산업용 파쇄기는 단순히 재료를 부수는 기계가 아닙니다. 정밀하게 설계된 기계로, 재료의 기계적 특성을 이용하여 파손을 유도합니다. 100미크론 두께의 LDPE 필름을 처리하든 20mm 두께의 강판을 처리하든, 기본적인 물리적 원리는 동일합니다. 전단 응력이 재료 강도를 초과했습니다.. 이 가이드에서는 크기 축소의 이면에 있는 기계 공학적 원리를 살펴봅니다.
관련 장비: 단일 샤프트 파쇄기.
1. 재료 파괴 역학
파쇄기는 주로 다음을 이용합니다. 전단 비록 군대가 인장력 그리고 압축 군대는 조연 역할을 맡습니다.
전단 vs. 인열
- 전단 파괴: 두 개의 마주보는 날이 틈 없이 서로 스쳐 지나갈 때 발생하며, 가위와 유사한 현상입니다.
- 방정식: $\tau = F / A$ 여기서 $\tau$는 전단 응력, $F$는 힘, $A$는 단면적입니다.
- 애플리케이션타이어, 금속, 경질 플라스틱.
- 인장 파괴(찢어짐)갈고리가 재료를 잡아당겨 카운터 나이프나 스크린에 부딪히게 하면서 늘어나다가 끊어질 때 발생합니다.
- 애플리케이션직물, 카펫, 점보 백.
2. 토크 및 절삭력 계산
파쇄기의 "출력"은 kW 단위로 표현되는 경우가 드물고, 그보다는 다른 요소에 의해 결정됩니다. 토크 ($T$).
$$T = (P \times 9550) / n$$
어디:
* $T$ = 토크 (뉴턴미터)
* $P$ = 전력(kW)
* $n$ = 회전 속도(RPM)
엔지니어링 인사이트100kW 모터가 1500RPM(과립기)으로 회전할 때 약 636Nm의 토크가 발생합니다. 동일한 100kW 모터가 20:1 기어박스를 통해 80RPM(분쇄기)으로 회전할 경우... 11,937 Nm 토크의 차이 때문입니다. 이것이 바로 파쇄기가 자동차 타이어를 절단할 수 있는 반면, 분쇄기는 즉시 멈춰버리는 이유입니다.
3. 절삭 형상: '물림'‘
파쇄기의 효율은 다음 요소에 의해 결정됩니다. 경사각 그리고 후크 프로필.
양의 레이크 vs. 음의 레이크
- 양의 경사각칼날 면이 기울어져 있습니다. ~ 안으로 그 절단면.
- 효과더욱 날카로운 절삭력, 더 낮은 에너지 소비량.
- 위험모서리가 약해서 금속에 닿으면 쉽게 깨집니다.
- 네거티브 레이크 각도칼날 면이 기울어져 있습니다. 떨어져 있는 잘린 부분에서.
- 효과: 날카로운 모서리 강도(둔기 충격력)가 높을수록 에너지 소모가 많습니다.
- 가장 좋은: 고철, 전자제품.
조금씩 뜯어먹는 효과
로터 나이프는 특정 방식으로 배열되어 있습니다. 나선형 패턴 샤프트를 따라 나선형 홈(셰브론)이 나 있습니다. 이 홈 덕분에 매 순간 1개 또는 2개의 칼날만 절삭하게 됩니다. 모든 칼날이 동시에 재료에 닿으면 "충격 부하"로 인해 모터가 멈출 수 있습니다. 나선형 홈은 연속적이고 부드러운 절삭 동작을 만들어 전류 소모를 안정화합니다.
4. 화면 동적 효과
화면은 출력 크기를 결정하지만 주요 병목 현상의 원인이기도 합니다.
- 개방면적비율(OAR)구멍의 비율과 단단한 금속 부분의 비율.
- 기준: 35-45% 개방형 공간.
- 처리량 규칙용량은 OAR에 정비례합니다. 50mm 구멍이 있는 스크린은 20mm 구멍이 있는 스크린보다 OAR이 훨씬 높아 처리량이 두 배로 늘어나는 경우가 많습니다.
- 재순환스크린을 통과하지 못한 물질은 로터에 의해 다시 위로 올라가 재절단됩니다("이월"). 과도한 재순환은 열과 분진(미세먼지)을 발생시켜 효율을 저하시킵니다.
5. 구동 시스템: 유압식 vs. 전기식
- 유압 구동 원리:
- 가변용량 펌프를 사용합니다.
- 이점낮은 RPM에서도 과열 없이 매우 높은 토크를 낼 수 있습니다. 빠른 자동 역회전이 필요한 "파쇄 불가능한" 막힘 현상에 유용합니다.
- 전기 구동(VFD):
- 인버터를 사용하여 교류 주파수를 제어합니다.
- 이점: 더 높은 전력 효율(유압식의 경우 95% 대 75%). 낮은 유지보수 비용(오일 누출 없음).
결론
파쇄기를 선택할 때는 이러한 물리적 제약 조건들의 균형을 맞춰야 합니다. 높은 전단력(타이어)을 내도록 설계된 기계는 꼬임 현상 때문에 높은 인장 강도를 가진 섬유(로프)를 처리할 때 제대로 작동하지 않습니다. 재료의 파손 모드를 이해하는 것이 기계 설계의 첫 번째 단계입니다.
