Przemysłowe niszczarki nie są kruszarkami losowymi; to precyzyjnie zaprojektowane maszyny, które wykorzystują właściwości mechaniczne materiałów do wywoływania awarii. Niezależnie od tego, czy przetwarzają folię LDPE o grubości 100 mikronów, czy blachę stalową o grubości 20 mm, podstawowa fizyka pozostaje taka sama: Naprężenie ścinające przekroczyło wytrzymałość materiału. W tym przewodniku omówiono zasady inżynierii mechanicznej dotyczące redukcji rozmiaru.
Sprzęt powiązany: niszczarka jednowałowa.
1. Mechanika uszkodzeń materiałów
Niszczarki wykorzystują przede wszystkim Ścinanie siły, chociaż Rozciągający I Kompresyjny siły te pełnią role pomocnicze.
Ścinanie kontra rozrywanie
- Zniszczenie ścinające:Występuje, gdy dwa przeciwległe ostrza mijają się bez żadnego luzu, podobnie jak w przypadku nożyczek.
- Równanie: $\tau = F / A$ gdzie $\tau$ to naprężenie ścinające, $F$ to siła, $A$ to pole przekroju poprzecznego.
- Aplikacja:Opony, metale, tworzywa sztuczne sztywne.
- Zerwanie przy rozciąganiu (rozdarcie):Ma miejsce, gdy hak chwyta materiał i ciągnie go w kierunku przeciwnoża lub sita, rozciągając go aż do pęknięcia.
- Aplikacja: Tekstylia, dywany, torby Jumbo.
2. Obliczanie momentu obrotowego i siły cięcia
“Moc” niszczarki rzadko wynosi około kW; wynosi około Moment obrotowy ($T$).
$$T = (P razy 9550) / n$$
Gdzie:
* $T$ = Moment obrotowy (niutonometry)
* $P$ = Moc (kW)
* $n$ = Prędkość obrotowa (obr./min)
Wgląd w inżynierięSilnik o mocy 100 kW pracujący z prędkością 1500 obr./min (granulator) generuje moment obrotowy ~636 Nm. Ten sam silnik o mocy 100 kW pracujący z prędkością 80 obr./min (rozdrabniacz) przez przekładnię 20:1 generuje 11 937 Nm momentu obrotowego. Dlatego rozdrabniacze mogą przecinać opony samochodowe, podczas gdy granulatory natychmiast się zatrzymają.
3. Geometria cięcia: ‘Ugryzienie’
Wydajność niszczarki jest dyktowana przez Kąt nachylenia I Profil haka.
Rake dodatni i ujemny
- Dodatni kąt natarcia:Twarz ostrza pochyla się do cięcie.
- Efekt:Ostrzejsze cięcie, niższe zużycie energii.
- Ryzyko:Krucha krawędź, podatna na odpryskiwanie metalu.
- Ujemny kąt natarcia:Twarz ostrza pochyla się z dala z cięcia.
- Efekt: Wysoka wytrzymałość krawędzi (siła tępa), wyższe zużycie energii.
- Najlepszy dla:Złom, elektronika.
Efekt “podgryzania”
Noże wirnika są ułożone w określony sposób Wzór helisy (Jewrony) wzdłuż wału. Dzięki temu w każdej milisekundzie tnie tylko 1 lub 2 noże. Gdyby wszystkie noże uderzyły w materiał jednocześnie, “obciążenie udarowe” spowodowałoby zatrzymanie silnika. Ślimak zapewnia ciągłe, płynne cięcie, stabilizując pobór prądu.
4. Dynamika ekranu
Ekran definiuje rozmiar wydruku, ale stanowi główne wąskie gardło.
- Współczynnik powierzchni otwartej (OAR):Procent otworów w stosunku do litego metalu.
- Standard: 35-45% Teren otwarty.
- Reguła przepustowości:Wydajność jest wprost proporcjonalna do współczynnika OAR. Sito z otworami 50 mm ma znacznie wyższy współczynnik OAR niż sito z otworami 20 mm, często podwajając przepustowość.
- RecyrkulacjaMateriał, który nie przechodzi przez sito, jest przenoszony z powrotem przez wirnik (“przenoszenie”) w celu ponownego cięcia. Nadmierna recyrkulacja generuje ciepło i pył (drobiny), co obniża wydajność.
5. Układy napędowe: hydrauliczne i elektryczne
- Zasady napędu hydraulicznego:
- Wykorzystuje pompę o zmiennej wydajności.
- Korzyść: Zapewnia bardzo wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach bez przegrzewania. Przydatny do “niemożliwych do rozdrobnienia” zacięć, gdzie wymagany jest szybki automatyczny rewers.
- Napęd elektryczny (VFD):
- Wykorzystuje falownik do sterowania częstotliwością prądu przemiennego.
- Korzyść: Wyższa wydajność (95% vs 75% w przypadku hydrauliki). Niższe wymagania konserwacyjne (brak wycieków oleju).
Wniosek
Wybór rozdrabniacza wymaga zrównoważenia tych ograniczeń fizycznych. Maszyna zaprojektowana do obróbki z dużymi siłami ścinającymi (np. opon) ulegnie awarii podczas przetwarzania włókien o dużej wytrzymałości na rozciąganie (np. lin) z powodu nawijania. Zrozumienie sposobu uszkodzenia materiału to pierwszy krok w projektowaniu maszyny.
Odniesienia
[1] “Mechanika materiałów”,” Hibbeler. Mechanika materiałów
[2] “Projektowanie urządzeń do rozdrabniania”,” Czasopismo Gospodarki Odpadami. Projektowanie urządzeń do rozdrabniania
