第一节 切丝机
切丝机大体分为三种类型，即平盘式、转鼓式和离心式。三种类型切丝机的工作原理都是利用甜菜和切丝刀片的相对运动将甜菜切成菜丝。
一、切丝机的结构
（一）平盘式切丝机
平盘式切丝机通过装有切丝刀片的刀盘转动将进入楔形压菜槽内的甜菜挤压切成菜丝。如图2-1所示，主要由壳体、刀盘和传动系统组成。
壳体分为上、中、下三部分。上部为圆柱形筒体，由钢板卷制而成。上壳体的主要作用是贮存一定量的甜菜，在壳体内形成一定高度的菜柱。平盘式切丝机，刀盘以上菜柱高度要求保持在1.5m以上，避免刀盘上的甜菜跳动，同时对均衡供菜起到一定的缓冲作用。中部为钢铁圆筒铸体，下部为锥筒铸体，刀盘转动立轴的径向定位与轴向承载的轴承支架分别与中下部壳体固定连接。减速器防护帽位于壳体中央，固定安装在径向定位轴承支架的支撑臂上。中部壳体的下部带有楔形压菜槽（图2-2），与刀盘的刀框穴上下对应，压菜槽的斜挡板与刀盘约成50°角，安装时压菜槽与刀盘的上表面间隙为5～8mm。甜菜经防护帽与壳体间的环形空间进入楔形压菜槽被挤压切丝。
在楔形压菜槽的末端装有一个弹簧盖板，切丝刀盘正常运转时盖板不会弹开，当有石块、铁件进入压菜槽后会将弹簧盖板撞开，石块或铁件自动弹出。在压菜槽的后部设有活动盖板，用于检查和更换刀片。
切丝刀盘为圆形平盘，是平盘式切丝机的核心部件（图2-3），安装位置在中、下部壳体之间。刀盘制作通常采用铸钢或铸铁整体铸成，厚度为25～35mm，盘心开有棱锥形轴孔，在靠近外围的盘面上等分布、同心铣出偶数长方形刀框穴，工作时装有切丝刀片的刀框置于刀框穴之内。切丝刀盘的直径和刀框穴的数量由额定生产能力决定，不同规格的平盘式切丝机的刀盘直径在1300～2800mm，刀穴4～32个。切丝刀盘制作的基本要求是盘面光滑耐磨损，盘面上凹点的深度在0.5mm以内；厚度均匀，质量均布，动平衡平稳。当刀盘磨损到一定程度时要进行抛光、铣穴，磨减到一定厚度后要换掉。切丝刀片工作一定时间后要及时进行更换，换刀时打开楔形压菜槽后端的活动盖板，将刀盘内的刀框钩出，将重新装好刀片的刀框放入。
图2-1 平盘式切丝机
图2-2 楔形压菜槽
图2-3 盘式切丝机刀盘
平盘式切丝机的传动系统主要由电动机和减速器组成。电动机通常为两台，按其功能分为主、副电动机。主电动机驱动切丝机刀盘正常运转，副电动机在换刀时驱动刀盘缓慢运行。主电动机通常为变频电动机，可根据接收到的进入切丝工序甜菜量的计量信息（或者根据检测到的切丝机贮菜筒内的菜位信息）和渗出器进料口菜位检测信息，在切丝刀片处于正常切削速度范围内调整转速。平盘式切丝机的减速器为一组相互垂直安装、啮合传动的伞形齿轮，位于刀盘上方，由防护帽罩遮盖。主动伞形齿轮与横向主动轴定位安装在一起，由电动机带动运转。转动立轴从刀盘中心轴孔的背面定位穿出由紧固螺栓将立轴与刀盘固定在一起，转动立轴的上端与减速器的从动伞形齿轮紧固连接。
平盘式切丝机的换刀工作需要停机完成，所以在设备配套时应有一台备用设备。
为了提高切丝机的生产效率和菜丝质量，减少换刀次数，平盘式切丝机可配置安装转动刷刀机和压缩空气（或蒸汽）吹洗喷嘴（图2-4），来及时清除堵塞刀片的甜菜纤维和其他物质。转动刷刀机与吹洗管配合装在平盘上装有刀片的环形部位上方，可在不停机的状态下进行刷刀。转动刷刀机由转动刷和电动机组成，转动刷由电动机通过联轴器直接带动运转，电动机功率为0.735kW，转速为1400r/min，刷子直径为210mm。装在刷子上的尼龙丝直径为0.8mm，长66mm，刀盘的最大圆周速度与滚刷的圆周速度之比为1∶2。吹洗喷嘴等间距安装在直径为25mm端部封闭的气管上，喷嘴间距约为40mm，喷嘴内径为2～3mm，工作压强约为0.15MPa。
如图2-5所示为刷刀装置控制系统示意图，系统运行由时间继电器通过控制给气电磁阀的开关来完成。刷吹时转动刷电机运转，电磁阀打开，压缩空气从喷嘴喷向切丝刀盘，同时压缩空气将气缸活塞顶起，提起配重体，使滚刷压在刀盘上旋转。刷吹时间结束时电磁阀关闭，断掉气源，配重体将气缸活塞压回，同时将刷刀机提起，滚刷电机停止运转。对于两台以上同时运转的切丝机进行刷刀与吹洗时，可将每台切丝机设定的刷吹时间编入时间继电器，按时间编排顺序相继进行刷刀、吹洗，实行自动控制。在加工新鲜甜菜时刷刀和吹洗可间歇进行，时间间隔可根据具体情况而定，一般情况下1～2min刷吹一次，时间为10～20s，每台切丝机压缩空气耗量约为0.6～0.8m3/min。加工木质、枯萎、多纤维甜菜时，刷刀和吹洗应连续进行。
图2-4 刷刀装置结构示意图
1—接电动机 2—靠背轮 3—刷子 4、6—定位轴承 5、7、9、10—轴承 8、11—轴 12—气管 13—喷嘴管 14—喷嘴 15—气缸 16—配重 17—支架
图2-5 刷刀装置控制系统示意图
1—电源 2—时间继电器 3—电磁阀 4—喷嘴 5—气缸 6—刷子 7—电动机 8—配重 9—刀盘
（二）离心式切丝机
离心式切丝机如图2-6所示，主要由圆筒壳体、蜗旋体、转动立轴、传动系统和栅状闸板组成。
图2-6 离心式切丝机
1—齿轮箱 2—立轴 3—液压器通阀 4—外套筒 5—贮菜斗 6—栅状闸板 7—蜗旋体 8—刀框穴 9—液压缸 10—壳体 11—电动机
离心式切丝机的圆筒壳体分为上中下三段，上下两段为单层圆锥形钢筒，上段进菜下段排丝，中段为套筒。中段套筒的内筒为直立圆筒，在圆筒侧壁上均匀分布着4～24个竖式带有平滑沟槽的长方形刀框穴。按切丝机切丝能力，内圆筒直径为800～1700mm，高度为500～700mm。中段套筒的外筒为罩体，主要作用是收集菜丝，防止菜丝外溅。外筒中段为圆柱形，上下两端为圆锥形。在外筒的中上段与内筒刀框相对的位置设有活板门，通过活板门可观察到各组切丝刀片的切丝状况。换刀时打开活板门，通过提升切丝刀框下部的盲框将带有切丝刀片的刀框顶出；然后再将装好刀片的刀框沿滑槽自上而下装入，到达设定工作位置后将其固定。刀框的升降由可按筒体圆周行走的液压或机械升降系统配以机械手来完成，换刀操作可在不停机的状态下进行。
蜗旋体是一个带有三个蜗形叶片的蜗锥形铸体，位于直立圆筒内，蜗形叶片的端部与位于圆筒内壁上的刀片相对。蜗锥形铸体中心开有棱锥形轴孔，与转动立轴上端的棱锥形轴段紧密配合安装，轴头用螺母紧固防止上下窜动。转动立轴的中上部和下部分别由向心轴承和承载轴承定位支撑，轴的下端与从动伞齿轮定位连接。主动伞齿轮与减速器输出轴相连接，由电动机经减速器带动运转，通过伞齿轮的啮合传动带动立轴转动。立轴转速一般为100～110r/min。
在切丝机圆筒上方设有贮菜斗，甜菜由贮斗进入切丝机。在甜菜的入口处设有一对栅状闸板，闸板由液压系统控制关闭和打开。当一对闸板都关闭时，各遮住甜菜入口面积的一半，甜菜不能进入切丝机，进入切丝机内的甜菜量通过调整闸板开度来调节。当闸板打开时，甜菜进入切丝机直立圆筒中央，落到旋转蜗旋体的蜗形叶片之间被带动回转，产生的离心力使甜菜紧压在圆筒内壁的刀片上，甜菜在沿圆筒内壁回转过程中不断被切成菜丝。
（三）转鼓式切丝机
转鼓式切丝机如图2-7所示，主要由转动鼓、固定鼓、机壳和传动系统组成。
图2-7 转鼓式切丝机
1—伞齿轮组 2—甜菜推进器 3、6—轴承 4—进菜斜斗 5—外壳 7—换刀盘车 8—机轴 9—活动盖 10—除渣门 11—转鼓 12—刀框 13—刀框穴 14—楔形压菜偏心挡板
转动鼓是转鼓式切丝机的核心构件，由轮圈、轮轴和鼓面组合而成。轮圈由两支同等直径的钢圈用横轴等间距连在一起合成，刀框安装架穿过两钢圈的连接横轴固定在钢圈上。转鼓直径一般在1200～2200mm，宽度在350～600mm，可装刀框安装架8～22个。每个刀框安装架只容纳一个刀框，每个刀框可装2～3排（4～9片）切丝刀片。轮圈的一侧钢圈与直径大于轮圈的钢制鼓面固定连接，在鼓面与钢圈平均直径重合的圆周位置等距离开有螺丝孔，用来固定轮圈和安装止推件。止推件安装在鼓面的外侧，换刀时由气动或液压活塞的机械手推动止推件使转鼓缓慢运转，通过挤压止推件可使转鼓固定不动。在转动鼓面中心开有轴孔，轮轴定位穿过轴孔，与转鼓连为一体。
立式固定鼓面位于转动鼓无鼓面的一侧，鼓心开有轴承孔。转动鼓的轮轴，一端通过轴承穿过固定鼓面，由固定鼓面支撑；另一端由机架上的轴承支撑。轴的两端分别与减速器和甜菜推进器的传动齿轮连接。蜗形偏心压菜挡板安装在固定鼓面的内侧，与装在转动鼓上的刀框形成一个楔形压菜槽。与楔形压菜槽相对应的固定鼓面上设有活动门，便于清除硬质杂物和未能切尽的甜菜。在固定鼓面上，位于蜗形偏心挡菜板的上方设有刀框进出门。刀框推进、拉出的气动（或电动）装置安装在固定鼓面的外侧。在固定鼓面上，在蜗形偏心挡菜板轴心对称的位置开有进菜口，进菜口的外侧安有斜斗，与甜菜贮斗相通。甜菜推进器安装在斜斗的下部，类型有旋转螺旋式和进退弹簧钢板式两种，进入鼓内的甜菜量由甜菜推进器控制。
机壳为罩在鼓面外围的固定壳体，按一定间隙将鼓面大于轮圈的周边罩在里面，菜丝经壳体与转鼓之间的空间落到带式输送机上被送往渗出工序。在机壳的两侧安有活动板门，用于观察切丝情况或检查、更换刀片。
转鼓式切丝机的主传动系统由电动机、减速器、传动皮带轮和传动带组成。副传动（换刀盘车、刀框进出）由连杆、气缸、活塞、限位运行架、机械手等与液压、气动或电动系统配合组成。转动鼓主轴由主传动电动机经减速器或皮带轮减速带动运转，转速约为110r/min。转动鼓主轴另一端的甜菜推进器与转动鼓主轴通过伞形齿轮减速器带动运行，使甜菜连续均匀地进入鼓内，充满鼓内下部空间，随着转鼓的转动和蜗形压菜挡板的阻挡，甜菜被挤压到转鼓与蜗形压菜挡板形成的楔形压菜槽内被切成菜丝。
二、切丝机工作性能对比
切丝机的工作性能主要包括机械效率、菜丝质量、操作便捷性和在不同季节时对甜菜的适应能力。具体分析如下。
（一）平盘式切丝机的特点
1.优点
（1）菜丝质量好，平盘式切丝机工作时刀盘以上保持有1.5m以上菜位，位于盘面的甜菜受到的压力较大，位置相对稳定，加上配有楔形压菜装置，使切出的菜丝碎菜含量少，“V”形菜丝含量多。尤其是在甜菜缓冻不好的情况下，切出的菜丝质量远优于其他类型切丝机。
（2）动力消耗低，除刀盘水平转动自身动力消耗外，只需克服切削阻力的动力消耗。
（3）单位刀片长度工作效率较高，优于转鼓式切丝机，但低于离心式切丝机。
（4）可调速度范围大，由于菜位稳定，在很大切削速度范围内切出的菜丝质量可以满足渗出工序对菜丝的质量要求。
（5）可及时排出甜菜带入的石块、铁件等硬质杂物。
2.缺点
（1）设备利用率低，更换刀片需在停机状态下进行，所以需要备用机台。
（2）运转时对各刀框内切丝刀片的切丝质量无法观察。
（二）离心式切丝机的特点
1.优点
（1）切削速度快，刀片工作效率高，各组刀片始终处于切丝状态，所以单位刀片长度切丝能力大。
（2）设备利用率高，可在不停机状态下完成刀片更换，无需备用机台。
（3）设备紧凑，占用空间小。
（4）可随时观察各组切丝刀片的工作质量。
2.缺点
（1）菜丝质量差，甜菜在回转运动时位移较大，碎菜含量多，“V”形菜丝含量少。
（2）动力消耗大，除蜗旋体转动和克服切削阻力动力消耗外，还需要使甜菜在机体内产生圆周运动动力消耗。
（3）机内没有保险装置，不能及时排出甜菜带入的石块、铁件等硬质杂物。
（三）转鼓式切丝机的特点
1.优点
（1）菜丝质量较好，甜菜在机体内与刀片切削位置相对稳定，优于离心式切丝机。
（2）动力消耗较低，优于离心式切丝机。
（3）结构简单，制造方便。
（4）刀片更换自控程度较高。
2.缺点
（1）设备利用率低，更换刀片需在停机状态下进行，所以需要备用机台。
（2）单位刀片长度工作效率低，机内只有一个压菜槽，刀片只有转到机体下部时才起切削作用。
三、切丝机切丝能力调节
甜菜制糖生产是一个连续的生产过程，均衡生产很重要，稳定甜菜切丝量是均衡生产的关键。要做到这一点，一是要保持切丝机供菜稳定，二是及时调整装刀数量，三是调节切丝机的运行速度。
为保证切丝机供菜稳定，通常在切丝机的上方设有贮菜斗，贮菜斗的容量一般为20～30min甜菜加工量。正常运行时贮菜斗内始终保持一定的菜位，斗内的菜位通过摄像直接显示到洗菜和切丝两工序的监视控制面板，操作人员根据斗内菜位及时调整进菜量。
装刀时应根据甜菜加工量、菜丝厚度、设备参数计算出装入刀片数量，菜丝厚度发生变化时应及时调整装刀数量。
在一定转速下，切丝机的切丝能力会随刀片的锋利程度和甜菜质量而变化。当刀片变钝，甜菜变质和枯萎时，切丝机的实际切丝能力会相应降低。为保证切出的菜丝质量流量稳定，通常根据切丝机输出的菜丝质量流量检测数据和渗出器对菜丝量需求情况，对切丝机的运行速度进行调整。当菜丝质量流量大于设定值或渗出器进料口菜位过高时，可下调主电动机转速，减小切丝量；当菜丝质量流量小于设定值或渗出器进菜口菜位过低时，可提高切丝机主电动机转速，加大切丝量。
目前，切丝机的主电动机普遍采用可控硅-滑差电动机或可控硅-直流电动机，这两种电动机都能满足切丝机无级调速的要求。可控硅-滑差电动机由交流电动机和电磁滑差离合器组成，滑差电动机的调速是通过电磁滑差离合器激磁电流的大小来控制。可控硅-直流电动机由可控硅整流器和直流电动机组成，直流电动机由可控硅整流器供电，而直流电动机的转速则由可控硅整流器的输出电压决定。
四、切丝机的计算
切丝机计算主要是根据额定生产能力算出达到额定生产能力时需用切丝刀片总长度，根据需用刀片总长度选择所需要的切丝机型号和机台数量。根据切丝机类型和所需刀片总长度算出切丝机需用功率，配备适当功率的电动机。
1.需用刀片总长度
式中 L——需用刀片总长度，m。L=mnl，m为切丝机装刀刀框穴数量，平盘式切丝机为m-1；n为每个刀框的装刀片数；l为刀框可装刀片的单片长度。目前国内使用的切丝刀片有165mm和200mm两种长度
A——额定生产能力，t/d
v——平均切削速度，m/s
b——菜丝厚度，m
ρ——切丝机内甜菜密度，取600kg/m3
K1——切丝机的结构系数
K2——切丝机的使用系数
各种类型切丝机的v、ρ、K1、K2的参数值如表2-1所示。
表2-1 各种类型切丝机的v、ρ、K1、K2数值
不同类型的渗出设备对菜丝厚度要求不同，同一台渗出器在不同生产阶段对菜丝厚度要求也不同，所以在需用切丝刀片总长度计算时，应根据渗出设备的类型及该类型渗出器在加工新鲜甜菜时对菜丝厚度的要求进行选型计算。一般来说塔式和RT渗出设备菜丝厚度取0.0008m，Dds渗出器菜丝厚度取0.001m。在生产管理过程中，根据渗出设备在不同生产阶段对菜丝厚度的要求，进行安装切丝刀片总长度计算。如表2-2所示为不同菜丝厚度时，日加工1000t甜菜时需用切丝刀片总长度。
表2-2 不同菜丝厚度，日加工1000t甜菜时各种切丝机需用切丝刀片总长度
2.功率计算
切丝机需用功率与很多因素有关，主要有菜丝长度、刀片长度、切削速度及切丝机结构等，很难用精确的理论公式表达，只能用经验公式做近似计算。正常切削时需用功率可按式（2-2）计算，带载荷启动时启动功率约为正常需用功率的2倍。
式中 N——切丝机所需功率，kW
L——切丝刀片总长度，m
v——平均切丝速度，m/s
d——刀隔，m。刀隔与牙数关系如表2-3所示
l——菜丝长度，m/100g
β——系数，平盘式切丝机β=0.107，离心式β=0.172，转鼓式β=0.184