Процес здрібнювання у вальцьових верстатах

Здрібнювання зерна і проміжних продуктів у вальцьових верстатах здійснюється в клиноподібному просторі, утвореному циліндричними поверхнями двох рівнобіжних вальців, що обертаються назустріч один одному з різними швидкостями. Руйнування зерен відбувається в результаті поєднання деформацій стиску і зсуву. Причому перевага того чи іншого типу деформації залежить від відношення швидкостей вальців і взаємного розташування несиметричних рифлів на поверхні вальців.

Ефективність роботи вальцьових верстатів визначається оптимальним сполученням трьох основних показників: ступенем здрібнювання зерна чи його часток, продуктивністю кожної пари вальців і питомою витратою електроенергії.

Ступінь здрібнювання характеризується зменшенням крупності часток і оцінюється коефіцієнтом вилучення. Коефіцієнт вилучення (%) визначають просіюванням наважки продукту масою 100 г на ситах певного номера до і після вальцьового верстата і розраховують за формулою

,

де а – кількість проходової фракції в продукті до вальцьового верстату (недосів), г;

с – кількість проходової фракції в продукті після вальцьового верстату, г.

Продуктивність пари вальців залежить від їхньої довжини, зазору між ними, швидкості проходження продукту, що подрібнюється, і його об'ємної маси, а також від ступеня використання зони здрібнювання. Продуктивність половини вальцьового верстату теоретично визначається слідуючою формулою:

,

де b – зазор між вальцями, мм; L – довжина вальця, мм; υ_пр – умовна середня швидкість продукту в зоні здрібнювання; , м/с (υ_шв і υ_пов – відповідно швидкість вальця, що швидко і повільно обертається); γ – об’ємна маса здрібненого продукту, кг/м³; ψ – коефіцієнт заповнення зони здрібнення.

Зазор між вальцями встановлюють у залежності від фізико-механічних властивостей продукту, що здрібнюється, і місця в технологічній схемі (процеси драний, шліфувальний і розмельний). Він коливається в порівняно широких межах від 0,05 до 1,00 мм. Так, наприклад, на I драній системі номінальний зазор між приваленими необертаючими вальцями повинен бути 0,8...1,0 мм; на II драній - 0,6...0,8; на III драній крупній - 0,4...0,6; на III драній дрібний - 0,2...0,4; на IV драній - 0,2...0,3; на розмельних системах з рифленими вальцями - 0,1...0,2 мм, а на інших розмельних системах - 0,05 мм.

Враховуючи, що питоме навантаження на вальці всіх технологічних схем нормується правилами, для визначення фактичної продуктивності (кг/г) пари вальців користуються формулою:

,

де q – питоме навантаження на одиницю довжини розмельної лінії, кг/(см×год); L – довжина вальця, см.

Наприклад, питоме навантаження на I драну систему складає 32...35 кг/(см×год), а на II розмельну - 7...8 кг/(см×год).

Для розрахунку обладнання і загальної характеристики процесу здрібнювання на вальцьових верстатах вводиться нормативний показник середнього питомого навантаження, що визначають відношенням добової продуктивності розмельного відділення борошномельного заводу до загальної довжини розмельної лінії. Для вальцьових верстатів А1-БЗН це навантаження складає 70...75 кг/(см×добу).

Витрата електроенергії не може бути визначена аналітично, але встановлені певні практичні нормативи питомої витрати електроенергії на 1 т готової продукції в цілому по заводу.

На основні показники ефективності вальцьового верстату впливають відношення колових швидкостей вальців (диференціал), стан поверхні, точність зазору по довжині вальців. Збільшення колових швидкостей вальців при постійному диференціалі значно підвищує продуктивність, трохи збільшує витрати енергії і практично не впливає на гранулометричний склад здрібненого продукту. Колова швидкість швидкохідних рифлених вальців (при номінальному діаметрі 250 мм) складає 5,5...6,0 м/с, а мікрошорсткуватих - 5,2...5,4 м/с.

Істотний вплив на продуктивність і характер здрібнювання має диференціал. При збільшенні диференціала переважає руйнування часток за рахунок деформації зсуву, при зменшенні — зростає роль деформації стиску.

Для вальцьових верстатів А1-БЗН на драних системах встановлений диференціал 2,5, а на розмельних — 1,25.

Великий вплив на якість і продуктивність вальцьового верстату має не тільки величина зазору, але й постійність його розміру по всій довжині вальців. Правильну циліндричну форму вальців забезпечують при шліфуванні на спеціальних шліфувально-рифлених верстатах. На постійність величини зазору може мати вплив стан підшипників, пружин-амортизаторів і шарнірних з'єднань.

На якість здрібнювання негативно впливає радіальне биття вальців, що може бути наслідком неправильної геометричної форми, відхилень при запресуванні півосей, дефектів лиття, що викликають дебаланс. Чим раніше радіальне биття вальців, тим стабільніший зазор, вища якість розмелу, більша зносостійкість вальців. Тому технологія обробки вальців обов'язково включає їх динамічне балансування на спеціальному верстаті. Радіальне биття вальців у верстатах А1-БЗН не перевищує 0,02 мм.

Важливою умовою виконання всіх послідовних технологічних етапів здрібнювання зерна є забезпечення заданих параметрів рифленої і мікрошорсткуватої поверхонь вальців, які для кожної технологічної системи рекомендовані правилами і враховані у формі виконання вальцьових верстатів. Рифлі нарізають на шліфувально-рифленому верстаті, а мікрошорсткувату поверхню наносять струменем стиснутого повітря з абразивного матеріалу на верстаті зі спеціальним піскоструйним пристроєм.