Influence of parameters of shredder’s working body and physical and mechanical properties of wood raw materials on the results of shredding process

Цель работы исследовать влияние угла заточки и скорости рабочего органа машины-измельчителя древесных отходов на разрушение кусковых отходов окорки. Исследование базируется на положениях теории упругости и механики контактного взаимодействия. При получении вспомогательных зависимостей и обработке результатов расчетов использованы методы аппроксимации численных данных. На основе решения задачи о внедрении клиновидного индентора в упругопластический разрушаемый массив получено уточненное выражение контактной силы, возникающей в древесном материале под воздействием рабочего органа измельчителя, в котором в явном виде учтен угол заточки рабочего органа. Анализ показал, что выражение контактной силы можно представить как многопараметрическую функцию, включающую в себя параметр угла заточки рабочего органа, зависящий от тангенса угла заточки, и параметр механических свойств разрушаемого древесного материала, являющийся степенной функцией модуля деформации либо плотности древесного материала. На основе полученного выражения контактной силы предложена зависимость, устанавливающая связь удельной энергоемкости измельчения с углом заточки рабочего органа, механическими свойствами измельчаемого сырья и степенью его измельчения. Установлено, что для измельчения древесины плотностью 550 кг/м3 и коры плотностью 350 кг/м3 за счет удара рабочего органа измельчение коры и древесины с линейным размером фракции 50 мм происходит при частоте вращения рабочего органа на уровне 500 об./мин, молоткового рабочего органа на уровне 1000 об./мин. Для измельчения коры и древесины в более мелкие, менее 5 мм, фракции достаточная частота вращения ножевого рабочего органа составляет 10002000 об./мин в зависимости от угла заточки, молоткового 3000-3500 об./мин. Полученные оценки согласуются с опытом промышленного производства оборудования для измельчения древесных отходов. The purpose of our work is to investigate the influence of the sharpening angle and speed of the working device of the wood waste shredder on the destruction of lumpy waste of edging. The research is based on the positions of the theory of elasticity and mechanics of contact interaction. At finding out of auxiliary dependences and processing of results of calculations methods of approximation of the numerical data are used. On the basis of the solution of the problem of indention of a wedge-shaped indenter into an elastic-plastic destructible array, the specified expression of the contact force arising in a wood material under the influence of a shredder working device in which the angle of the working device sharpening is explicitly taken into account is obtained. The analysis showed that the expression of contact force can be presented as a multi-parameter function, including the parameter of the angle of sharpening of the working device, depending on the tangent of the angle, and the parameter of mechanical properties of the shredded wood material, which is a power function of the deformation module or density of the wood material. On the basis of the received expression of the contact force a dependence which establishes relationship of specific power intensity of shredding with a shredding angle of the working device, mechanical properties of the shredded raw material and degree of its shredding is offered. It is established that for shredding of wood with a density of 550 kg/m3 and bark with a density of 350 kg/m3 due to the impact of the working device shredding of bark and wood with a linear fraction size of 50 mm occurs at a speed of the working device at 500 rpm, hammering working device at 1000 rpm. For shredding bark and wood into smaller, less than 5 mm fraction, the sufficient speed of the knife impeller is 10002000 rpm, depending on the angle of shredding, the sufficient speed of hammer impeller is 30003500 rpm. The received estimations are consistent with the experience of industrial production of equipment for wood waste shredding.