Industrijski usitnjivači nisu nasumične drobilice; to su precizno konstruirani strojevi koji iskorištavaju mehanička svojstva materijala kako bi izazvali kvar. Bez obzira obrađuju li LDPE foliju od 100 mikrona ili čeličnu ploču od 20 mm, temeljna fizika ostaje ista: Smična napetost premašuje čvrstoću materijala. Ovaj vodič istražuje principe strojarstva koji stoje iza smanjenja veličine.
Povezana oprema: sjeckalica s jednom osovinom.
1. Mehanika loma materijala
Shredderi prvenstveno koriste Smicanje snage, iako Vlačna čvrstoća i Kompresivno snage igraju sporedne uloge.
Smicanje u odnosu na kidanje
- SmicanjeDolazi do toga kada se dvije suprotne oštrice miču jedna oko druge bez ikakvog razmaka, slično kao kod škara.
- Jednadžba: $\tau = F / A$ gdje je $\tau$ naprezanje smicanja, $F$ sila, $A$ površina poprečnog presjeka.
- PrimjenaGume, Metali, Krute plastike.
- Vlačna čvrstoća (kidanje)Dolazi do toga kada kuka uhvati materijal i povuče ga uz protunož ili sito, istežući ga dok ne pukne.
- PrimjenaTekstil, Tepisi, Jumbo torbe.
2. Izračun momenta i sile rezanja
"Snaga" šredera rijetko je oko kW; radi se o Okretni moment ($T$).
$$T = (P puta 9550) / n$$
Gdje:
* $T$ = Okretni moment (Newton-metri)
* $P$ = Snaga (kW)
* $n$ = Brzina vrtnje (o/min)
Inženjerski uvidMotor od 100 kW koji radi na 1500 okretaja u minuti (granulator) proizvodi ~636 Nm okretnog momenta. Isti taj motor od 100 kW koji radi na 80 okretaja u minuti (sjeckalica) putem mjenjača 20:1 proizvodi 11.937 Nm okretnog momenta. Zato usitnjivači mogu rezati automobilske gume, dok bi se granulatori odmah zaustavili.
3. Geometrija rezanja: 'Zagriz'‘
Učinkovitost šredera određena je Kut nagiba i Profil kuke.
Pozitivan vs. negativni grablje
- Pozitivan kut nagibaČelo oštrice se naginje u rez.
- UčinakOštriji rez, manja potrošnja energije.
- RizikLomljiv rub, sklon krzanju na metalu.
- Negativni kut nagibaČelo oštrice se naginje daleko iz reza.
- UčinakVisoka čvrstoća ruba (tupa sila), veća potrošnja energije.
- Najbolje zaOtpadni metal, elektronika.
Efekt "grickanja"
Rotorski noževi su raspoređeni u određenom Uzorak spirale (Ševronski vijugavi prstenovi) duž osovine. To osigurava da samo 1 ili 2 noža režu u bilo kojoj milisekundi. Ako svi noževi istovremeno udare u materijal, "udarno opterećenje" bi zaustavilo motor. Spirala stvara kontinuirano, glatko rezanje, stabilizirajući potrošnju struje.
4. Dinamika zaslona
Zaslon definira veličinu izlaza, ali djeluje kao glavno usko grlo.
- Omjer otvorene površine (OAR)Postotak rupa u odnosu na čvrsti metal.
- Standard: 35-45% Otvoreni prostor.
- Pravilo propusnostiKapacitet je izravno proporcionalan OAR-u. Sito s rupama od 50 mm ima znatno veći OAR od onog s rupama od 20 mm, često udvostručujući propusnost.
- RecirkulacijaMaterijal koji ne prođe kroz sito vraća se rotorom natrag (“Carryover”) radi ponovnog rezanja. Prekomjerna recirkulacija stvara toplinu i prašinu (fine čestice), smanjujući učinkovitost.
5. Pogonski sustavi: hidraulični vs. električni
- Principi hidrauličkog pogona:
- Koristi pumpu s promjenjivim protokom.
- PrednostMože isporučiti vrlo visoki okretni moment pri niskim okretajima bez pregrijavanja. Korisno za "neusitnjive" zaglavljenja gdje je potrebno brzo automatsko preokretanje.
- Električni pogon (VFD):
- Koristi inverter za kontrolu AC frekvencije.
- PrednostVeća učinkovitost utičnice (95% u odnosu na 75% za hidrauliku). Manje održavanja (nema curenja ulja).
Zaključak
Odabir usitnjivača zahtijeva uravnoteženje ovih fizičkih ograničenja. Stroj dizajniran za visoko smicanje (gume) neće uspjeti pri obradi visokonaponskih vlakana (užadi) zbog namatanja. Razumijevanje načina loma materijala prvi je korak u dizajnu stroja.
Reference
[1] “Mehanika materijala”,” Hibbeler. Mehanika materijala
[2] “Dizajn opreme za usitnjavanje”,” Časopis za gospodarenje otpadom. Dizajn opreme za usitnjavanje
