）的标准筛网。微粉碎将物料中的90%以上粉碎到能通过325目（mesh）的标准筛网。超微粉碎将全部物料粉碎到微米级的粒度。（三）粉料的级别粉碎比

在粉碎过程中，粉碎前后物料直径之比，它表明物料粉碎前后物料粒度的变化程度。由于粉碎前后物料粒度大小不均，一般用其最大粒径或平均粒径之比表示。

破碎机的平均粉碎比为3－30

粉磨机的平均粉碎比为300－1000

选择粉碎机械的要求（1）经粉碎后的物料，颗粒大小要均匀（2）已被粉碎的物料，要能立即从轧压部位排出（3）尽可能实现操作自动化，例如能不断地自动卸料等（4）可以调节和控制粉碎度。（5）维修方便，易损件更换简单。（6）设有安全装置，发生故障时能自动停车。（7）节能，即每单位产量所消耗的能源要尽最小。

一切割原理二切割器的基本类型与刀片性能分析三生产中常见刀片结构形式四典型切割机械第二节切割机械在进行切割时，在切割平面内的切割方向上刀片与物料之间必须保持一定的相对运动，才能完成切入直至切断。

一、切割原理

（一）切割原理

在任何切碎机上，刀片都是主要的工作部件。刀片有动刀片和定刀片之分；对于有支承的切碎必须有动、定刀片以构成切割副，如切莱机和切肉机等。对于无支承的切碎，如削皮机，只有动刀片，没有定刀片。动刀片和定刀片等组成的部件称为切碎器。对切碎器的要求刀片安装时应满足下列两方面的要求：1．钳住物料，保证切割2．切割功率要小（1）产生滑切（2）切割阻力矩均匀2．切割功率要小

切割功率消耗与刀片的切割方式能否产生滑切，单位刃口长度上承受压力大小（刃口比压）以及刀片的特性系数等因素有关。若要切割功耗小，必须满足下列条件：(1)产生滑切切割速度V可分解为垂直刃口的法向速度Vn和沿刃口的切向速度Vτ

。Vn称为正切速度,Vτ称为滑切速度。V和Vn的夹角τ称为滑切角。τ角越大，滑切作用越大。刀刃滑切作用的大小，可用Vτ和Vn的比值来表示：

ｔｇτ称为滑切系数，滑切系数取决于动刀片自身刃口形状、动刀片安装位置及切割过程中物料在切割平面上的运动。砍切：当τ

＝０时的切割形式称为砍切或正切，此时没有滑切速度，只有砍切速度。切割阻力大，切割过程中物料变形较大，物料汁液流失较多。斜切：当0<τ

<φ（φ为刀片与物料间的摩擦角）

时，称为斜切。物体与刀刃间没有相对滑动，在正压力下切割物体，需用动力较大。

虽未形成滑切，仍较为省力，有时为使切割过程阻力均匀，采用斜置刃口逐渐完成对于整个切割断面的切割而形成斜切。滑切：当τ

≥φ时，形成滑动切割，微观上呈

锯切割，刀刃既对物体施加正压力，又沿着物体滑切，其切割阻力减小。滑切比砍切（正切）省力，这是一种物理现象。切割过程中物料变形较小，所得片状物料的厚度较为均匀，且失水较少。滑切系数越大，滑切作用越强，切割越省力。（2）切割阻力矩均匀

切刀工作时，不但要求耗用动力少，而且要求从切割开始，直到切割终了的切割阻力矩基本相同，以保持切碎机能够平稳地工作。

（二）钳住条件钳住角：动刀片刃口切割点处刃口线与定刀片

（或另一动刀片）刃口线间的夹角，

为结构参数，与刀片位置有关。钳住角应小于某一值，否则在切割过程中将会形成推料及挤压物料，造成集中切割，阻力大，刀片磨损不均匀，而且所得物料切口质量较差。实际设计中，为改善钳住性能，所采取的措施包括：采用适当的动刀刃口线形状、动刀刃口结构（如齿刀）及动定刀配置。为什么滑切省力？1.滑切时，实际参与切割的刃口角小于切刀的实际刃口角。2.滑切时，刃口上微小的锯齿将起到切断植物纤维的作用。3.砍切时，茎杆只受到压应力，而滑切时，物料既受压应力，又受张应力。而这类物料的切碎，张应力远小于压应力。但是，省力不一定省功。滑切使切割行程增大。切割器是指直接完成切割作业的部件，是切割机械的核心。切割器的类型及结构直接影响着切割机械的功能及整体性能。切割器一般可按切割方式和结构形式划分。

二、切割器的基本类型与刀片性能分析

（一）按切割方式切割器分为有支撑切割器无支撑切割器即在切割点附近有支撑面，切割物料起阻止物料沿刀片刃口运动方向移动的作用。这种切割器在结构上表现为由动刀和定刀（或另一动刀）构成切割副。（一）按切割方式切割器分为有支撑切割器无支撑切割器为保证整齐稳定的切割断面质量，要求动刀与定刀之间在切割点处的刀片间隙尽可能小且均匀一致。这种切割器所需刀片切割速度较低，碎段尺寸均匀、稳定，动力消耗小，多用于切片、段、丝等要求形状及尺寸稳定一致的场合。（一）按切割方式切割器分为有支撑切割器无支撑切割器指物料在被切割时，由物料自身的惯性和变形力阻止其沿切割方向移动。（一）按切割方式切割器分为有支撑切割器无支撑切割器这种切割器仅包含有一个（组）动刀，而无定刀（或另一动刀）。所需刀片切割速度高，碎段尺寸不均匀，动力消耗多，多用于碎块、浆、糜等形状及尺寸一致性要求不高的场合。（二）按结构形式，切割器分为按结构形式盘刀式滚刀式组合刀式直刃口凹刃口凸刃口螺旋刃口直刃口（二）按结构形式，切割器分为盘刀式组合刀式动刀刃口工作时所形成的轨迹近似为圆盘形，即刃口所在平（曲）面近似垂直回转轴线，所得到的产品断面为平面，是应用广泛的一种切割器。此种切割器便于布置，切割性能好，易于切制出几何形状规则的片状、块状产品。滚刀式（二）按结构形式，切割器分为盘刀式组合刀式切制出产品尺寸（如切片厚度）：当物料喂入进给方向与动刀主轴方向垂直时，取决于相邻刀片间距；当物料喂入进给方向与动刀主轴方向平行时，取决于相邻两次切割过程中物料进给量。滚刀式切碎机（盘刀式）（二）按结构形式，切割器分为盘刀式组合刀式滚刀式直刃口凸刃口凹刃口螺旋刃口直刃口随着切割点由近而远，滑切角减小，参与切割的刃口增长，因而切割阻力矩变化幅度大；同时近端钳住角较大，但制造、刃磨容易。（二）按结构形式，切割器分为盘刀式组合刀式滚刀式直刃口凸刃口凹刃口螺旋刃口直刃口有偏心圆和螺线，随切割点渐远，滑切角增大，切割阻力矩较稳定但远端钳住角较大，将形成推料，使刀片刃口磨损不均匀；但不便于刃磨，常需要配置专用刃磨架，对于连续进给场合的刀片间隙调整困难。常见的圆盘刀也属于凸刃口，一般速度较高，滑切作用强烈，切割断面质量好，尤其适合于刚性较差的物料切片。（二）按结构形式，切割器分为盘刀式组合刀式滚刀式直刃口凸刃口凹刃口螺旋刃口直刃口与凸刃口相比，其钳住性能好，切