Industriële shredders zijn geen willekeurige verpletteraars; het zijn nauwkeurig ontworpen machines die de mechanische eigenschappen van materialen benutten om ze te laten breken. Of het nu gaat om LDPE-folie van 100 micron of staalplaat van 20 mm, de onderliggende natuurkunde blijft hetzelfde: Schuifspanning overschreed de materiaalsterkte.. Deze handleiding onderzoekt de werktuigbouwkundige principes achter het verkleinen van afmetingen.
Gerelateerde apparatuur: enkelassige shredder.
1. Mechanica van materiaalfalen
Versnipperaars maken voornamelijk gebruik van Schuif krachten, hoewel Treksterkte En Drukkracht De strijdkrachten spelen een ondersteunende rol.
Schuifkracht versus scheurkracht
- SchuifbreukDit treedt op wanneer twee tegenover elkaar liggende messen elkaar zonder speling passeren, net als een schaar.
- Vergelijking: $\tau = F / A$ waarbij $\tau$ de schuifspanning is, $F$ de kracht en $A$ de dwarsdoorsnede.
- SollicitatieBanden, metalen, harde kunststoffen.
- Trekbreuk (scheuren)Dit gebeurt wanneer de haak het materiaal vastgrijpt en het tegen een tegenmes of zeef trekt, waardoor het wordt uitgerekt tot het breekt.
- SollicitatieTextiel, tapijten, big bags.
2. Berekening van koppel en snijkracht
Het vermogen van een shredder wordt zelden uitgedrukt in kilowatt; het gaat om... Koppel ($T$).
$$T = (P × 9550) / n$$
Waar:
* $T$ = Koppel (Newtonmeter)
* $P$ = Vermogen (kW)
* $n$ = Rotatiesnelheid (RPM)
Inzicht in de techniekEen motor van 100 kW die draait op 1500 tpm (granulator) produceert ongeveer 636 Nm koppel. Diezelfde motor van 100 kW die draait op 80 tpm (versnipperaar) via een tandwielkast met een overbrengingsverhouding van 20:1 produceert... 11.937 Nm koppel. Daarom kunnen shredders autobanden versnipperen, terwijl granulatoren direct zouden vastlopen.
3. Snijgeometrie: De 'hap'‘
De efficiëntie van een shredder wordt bepaald door de Hellingshoek En Haakprofiel.
Positieve versus negatieve hark
- Positieve hellingshoekHet lemmet helt naar binnen de snede.
- EffectScherper snijvlak, lager energieverbruik.
- RisicoKwetsbare rand, gevoelig voor afbrokkeling bij contact met metaal.
- Negatieve hellingshoekHet lemmet helt weg van de snede.
- Effect: Hoge snijkracht (stompe kracht), hoger energieverbruik.
- Het beste voor: Schrootmetaal, elektronica.
Het "knabbel"-effect
De rotorbladen zijn op een specifieke manier gerangschikt. Helixpatroon (V-vormige inkepingen) langs de as. Dit zorgt ervoor dat er slechts 1 of 2 messen tegelijk snijden. Als alle messen het materiaal tegelijkertijd zouden raken, zou de "impactbelasting" de motor blokkeren. De spiraalvorm zorgt voor een continue, soepele snijwerking, waardoor het stroomverbruik stabiel blijft.
4. Schermdynamiek
Het scherm bepaalt de uitvoergrootte, maar vormt tegelijkertijd de grootste beperking.
- Open Area Ratio (OAR)Het percentage gaten ten opzichte van massief metaal.
- Standaard: 35-45% Open gebied.
- DoorvoerregelDe capaciteit is rechtstreeks evenredig met de OAR (Optimal Angle Ratio). Een zeef met gaten van 50 mm heeft een aanzienlijk hogere OAR dan een zeef met gaten van 20 mm, waardoor de doorvoer vaak verdubbelt.
- RecirculatieMateriaal dat niet door het zeef gaat, wordt door de rotor teruggevoerd ("meegevoerd") om opnieuw te worden versneden. Overmatige recirculatie genereert warmte en stof (fijnstof), waardoor de efficiëntie afneemt.
5. Aandrijfsystemen: Hydraulisch versus elektrisch
- Principes van hydraulische aandrijving:
- Maakt gebruik van een plunjerpomp.
- VoordeelKan een zeer hoog koppel leveren bij lage toerentallen zonder oververhitting. Handig bij hardnekkige verstoppingen waarbij snel achteruitrijden nodig is.
- Elektrische aandrijving (VFD):
- Maakt gebruik van een omvormer om de wisselstroomfrequentie te regelen.
- VoordeelHogere energie-efficiëntie (95% versus 75% voor hydrauliek). Minder onderhoud (geen olielekkages).
Conclusie
Bij de keuze van een shredder moet rekening worden gehouden met deze fysieke beperkingen. Een machine die is ontworpen voor hoge schuifkrachten (banden) zal falen bij het verwerken van vezels met een hoge treksterkte (touwen) vanwege het oprollen. Inzicht in de manier waarop het materiaal bezwijkt, is de eerste stap in het machineontwerp.
Referenties
[1] “Mechanica van materialen,” Hibbeler. Mechanica van materialen
[2] “Ontwerp van versnipperingsapparatuur,” Tijdschrift voor afvalbeheer. Ontwerp van shredderapparatuur
