借助低速旋轉(zhuǎn)剪減少尺寸嚴(yán)棟翻譯修改后

1、借助低速旋轉(zhuǎn)剪減少尺寸摘要 帶有飛剪的低速粉碎機(jī)（圓周速度 65米/秒），切割和撕裂應(yīng)力是發(fā)生在粉碎廢金屬和廢物過程中的非脆性行為。雖然這種類型的設(shè)備已得到了廣泛的應(yīng)用，但是在已知的粉碎中各種過程只能在有限的程度上發(fā)生。澄清他們是客觀的，系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。因此研究用來指示粉碎過程的基本參數(shù)（位置和形狀的定子，軸向間隙）的影響是十分必要的。關(guān)鍵詞：粉碎，旋轉(zhuǎn)剪應(yīng)力1. 前言粉碎資源回收的廢料，廢金屬，幾乎沒有顯示出非脆性行為起著重要的作用。在減少大，中等大小的情況下切割，剪切，撕裂，彎曲應(yīng)力是合適的(圖1)。切削應(yīng)力（a）其特征是由一個(gè)線性力沿刀口傳遞到材料（楔形角<30º）。由于

2、施加外部線性壓縮力，破壞區(qū)傳遞到相鄰刀口。剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力作用的結(jié)果是將材料折斷，而后者則是由于刀分裂效應(yīng)所造成的。相反的，刀作為支撐的情況下不積極參與粉碎過程。剪切應(yīng)力（b）所示情況下，外部壓縮力施加到更大面積上。增加剪切應(yīng)力誘導(dǎo)材料在剪切平面上的滑動(dòng)。這兩種刀有的楔角，并且在粉碎過程有著重要的作用。高剪切應(yīng)力的形成的前提條件是施加一個(gè)s0.2瓦特的壓力。通過增大該間隙使得拉伸應(yīng)力變得更重要，這最終導(dǎo)致在撕裂應(yīng)力（c）影響材料彎曲和扭轉(zhuǎn)的過程。比較切削應(yīng)力和剪切應(yīng)力，撕裂應(yīng)力發(fā)生在粉碎工具的間隙之間，這是進(jìn)料材料的壁厚的倍數(shù)。材料的空隙與撕裂工具的接合可以更容易減小大的尺寸。（d）表示彎曲

3、應(yīng)力只在某些情況下導(dǎo)致金屬材料的破損。圖1 材料粗糙和中等尺寸減小非脆性行為加壓模型 (a) 切削應(yīng)力，(b) 剪切應(yīng)力，(c)撕裂應(yīng)力，(d)彎曲應(yīng)力基于知識(shí)的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)模型的效果，可以系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)粉碎機(jī)器為大型和中等的尺寸減小（圖2）。本文的標(biāo)的物是旋轉(zhuǎn)剪切，多轉(zhuǎn)子的機(jī)器的圓周速度是<0.5 m/s，單轉(zhuǎn)子的機(jī)器的范圍為5 m/s。2.旋轉(zhuǎn)剪切機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用由于輕鋼結(jié)構(gòu)和非有色金屬廢料的粗粒度和中等規(guī)模的減少，國內(nèi)大型的旋轉(zhuǎn)剪已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，如粉碎垃圾，廢木材，廢舊輪胎，廢紙和文件。根據(jù)原料和粉碎的目的，已經(jīng)出現(xiàn)了幾種類型的旋轉(zhuǎn)剪。 表1中表示它們對(duì)應(yīng)的類型，位置在不同情況下的

4、嘗試。這用來證明、區(qū)分軸向旋轉(zhuǎn)剪和徑向間隙旋轉(zhuǎn)剪。軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的粉碎過程發(fā)生在軸向和徑向間隙。狹窄的重疊轉(zhuǎn)子的軸向間隙（多轉(zhuǎn)子按剪應(yīng)力比例設(shè)計(jì)）或轉(zhuǎn)子刀和定子（單轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)）的軸向之間的差距是為了顯著地區(qū)分這些機(jī)器。圖2 根據(jù)主要加壓模型對(duì)粉碎機(jī)器的分類表1 旋轉(zhuǎn)飛剪的技術(shù)規(guī)格這類的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪，特別是多轉(zhuǎn)子類型比較普及。這些類型的具有2至4的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子輪盤和距離環(huán)交替地配置（圖3），從而使轉(zhuǎn)子光盤彼此重疊。轉(zhuǎn)子盤都配備了數(shù)個(gè)粉碎工具。合并一個(gè)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子有利于進(jìn)料。因此，一個(gè)縮回的材料可以被處理且在大多數(shù)情況下無需額外輔助。為了粉碎笨重的和大量的廢物或提高送料設(shè)備的物料通過量，通常會(huì)安裝推

5、桿，旋轉(zhuǎn)臂，進(jìn)給輥（圖4a）和進(jìn)料輸送機(jī)等。軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的進(jìn)一步的特征是梳形剝離設(shè)備（b）或剝離光碟（三） ，排料篦子（a和c），以及去重的設(shè)備零件，例如襟翼的裝置（b）。本組的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪包含的小型機(jī)器安裝10千瓦功率的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器用于破壞文件或少量的商業(yè)廢物使其體積減少，破碎機(jī)安裝的驅(qū)動(dòng)器功率最高可達(dá)800千瓦，其中有一個(gè)轉(zhuǎn)子寬度達(dá)2700毫米。軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的驅(qū)動(dòng)電源大多在100千瓦的范圍內(nèi)，由所述轉(zhuǎn)子的電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)器的電氣-機(jī)械驅(qū)動(dòng)器供電。介于100和800千瓦（Woldt等人，2002；Jackel等人，1997）。徑向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的粉碎過程發(fā)生在轉(zhuǎn)子的刀和所述定子之間時(shí)

6、，徑向間隙型旋轉(zhuǎn)剪有幾十毫米的徑向間隙SR和80-90º范圍的楔角的刀。因此，粉碎過程的結(jié)果取決于剪切應(yīng)力。圖3 軸向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪的設(shè)計(jì) (a) 1個(gè)轉(zhuǎn)子軸向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪 Alpine/德國，(b) 2個(gè)轉(zhuǎn)子軸向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪 SID/瑞士，(c) 4個(gè)轉(zhuǎn)子軸向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪 Untha/德國圖4 徑向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪的設(shè)計(jì) (a) 帶有轉(zhuǎn)動(dòng)臂的可轉(zhuǎn)位刀剪 Lindner /奧地利，(b) 帶有推進(jìn)器的可轉(zhuǎn)位刀剪 Holzmag /瑞士，(c) 塊刀剪 MeWa /德國轉(zhuǎn)子工具主要用矩形，三角形或圓形這些形狀的可轉(zhuǎn)位刀。這些轉(zhuǎn)子刀具有多個(gè)刀邊緣，因此如果一個(gè)刀口磨損，可以容易的將未使用的刀口

7、用來切割。圖4是可轉(zhuǎn)位刀的兩個(gè)典型的類型。單轉(zhuǎn)子的徑向間隙型旋轉(zhuǎn)剪在不利的進(jìn)料條件下必須安裝有進(jìn)料裝置。 在大多數(shù)情況下使用液壓操作的旋轉(zhuǎn)臂(a)或推桿（b)。由于大量轉(zhuǎn)刀，所定義的粉碎的幾何形狀和排料篦子所得粉碎產(chǎn)物由軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪剪成相對(duì)較小的碎片。塊刀的剪刀（c）是幾個(gè)平行六面體形狀的刀。由于魯棒塊刀上一個(gè)大質(zhì)量的飛輪的圓周速度在5-20米/秒，這些機(jī)器也能夠削減相對(duì)厚壁的金屬片，例如小電機(jī)和變壓器。3. 粉碎過程的研究3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)于基礎(chǔ)研究的兩個(gè)模型裝置，它可以在幾乎理想的情況下研究剪切，切割和撕裂的壓力并探討旋轉(zhuǎn)剪，切割機(jī)和粉碎機(jī)的粉碎過程。改進(jìn)的Izod擺錘（圖5）使用的目的

8、是產(chǎn)生一個(gè)剪切，切割和撕裂應(yīng)力理想的應(yīng)力條件。板狀氣動(dòng)測試體被固定在所述定子（4）的前面。圖5 改進(jìn)的Izod擺錘的草圖(a)和加壓幾何模型(b)。-旋切機(jī)與徑向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪的的幾何模型；-軸向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪的的幾何模型；(1) 擺錘；(2) 轉(zhuǎn)子葉片；(3) 起重和制動(dòng)裝置；(4) 定子和氣動(dòng)夾緊裝置；(5)片狀測試本體的鉗位；(6) 測試本體；SA軸向間隙，SR徑向間隙。測試體的粉碎發(fā)生轉(zhuǎn)子刀（2）和直鏈或U形的定子（4）間，在底部死點(diǎn)中心，從而使速度達(dá)到5.5 m/s之間以便測量應(yīng)變儀的力被施加到轉(zhuǎn)子的刀上。記錄下力-時(shí)間圖。 此外，能量可以通過角度測量儀的方法來確定，其中量化做鐘擺擺動(dòng)。

9、對(duì)剪切，切割和撕裂應(yīng)力的分析，可以選用楔角是58º和90º的轉(zhuǎn)子刀。在基于一臺(tái)可以作為軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪切和低速旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī)的小規(guī)模粉碎機(jī)的模型上做測試（圖6）。粉碎室有定子（2），轉(zhuǎn)子軸與一個(gè)轉(zhuǎn)子盤（3）和形狀像一把梳子（4）的模板。圖6 模型試驗(yàn)裝置的粉碎室 (a) 側(cè)視圖，(b) 加壓幾何模型的示意圖（頂視圖）。B1/B2/B3旋轉(zhuǎn)飛剪的幾何模型（分別帶有和不帶有鉗位）；B4旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī)的幾何模型。（1）進(jìn)料溜槽；（2）定子（砧座）；（3 ）轉(zhuǎn)子盤（配備刀）；（4）模板（梳狀）；（5）夾緊的滑動(dòng)板狀測試體；（6）測試本體；（7 ）變形區(qū)域；SA軸向間隙，SR徑向間隙。轉(zhuǎn)

10、子盤配備三個(gè)可交換刀,其中有一個(gè)刀葉片的直徑為400毫米。板狀測試體被帶入粉碎室通過進(jìn)料槽（1）或（5）的滑動(dòng)，測試體在強(qiáng)調(diào)區(qū)是可以被精確定位的。由于定子采用模塊化設(shè)計(jì)，不同形狀的的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪（sA0.2 mm）和旋轉(zhuǎn)碎紙機(jī)（sA>0.2 - 20 mm）是可以被實(shí)現(xiàn)的。此外，轉(zhuǎn)矩和速度等參數(shù)用來計(jì)算機(jī)械的動(dòng)力。此外，機(jī)械和電氣的功率，速度和轉(zhuǎn)矩由一個(gè)中央測量和控制的單元連續(xù)記錄。3.2 分析剪切，切割，撕裂應(yīng)力如果在包括剪切，切割和撕裂應(yīng)力的基本模式下的測試，結(jié)合幾何的Izod擺是十分實(shí)用的（圖5b）。由兩個(gè)轉(zhuǎn)子刀楔角和徑向間隙的測試條件的變化中發(fā)現(xiàn)，使特定強(qiáng)調(diào)模式的分析成為可能

11、。在一個(gè)低間隙為0.2毫米，楔角為90º，施加的外部壓縮力引起了剪切應(yīng)力。剪切鋁（AlMg3）和聚丙烯試驗(yàn)體的斷裂區(qū)域清楚地表明了剪切過程中的三個(gè)階段（圖7a和8a）。在變形階段中，一個(gè)小的變形區(qū)產(chǎn)生彈性形變。之后，轉(zhuǎn)子刀的移動(dòng)造成了滑動(dòng)（切削階段），這導(dǎo)致斷裂區(qū)域中出現(xiàn)了光滑一部分。高韌性的材料，如鉛或錫，可以跨越整個(gè)斷裂區(qū)域。定子刀積極參與粉碎過程，所以變形區(qū)和剪切區(qū)中也形成上下相反的斷裂區(qū)域。之前的變形能力耗盡，轉(zhuǎn)子刀和定子刀附近的邊緣出現(xiàn)裂紋。出現(xiàn)裂紋，并導(dǎo)致剩余部分的斷裂（斷裂階段）。AlMg3測試體斷裂區(qū)蜂窩結(jié)構(gòu)的斷裂、韌性斷裂產(chǎn)生的剪切，與剪切力在同一條直線上。在蠟狀和

12、鈍結(jié)構(gòu)的聚丙烯測試體上觀察到的斷裂區(qū)正好與此相反。Bauer（2001）把這種結(jié)構(gòu)剪切作用的發(fā)生歸咎于局部的熱效應(yīng)。線性力沿著刀口傳遞（切應(yīng)力）最終導(dǎo)致刀口附近的材料受力屈服。由于這個(gè)原因，斷裂區(qū)域表現(xiàn)出明顯的切割區(qū)（圖7b和8b）。由于日益增加的分裂效應(yīng)，拉伸應(yīng)力變得更加激烈最終處于破損的邊緣。polypropy - lene的斷裂區(qū)粗糙的表面面積與鋒利，片狀的結(jié)構(gòu)顯示出了該結(jié)構(gòu)的脆性斷裂的跡象。隨著越來越多的間隙，變形區(qū)變得更加重要。切削區(qū)的一部分，穩(wěn)定性，直到脆性斷裂跡象不再存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生撕裂應(yīng)力（圖7c）。圖7 被剪切粉碎的鋁（AlMg3）測試本體的斷裂區(qū)域 (a) 切割；(b) 撕裂

13、；(c) 壓力。A-變形區(qū)；B-切割區(qū)；C-斷裂帶；D-定子刀切削區(qū)；壁厚1 mm；加壓速度5.5 m/s；(a) 楔角90º，徑向間隙0.2 mm；(b) 楔角58º，徑向間隙0.2 mm；(c) 楔角90º，徑向間隙0.8 mm；F-力，F(xiàn)N-夾緊力。AlMg3測試體被吸入到該間隙中，從而在更高的間隙（SR=0.7-1.0 w），在此縫隙拉伸應(yīng)力引起了破損。由于變形和摩擦間隙相鄰，每單位表面積增加的特定能量與理想的剪切應(yīng)力相比上升（圖9）。在>1.0毫米的間隙，檢測機(jī)構(gòu)沒有破損但伴隨著轉(zhuǎn)子刀和試驗(yàn)機(jī)構(gòu)之間造成摩擦損失。圖8 被剪切粉碎的聚乙烯測試本體的斷

14、裂區(qū)域 (a) 切割；(b) 壓力。A-變形區(qū)；B-切割區(qū)；C-斷裂帶；D-定子刀切削區(qū)；壁厚5 mm；徑向間隙0.2 mm；加壓速度2.5 m/s；(a) 楔角90º；(b) 楔角58º；F-力，F(xiàn)N-夾緊力。圖9 徑向間隙對(duì)破碎比功的影響。壁厚1 mm；加壓速度5.5 m/s；楔角90º3.3 軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的粉碎過程為了分析軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的粉碎序列，模型測試與強(qiáng)調(diào)幾何的移動(dòng)設(shè)備一起使用（圖6）。在良好的送料條件下（低饋送角，E, RS；刀接觸角高，ZE），這是多轉(zhuǎn)子類型（圖10）的特征。第一，金屬片材的刀口在區(qū)域中的局部變形影響前轉(zhuǎn)子刀口。如果變形，裂紋

15、在這區(qū)域耗盡。轉(zhuǎn)子刀（b）的進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，沿橫向刀邊緣產(chǎn)生剪切應(yīng)力。同時(shí)轉(zhuǎn)子圓盤和定子之間的由剪切應(yīng)力引起的裂紋在橫向邊緣測試體的底端開始擴(kuò)展。兩種裂紋直到彼此相遇在最后斷裂（c）。因此，確定的粉碎過程中軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪的剪切應(yīng)力，在定子，轉(zhuǎn)子的刀（單轉(zhuǎn)子的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪）和過度研磨轉(zhuǎn)子光盤的軸向間隙之間分別為多轉(zhuǎn)子的軸向差距旋轉(zhuǎn)剪切機(jī)。粉碎過程的特征還存在于密集的變形和摩擦過程中，特別是在低于轉(zhuǎn)子刀速度時(shí)碎片被卷起。特別在類似的幾何條件下可觀察到的聚丙烯板箱子粉碎時(shí)的彈性變形。（Bauer等人，2002）對(duì)機(jī)構(gòu)裂紋萌生，擴(kuò)展和粉碎的能源消耗進(jìn)行了表征，在可比條件下通過了Izod

16、 pendu-lum 懸臂梁（圖11）。AlMg3測試體的情況（a），它變得十分明顯，轉(zhuǎn)子刀需要一定量的能量來影響材料的彈性和塑性變形（變形區(qū)）。這初步強(qiáng)調(diào)材料沿轉(zhuǎn)子刀的整個(gè)寬度上發(fā)生變形。第一條裂縫在相鄰的前刀口形成，但是尺寸很短。因此，每單位表面積增加的特定能量是非常高的。能源WB在16.5 J平穩(wěn)標(biāo)志著前轉(zhuǎn)子刀口的破裂。之后，持續(xù)較低的能量使裂縫擴(kuò)大。圖10 根據(jù)多轉(zhuǎn)子軸向間隙旋轉(zhuǎn)飛剪（幾何模型B1）平面鋁(AlMg3)測試本體的破碎微觀過程圖11 粉碎裂紋開裂和傳播充滿的表面區(qū)域內(nèi)破碎比功 (a) AlMg3；(b) 聚丙烯。因此，每單位表面積增加的特定能量下降到一個(gè)恒定的值。這意味著

17、，拉伸切割過程中的軸向間隙型的剪切應(yīng)力下發(fā)生常數(shù)較低的能源供應(yīng)（圖11a），在聚丙烯粉碎出現(xiàn)類似的過程。另外，在圖11b中可以看出，它的壁厚特別是對(duì)于裂紋的形成起著重要的作用。測試每單元表面積增加的特定能量，厚度為5毫米的壁在測試機(jī)構(gòu)中的形成的裂紋比2毫米壁厚的高出三倍。但是，刀的橫向邊緣上面的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，每單位能量所需的表面積的增加僅是很小的。3.4 軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪粉碎過程中的參數(shù)定子和軸向間隙的位置，是粉碎過程的基本參數(shù)。在下文中，這些參數(shù)將被更詳細(xì)的討論。3.4.1 定子的位置粉碎和變形過程受到朝向轉(zhuǎn)子的定子位置的影響。在較低的刀接觸角<30º，變形過程不太顯著。這

18、結(jié)果說明在特定情況下每單位表面面積的增加所需的能量較低，然而與不良的送料條件（圖12）相關(guān)聯(lián)。這些強(qiáng)調(diào)的條件對(duì)應(yīng)那些大多數(shù)單轉(zhuǎn)子的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)剪，配備供給裝置（例如，一個(gè)推進(jìn)器）以確保正確的操作。通過增加刀接觸角，變形和摩擦過程變得更加激烈。出于這個(gè)原因，每單位表面積增加的特定能量也會(huì)上升?？捎^察到刀接觸角ZE約60º與E, RS ca. 35º的板狀材料相一致。3.4.2 軸向游隙通過軸向游隙的增加，粉碎過程在軸向間隙發(fā)生變化。測試機(jī)構(gòu)在圖中從低的軸向間隙（sA=0.2毫米）過渡到更高的軸向間隙。這個(gè)過程可以較深的繪制（圖7c）。在這種情況下，拉伸應(yīng)力導(dǎo)致破裂（撕裂應(yīng)力）。AlMg3片和聚丙烯板的粉碎的能量消耗不同的趨勢，可在過渡期間觀察到剪切撕裂應(yīng)力（圖13）。圖12 定子位置對(duì)破碎比功的影響圖13 軸向間隙對(duì)破碎比功的影響AlMg3粉碎過程中（a）低變形時(shí)每單位表面積增加的特定能量沒有顯著的差異（ZE=17º）。另一方面，在較高的刀接觸