Les broyeurs industriels ne sont pas de simples concasseurs ; ce sont des machines de précision qui exploitent les propriétés mécaniques des matériaux pour provoquer leur rupture. Qu’il s’agisse de traiter un film de PEBD de 100 microns ou une plaque d’acier de 20 mm, les principes physiques sous-jacents restent les mêmes : La contrainte de cisaillement a dépassé la résistance du matériau. Ce guide explore les principes d'ingénierie mécanique qui sous-tendent la réduction de taille.
Équipements associés : broyeur à arbre unique.
1. Mécanismes de la rupture des matériaux
Les broyeurs utilisent principalement Tondre forces, bien que traction et Compressif Les forces jouent un rôle de soutien.
Cisaillement vs. Déchirure
- Rupture par cisaillement: Se produit lorsque deux lames opposées se croisent sans jeu, comme des ciseaux.
- Équation: $\tau = F / A$ où $\tau$ est la contrainte de cisaillement, $F$ est la force, $A$ est la surface de la section transversale.
- ApplicationPneus, métaux, plastiques rigides.
- Rupture par traction (déchirure)Cela se produit lorsque le crochet agrippe le matériau et le tire contre un contre-couteau ou un tamis, l'étirant jusqu'à ce qu'il se casse.
- ApplicationTextiles, tapis, sacs jumbo.
2. Calcul du couple et de la force de coupe
La “ puissance ” d'un broyeur est rarement exprimée en kW ; elle est plutôt de l'ordre de Couple ($T$).
$$T = (P × 9550) / n$$
Où:
* $T$ = Couple (Newton-mètres)
* $P$ = Puissance (kW)
* $n$ = Vitesse de rotation (tr/min)
Perspectives d'ingénierieUn moteur de 100 kW tournant à 1 500 tr/min (granulateur) produit un couple d'environ 636 Nm. Ce même moteur de 100 kW tournant à 80 tr/min (broyeur) via un réducteur de rapport 20:1 produit 11 937 Nm de couple. C'est pourquoi les broyeurs peuvent découper des pneus de voiture, alors que les granulateurs caleraient instantanément.
3. Géométrie de découpe : La ‘ morsure ’
L'efficacité d'un broyeur est déterminée par Angle de râteau et Profil de crochet.
Râteau positif vs. négatif
- Angle de chasse positif: La lame est inclinée dans la coupe.
- EffetCoupe plus nette, consommation d'énergie réduite.
- RisqueBord fragile, sujet à l'écaillage sur le métal.
- Angle de chasse négatif: La lame est inclinée loin extrait.
- Effet: Forte résistance des arêtes (force contondante), consommation d'énergie plus élevée.
- Idéal pour: Ferraille, appareils électroniques.
L’effet “ grignotage ”
Les lames du rotor sont disposées selon une disposition spécifique Motif en hélice Des chevrons sont disposés le long de l'arbre. Cela garantit qu'une ou deux lames seulement coupent à la fois. Si toutes les lames heurtaient le matériau simultanément, la force d'impact entraînerait le blocage du moteur. L'hélice assure une coupe continue et régulière, stabilisant ainsi la consommation électrique.
4. Dynamique de l'écran
L'écran définit la taille de l'affichage, mais constitue le principal goulot d'étranglement.
- Rapport de surface ouverte (OAR): Le pourcentage de trous par rapport au métal plein.
- Standard: 35-45% Zone ouverte.
- Règle de débitLa capacité est directement proportionnelle à l'OAR. Un tamis avec des trous de 50 mm a un OAR nettement supérieur à celui d'un tamis avec des trous de 20 mm, doublant souvent le débit.
- RecirculationLes matières qui ne passent pas à travers le tamis sont renvoyées vers le haut par le rotor (“ entraînement ”) pour être rebroyées. Une recirculation excessive génère de la chaleur et des poussières (fines), ce qui diminue l'efficacité.
5. Systèmes d'entraînement : hydraulique ou électrique
- Principes de la transmission hydraulique:
- Utilise une pompe à cylindrée variable.
- AvantagePeut fournir un couple très élevé à bas régime sans surchauffe. Utile dans les situations de bourrage difficiles où une marche arrière automatique rapide est nécessaire.
- Entraînement électrique (VFD):
- Utilise un onduleur pour contrôler la fréquence du courant alternatif.
- AvantageRendement énergétique supérieur (95% contre 75% pour le système hydraulique). Maintenance réduite (absence de fuites d'huile).
Conclusion
Le choix d'un broyeur nécessite de trouver un équilibre entre ces contraintes physiques. Une machine conçue pour le cisaillement intense (pneus) ne conviendra pas au traitement des fibres à haute résistance (cordes) en raison du risque d'enroulement. Comprendre le mode de rupture du matériau est la première étape de la conception d'une machine.
Références
[1] “ Mécanique des matériaux ”,” Hibbeler. Mécanique des matériaux
[2] “ Conception des équipements de broyage ”,” Journal de gestion des déchets. Conception d'un équipement de broyage
