粉碎机原理及类型介绍

粉碎机可以根据成品粒度分为普通粉碎机（成品粒度≤80目）、微粉碎机（80%成品粒度≥80目）和超微粉碎机（成品平均粒度≥200目）。从粉碎作用形式看，最常用的粉碎机包括冲击式和研磨式粉碎机等。

一、冲击式粉碎机

冲击式粉碎机按冲击力产生的方式可分为机械式和气流式两类。机械冲击式粉碎机依靠高速旋转的棒或锤等部件的冲击或打击作用，使颗粒粉碎；气流式粉碎机利用高速空气或过热蒸汽流，使颗粒加速产生相互冲击、碰撞或与器壁发生冲击碰撞作用而被粉碎。

（一）机械冲击式粉碎机

这类粉碎机主要有锤击式和盘击式两种类型。与其他形式粉碎机相比，机械冲击式粉碎机具有单位功率粉碎能力大，粉碎粒度易于调节，应用范围广，占地面积小，易实现连续化闭路粉碎等优点。但是，由于部件的高速旋转及与颗粒的冲击或碰撞作用，不可避免地会产生磨损问题，因而不适宜用来处理硬度太大的物料。

1.锤击式粉碎机

锤击式粉碎机利用高速旋转的锤头或锤片产生的作用力使物料粉碎，既适用于脆性物料粉碎，也可用于部分韧性物料甚至纤维性物料的粉碎，所以常被称为万能粉碎机。

锤击式粉碎机按进料方式可以分为切向喂入式、轴向喂入式和径向喂入式三种。其结构如图5-1所示，主要由进料斗、转子、销连在转子上的锤片、筛板及机壳等组成，其中，锤片和筛板（筛网）为主要工作元件。

图5-1 锤击式粉碎机的型式

锤片是锤击式粉碎机的主要易损件，一般寿命为200～500h。锤片的形状很多，其基本类型如图5-2所示，其中以图5-2（1）所示的矩形锤片使用最多。为了提高锤片的粉碎能力或耐磨性，一般要对锤片进行适当的热处理，或将锤片做成适当的形状，或在工作部位使用耐磨合金材料。

图5-2 锤片的种类和形状

（1）矩形（2）～（4）焊耐磨合金（5）阶梯形（6）多尖角（7）尖角（8）环形（9）复合钢矩形

筛板材料通常为冷轧钢板。筛板对转子的包角α随进料方式不同而异，切向喂入式粉碎机的α≤180°，轴向喂入式的α=360°径向喂入式的α＜360°。物料粉碎的粒度取决于筛板孔径的大小。

锤击式粉碎机的工作过程为：物料从进料口进入粉碎室后，便受到随转子高速回转的锤片打击，进而飞向固定在机体上的筛板而发生碰撞。落入筛面与锤片之间的物料则受到强烈的冲击、挤压和摩擦作用，逐渐被粉碎。当粉粒体的粒径小于筛孔直径时便被排出粉碎室，较大碎粒继续粉碎，直至全部排出机外。

锤击式粉碎机具有构造简单、用途广泛、生产率高、易于控制产品粒度、无空转损伤等优点。但粉碎过程基本上没有选择性，粉碎粒度不能严格控制。

锤击式粉碎机在食品工业中的应用十分广泛。许多食品原料及其中间产品（例如，薯干、玉米、大豆、咖啡、可可、蔗糖、大米、麦类以及各种饲料等）的加工过程均可使用锤击式粉碎机。

2.盘击式粉碎机

盘击式粉碎机也称为齿爪式粉碎机，其基本结构形式如图5-3所示，工作元件由两个互相靠近的圆盘组成，每个圆盘上有很多依同心圆排列的指爪。而且一个圆盘上的每层指爪伸入到另一圆盘的两层指爪之间。盘击式粉碎机一般沿整个机壳周边安装有筛网。

盘击式粉碎机的工作原理与锤击式粉碎机有相似之处。从轴向进入的物料在两个运动的圆盘间，受到盘间旋转指爪的冲击、分割或拉碎作用而得到粉碎。

盘击式粉碎机有多种形式，不同形式机型的差异主要表现在指爪的形状、在盘上的排列，以及两盘转动方式等方面。指爪形式有短、长圆柱状，还有的类似于刀齿。有的盘击式粉碎机的内层指爪形状及其相互距离与外层的不同，目的是为了使物料因离心力作用在向外周移动过程中产生逐级粉碎的作用。一般齿爪式粉碎机的两个圆盘，一个盘转动（图5-3），另一盘固定。

为了获得更大的相对速度，也可以使两个盘同时相向转动。图5-4所示为一种两个盘相向转动的盘击式粉碎机，常称为鼠笼式碎解机。除两个转动盘以外，其主要结构特点还体现在，每个转动件有一圈同心指爪，一侧固定在金属板，另一侧固定在圆环上，呈笼状。两个转动件转动方向相反，相对速度约60m/s。这种设备具有强烈的撕碎作用，较适于韧性较强的纤维质食品的粉碎。

图5-3 齿爪式粉碎机

图5-4 鼠笼式碎解机

盘击式粉碎机的特点：粉碎作用强度高，产品粒度小且均匀，适用于谷物的粉碎，但作业噪声较大，物料温升较高，产品中含铁量较大。因磨齿与磨盘间为刚性连接，过载能力差，使用时必须对进料进行除铁处理，避免金属异物进入粉碎室，造成设备的损坏。

（二）气流式粉碎机

气流式粉碎机是比较成熟的超微粉碎设备。它利用压缩空气、过热蒸汽或其他工作气体由喷嘴喷射出的高能气流，使物料颗粒在悬浮输送状态下相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦等作用，再加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使物料得到充分研磨而成超微粒子。

由于压缩空气在粉碎室内膨胀时产生的冷效应，能与粉碎时产生的热效应相互抵消，因此对于熔点大多较低或不耐热的食品物料，通常使用空气作为工作气体。

气流粉碎机的特点：①能获得50μm以下粒度的粉体；②粗细粉粒可自动分级，且产品粒度分布较窄；③由于喷嘴处气体膨胀而造成较低温度，加之大量气流导入产生的快速散热作用，因而适用于低熔点和热敏性材料的粉碎；④由于主要采用物料自磨原理，所以产品不易受金属或其他粉碎介质的污染；⑤可以实现不同形式的联合作业，例如，用热压缩空气实现粉碎和干燥联合作业，在粉碎的同时可与别的外加粉体或溶液进行混合等；⑥可在无菌情况下操作；⑦结构紧凑，构造简单，没有传动件，故磨损低，可节约大量金属材料，维修也较方便。

气流粉碎机有不同形式，常见的有立式环形喷射式、对冲式和超音速气流喷射式粉碎机等。

1.立式环形喷射气流粉碎机

如图5-5所示，该机主要由立式环形粉碎室、分级器和文丘里加料器等组成。

其工作过程：从若干个喷嘴喷出的高速压缩空气流将喂入的物料加速并形成紊流状，致使物料在粉碎室中相互高速冲撞、摩擦而得到粉碎。粉碎后的粉粒体随气流经环形轨道上升，由于环形轨道的离心力作用，使粗粉粒靠向轨道外侧运动，细粉粒则被挤往内侧。回转至分级器入口处时，由于内吸气流旋涡的作用，细粉粒被吸入分级器中分离而排出机外，粗粉粒则继续沿环形轨道外侧远离分级器入口处通过而被送回粉碎室中，再度与新输入物料一起进行粉碎。

图5-5 立式环形喷射气流粉碎机

2.对冲式气流粉碎机

这种粉碎机的构成如图5-6所示，主要工作部件有冲击室、分级室、喷管、喷嘴等。

对冲式气流粉碎机的工作过程为：左右两喷嘴同时向冲击室喷射高压气流。其中左喷嘴喷出的高压气流将料斗中的物料逐渐吸入，送入左喷管，物料在此得到加速。加速后的物料一进入冲击室，便受到右喷嘴喷射来的高速气流阻止，物料犹如冲击在粉碎板上而破碎。粉碎后转而随气流经上导管进入分级室后作回转运动。在分级室中，因离心力的作用而分级，细粉粒所受离心力较小，处于中央而从排出口被排出机外；粗粉粒较大，沿分级室周壁运行至下导管入口处，并经下导管送至右喷嘴前，被喷嘴的高速气流送至右喷管中加速后进入冲击室，与对面新输入的物粒相互碰撞、摩擦而再次粉碎，如此循环达到粉碎目的。

3.超音速气流喷射式粉碎机

图5-7为该机结构原理图，粉碎室周壁上安装有喷嘴，物料经料斗入机后，先与压缩空气混合形成气固混合流，之后以超音速由喷嘴喷入粉碎室，使物料在粉碎室内发生强烈的对冲冲击、碰撞、摩擦等作用而被粉碎。其粒度可达1μm的超微粉。粉碎机内设有粒度分级机构，微粒排出后，粗粒返回粉碎室内继续粉碎。(www.xing528.com)

图5-6 对冲式气流粉碎机

图5-7 超音速气流喷射式粉碎机

二、转辊式粉碎机

转辊式粉碎机利用转动的辊子产生摩擦、挤压或剪切等作用力，达到粉碎物料的目的。根据物料与转辊的相对位置，转辊式粉碎机可分为盘磨机和辊磨机两类专用设备。

（一）盘磨机

盘磨机的工作主体是辊子和圆盘，辊子与圆盘的相对快速旋转使圆盘中的物料粉碎。根据圆盘是否转动分为圆盘固定式和圆盘转动式两种。根据辊子施力方式的不同可分为悬辊式和弹簧辊式两种。食品工业常用的碾辊盘磨机如图5-8所示，由两个碾辊和一个磨盘组成。当碾绕着立轴和其本身的横轴转动时，物料就在碾辊与磨盘之间受挤压和研磨力作用而被碾碎。

（二）辊式磨粉机

辊式磨粉机是食品工业广泛使用的粉碎机械，它是用小麦制造面粉的关键设备，其他方面应用这类粉碎机的场合包括：啤酒麦芽粉碎、油料轧坯、巧克力精磨、糖粉加工、麦片和米片加工等。

辊式磨粉机的主要工作机构是磨辊，一般有一对或两对磨辊，分别称为单式和复式辊式磨粉机。在复式磨粉机中，每一对磨辊组成一个独立的工作单元。

图5-8 碾辊盘磨机

图5-9所示为复式对辊式磨粉机的外形和结构。这种磨粉机主要由六个部分组成：磨辊、喂料机构、轧距调节机构、传动机械、磨辊清理装置和吸风管等。

图5-9 复式对辊式磨粉机

磨辊是辊式磨粉机的主要工作部件。物料从两磨辊间通过时，受到磨辊的研磨作用而被破碎。磨辊在单式磨粉机内呈水平排列，在复式磨粉机内，有水平排列的（如美国的磨粉机），也有倾斜排列的（如欧洲和我国使用的大、中型磨粉机）。

传动部分主要给磨辊提供工作动力，使两磨辊作相对方向的转动，其中一个为快辊，另一个为慢辊。因为以同一速度相向旋转的磨辊对小麦只能起到轧扁、挤压作用，得不到良好的研磨效果；只有当两磨辊以不同速度相向旋转时，才能对小麦起到研磨作用。传动部分的作用就在于保证磨辊按照一定的速度转动，而且快慢辊之间要保持一定的转速比。

轧距调节机构是用来调节两磨辊距离（轧距）的机构。缺少这一机构，磨粉机就不能与各种粒度的研磨物相适应，也不能根据工艺要求随时改变磨粉机的研磨强度。改变两辊间的轧距以达到一定的研磨效果，是轧距调节机构的主要作用。

喂料机构设在磨辊的上方，由储料筒、料斗、喂料辊及喂料活门等组成。喂料辊有两个，一个为定量辊，一个为分流辊。定量辊直径较大而转速较慢，主要起拨料及向两端分散物料的作用，并通过扇形活门形成的间隙完成喂料定量控制。分流喂料辊直径较小，转速较高，其表面线速度为定量辊的3～4倍，其作用是将物料呈薄层状抛掷于磨辊研磨区。

磨辊的清理机构用于清除其所黏附的粉层，保证其运转平稳。清理磨辊粉层常用刷帚或刮刀，它们一般安装在磨辊的下方。刷帚以鹅翎或猪鬃、鬃毛制成，用弹簧压紧在辊面上用以清理齿辊表面。刮刀用于清理光辊表面，它安装在铰支的杠杆上，靠配重压在辊面上，当磨粉机停车时有一金属链将配重拉起，刮刀离开辊面以避免辊和刀接触处的磨蚀。

磨粉机的吸风管口与吸风装置通过管道联接。吸风有三个作用：①吸去磨辊工作时产生的热量和水蒸气，降低磨下物的温度，提高研磨物料的筛理性能；②冷却磨辊、降低料温；③避免磨粉机内粉尘向外飞扬。需要指出的是，如果研磨后的物料采用气力输送，则将气力输送系统提升管通过溜管与磨粉机出料口相接，可产生吸风作用，所以不需再单独安装吸风管。

各种型式磨粉机具体的结构形式会有所变化，操作方法和精密程度也会有所不同，但以上六部分结构的作用是不可缺少的。

三、磨介式粉碎机

磨介式粉碎机是一类研磨粉碎机，它们借助于处于运动状态、具有一定形状和尺寸的研磨介质所产生的冲击、摩擦、剪切、研磨等作用力使物料颗粒破碎。

这类粉碎机的主要部件是同时装载研磨介质和被粉碎物料的运动或固定容器。磨介式粉碎机可以根据驱动研磨介质运动的方式，分为滚筒式、振动式和搅拌式三类。

图5-10 球磨机工作原理

滚筒磨介式粉碎机包括球磨机和棒磨机，两者分别采用球状和棒状研磨介质，均装在能够绕轴转动的圆筒内。工作原理如图5-10所示，当筒体转动时，磨介随筒壁上升至一定高度后，开始泻落下滑或呈抛物线抛落。物料受到磨介的冲击、研磨而逐渐粉碎。这类研磨机可对干固物料进行干法研磨，也可对液体物料进行湿法研磨。粉碎效果受磨介尺寸、形状、配比及运动形式、物料充满系数，以及原料粒度的影响。

滚筒磨介式粉碎机在历史上出现较早，主要用于采矿、建材等行业，食品行业中应用很少。一般来说，使用的磨介尺寸越小，粉碎得到的最终成品平均粒度也越小。但磨介尺寸的减小有一定限度，当磨介小到一定程度时，由于相对较大的液体浆料黏着力的作用，会使磨介失去相对于浆料的翻动作用，从而失去对于浆料的研磨作用。

利用振动力或搅拌力，则可以使较小磨介仍然能够在浆料内部运动，因此可以进行更有效的研磨作用，下面介绍的振动磨和搅拌磨正是因此而出现的磨介式粉碎机。

振动磨是带振动源装置的磨介式粉碎机。如图5-11所示为一种振动式球磨机的结构，其研磨容器与振子联在一起，机架下方为减振器。电机驱动的振子振动频率范围为1000～1500Hz，振幅范围为3～20mm。振动磨的原理是：振动装置使球磨筒体产生振动，从而使筒内的磨介（球或棒）也以相同频率振动，这种磨介振动产生的冲击、摩擦和剪切作用力，可实现对物料颗粒的超微粉碎，同时还能起到混合分散的作用。

图5-11 振动磨结构

振动磨的特点是：采用小尺寸磨介，研磨效率比滚筒式高数倍至十几倍；成品粒度小，平均粒径可达2～3μm；充填系数大（60%～80%），生产能力强，约为滚筒式的10倍；可封闭式作业，操作环境好；但噪声大，对机械结构强度要求高。振动磨在干法和湿法状态下均可工作。

搅拌磨也是在球磨机基础上发展起来的，它增添的搅拌机构，使磨介与物料产生翻动，成为搅拌磨的主要特征。搅拌磨的筒体（容器）不转动，既可用于湿法粉碎也可用于干法粉碎，但多用于湿法超微粉碎。

图5-12 搅拌磨设备工作原理

搅拌磨的主体如图5-12所示，由搅拌器（也称为分散器）、带冷却夹套的容器和装在容器内的磨介等构成。搅拌磨超微粉碎原理是，研磨介质与被研磨物（通常为浆料）混合在一起，装在容器内，在分散器高速旋转产生的离心力作用下，研磨介质和液体浆料颗粒冲向容器内壁，产生强烈的剪切、摩擦冲击和挤压等作用力（主要是剪切力）将浆料颗粒粉碎。达到研磨要求后，通过适当手段将被研磨浆料与研磨介质分离。

搅拌磨能满足成品粒子的超微化、均匀化要求，成品的平均粒度最小可达到微米级。实际应用的搅拌磨，外围设备包括（用于磨介与研磨料分离的）分离器和输料泵等。

搅拌磨常用球形磨介，可用于食品的磨介材料有玻璃珠、钢珠、氧化铝珠等，由于最初使用的是天然玻璃砂，故搅拌磨又经常称为砂磨机。

研磨介质粒径要根据成品粒径要求进行选择。成品粒径一般与研磨介质粒径成正比。磨介的粒径必须大于浆料原始平均颗粒粒径的10倍。要求得到粒度小于1～5μm和5～25μm的成品时，可分别选用粒度范围在0.6～1.5mm和2～3mm的磨介。但应注意，磨介过小反而会影响研磨效率。如果对成品粒径要求不高时，使用较大的研磨介质，可以缩短研磨时间并提高成品产量。

振动式和搅拌式磨介式粉碎机在食品工业超微粉碎方面有一定应用潜力。