Что такое шредер для шин и прочей резины

Шредер — это оборудование для грубого измельчения эластичных материалов. В переработке шин он ставится на первой или второй стадии и разрушает целый каркас или сектора, предварительно полученные при резке шин ножницами.
Шредеры бывают разные: по конструкции, назначению, мощности и возможностям. Ниже пойдёт речь только о тех вариантах, которые применяются для утилизации резины.

Какие бывают шредеры для резины

• Одновальные типа «грызун» — мы их называем «бобёр». Самые скоростные из всех шредеров с относительно мелкими зубьями.
• Одновальные тихоходные — с большими зубьями. Режут, протягивая материал через контрножи, закреплённые неподвижно на корпусе.
• Многовальные — принцип как у двухвальных, но есть дополнительные пары ножевых валов. Либо для улучшения затягивания материала, либо для дополнительного более мелкого помола чипсы.

Из практики последних 30 лет заслуженную наибольшую популярность в секторе шинопереработки получили именно двухвальные шредеры. Поэтому ниже речь пойдёт в основном о них.
Негласно считается хорошей линией та, где есть шредер. В некоторых их два, и даже нам встречались с тремя. Но большее количество не значит лучше. Результат зависит прежде всего от правильного подбора параметров и места установки этих тяжёлых измельчителей в комплексе. Чаще всего достаточно одного правильно подобранного шредера для хорошей линии средней производительности, задача которой — работать со стандартными шинами.

Типы двухвальных шредеров
Двухвальные шредеры условно делим на три класса.
Тяжёлые
Машины весом от 7 до 20 тонн, мощностью от 75 до 180 кВт. Наружный диаметр дисков — от 450 мм и более, толщина диска — от 40 мм и более. Способны перерабатывать целиком грузовые покрышки до 1200 мм.
Иногда требуют предварительно удалить из посадочных колец ТБП (толстую бортовую проволоку) или вырезать посадочное кольцо, чтобы избежать проблем с застреванием и преждевременным износом. Хотя есть модели, которые ТБП переваривают без серьёзного ущерба для себя.
На выходе — крупные чипсы и полосы. Это обусловлено прежде всего толщиной диска и расстоянием между откусывающими зубцами. Чем меньше зубьев и больше диаметр ножа, тем длиннее тело чипсы. Чем толще нож, тем шире чипса. Толщина чипсы задаётся прежде всего толщиной самой шины.
Для калибровки чипса, а также для более лучшего измельчения на тяжёлых шредерах можно встретить барабанные просеиватели (по конструктиву похожие на грохот с ячейками), интегрированные с камерой дробления. Если чипс больше диаметра ячейки, он не проходит на выгрузку, а возвращается обратно в камеру и повторно проходит стадию измельчения и просеивания.
Такая калибровка с одной стороны уменьшает размер выходных чипсов, делая их более однородными. С другой — заметно снижает пропускную производительность.
Средние
Шредеры с дуальными валами имеют вес от 1 до 7 тонн, мощность от 15/22 до 60 кВт. Обычно на них можно переработать целые легковые покрышки и части, сегменты от грузовых.
Это наиболее часто встречающийся класс в линиях механического рециклинга резины средней производительности — 300–1500 кг в час. Чаще всего в комплектации перед таким крашером ставят гидравлические или дисковые ножницы, которые переводят целый объёмный каркас на более плоские части. Также зачастую ставят станок для удаления толстого корда: либо вырыватель ТБП, либо вырезатель посадочных колец.
Что даёт предварительная компоновка целой покрышки на части и вывод толстой бортовой проволоки:

• диаметр и толщина дисков могут быть значительно меньше;
• сама камера дробления такого среднего шредера может быть меньше без потери производительности по сравнению со шредером для целых шин;
• выходная фракция чипсы на более тонких ножах будет меньше, что положительно сказывается на дроблении в хвосте линии;
• цена среднего шредера значительно ниже, обслуживание проще.

Обслуживать можно собственными силами без привлечения спецтехники и дорогостоящих специалистов. Заменить ножи, купить новые гораздо дешевле. Эти и другие факторы делают средний класс двухвальных шредеров лидером в сегменте массовых линий по переработке шин в крошку. Иногда и такие можно встретить с барабанами-просеивателями для калибровки чипса.
Лёгкие
Двухвальные шредеры для шинной резины. Чаще всего имеют вес от 1 до 2 тонн. Характерны небольшой камерой дробления, более тонкими спиралезубчатыми ножами небольшого диаметра.
Применяются в основном в двух случаях: как вторая стадия после более тяжёлого измельчителя либо для измельчения тонколистовой резины преимущественно без корда. Например, нашпальных железнодорожных прокладок и т.п.

Универсальность двухвальных шинных шредеров
Наша аксиома: «Не каждый универсальный шредер может переработать шинную резину с кордом, но любой шинный шредер можно считать универсальным».
Почему мы пришли к этому: конструкция автомобильного баллона — это не просто резина. Это высокопрочная резина, армированная текстильным и очень твёрдым металлическим кордом. Композитный материал из трёх сильно различающихся компонентов:

• Резина — прочная, износостойкая, твёрдая, но эластичная. При сжатии выделяет тепло.
• Металлокорд — сплетённые нити из легированной стали, толщиной менее 0,5 мм.
• Тканекорд — синтетическая нить (кевлар, капрон), которая пушится при нагрузках.

Все три компонента требуют очень разных видов воздействий для их разрушения. Поэтому для измельчения такого сложного материала, как шина, нужны особые условия:

• гигантский крутящий момент на валах;
• высокопрочные износостойкие ножи и их специальная геометрия;
• система самоочистки ножей и камеры от забивания материалом;
• износостойкость самой камеры дробления и её футеровка (внутренняя оболочка, которую можно менять при износе);
• более 7 важных и около 20 второстепенных параметров.

Такие повышенные требования к шинному шредеру делают его универсальным и для других материалов: металл, дерево, кости, пластик и т.д.

Принцип работы двухвального шредера
В отличие от роторных дробилок и грануляторов, шредер работает на низких оборотах — 13–45 об/мин. Но при этом развивает колоссальный крутящий момент благодаря максимальной редукции. Этого достаточно, чтобы захватить, сжать, расслоить и разорвать даже усиленную металлокордом толстую шинную резину.
Двухвальная конструкция — это два параллельных ротора с насаженными по спирали ножевыми зубчатыми дисками. Они вращаются навстречу друг другу. Захватывают резину клыками, напоминающими крюк. Сдавливают её в зазоре между валами. И разрывают в точках максимального напряжения.
При этом стальные нити корда, проходящие внутри резины, выполняют роль естественных концентраторов напряжений. Они не режут резину самостоятельно, но создают микро-раны по границе «резина-металл», которые облегчают разрушение материала.
Наличие стального корда с одной стороны усложняет задачу, с другой — помогает процессу дезинтеграции. Мы это подметили ещё на наших первых запусках в 2005 году, когда сравнивали поведение шин с разными типами корда в одной и той же машине. Удивлялись, когда ЦМК-шины измельчались быстрее, чем диагональные с текстилем. Хотя казалось бы — металлические жилы против капроновой нити.
Однако справедливо отметить: данный эффект напрямую зависит от конкретной модели измельчителя и конфигурации его камеры дробления — геометрия ножевых дисков и контрножей корпуса, зазоры и другие параметры.

Как работает двухвальный шредер: три фазы
Процесс разрушения шинной резины в шредере проходит три последовательные стадии.
1. Захват
Резина попадает в загрузочную горловину. Крюкообразные ножи на валах зацепляют её и втягивают внутрь камеры. Благодаря низкой скорости и большому усилию материал не отбрасывается, а стабильно подаётся в зону резания. Также очевиден эффект самозатягивания: как только материал зацепило когтями дисков — он идёт дальше сам.
2. Сжатие
В зазоре между валами резина оказывается зажата с двух сторон. Она деформируется, уплотняется, в ней накапливается внутреннее напряжение. Именно на этой стадии эластичность резины превращается из защиты в уязвимость: она работает против себя.
3. Сдвиг и разрыв
Ножи смещаются относительно друг друга. Напряжённая резина не выдерживает и разрывается по линиям сдвига. Крупный кусок превращается в несколько чипсов с рваными, но ровными краями.
Для понимания приведём бытовой пример: резина проще режется ножом, если её предварительно натянуть, согнув. В месте сгиба создаётся перенапряжение — и если по этому месту провести кромкой лезвия, даже при небольшом усилии произойдёт рез.
Есть ещё один важный фактор: чем меньше зазор между встречно вращающимися дисками, тем легче и лучше разрезание. Два ножевых вала входят как бы в пазл друг друга, они установлены в шахматном порядке. Это обеспечивает их точное позиционирование и постоянное зацепление. Следствие — непрерывный круговой процесс резания в отличие от цикличных резов, например, дробилок или ножниц.

Конструкция шредера: из чего он состоит
Рама
Сварная конструкция из толстостенного металла. Выдерживает вибрации и ударные нагрузки. Для шредеров от 30 кВт рама дополнительно усиливается рёбрами жёсткости.
Два ротора (вала)
Цельные, из прочной стали. Часто это многоугольник: шести- или пятигранный вал. Иногда вал круглый со шпоночными пазами. Валы проходят термообработку. На них насажены ножевые диски с распорными втулками-приставками. Расстояние между дисками определяет ширину захвата материала.
Обычно диски обоих валов взаимозаменяемые и имеют одинаковые параметры. Толщина проставочного кольца соответствует толщине ножа. Толщина контрножей корпуса немного меньше толщины диска — 0,5–2 мм. Они выполняют роль счищателей материала после его прохождения через камеру.
Ножи
Основной рабочий элемент. Изготавливаются из износостойких сталей: Х12МФ, Cr12MoV, Hardox-600, 9ХС. Твёрдость закалки — от 50 до 62 HRC. Заготовки проходят закалку и криогенную обработку для снятия внутренних напряжений.
Каждый нож имеет обычно две боковые режущие кромки с углом 90 градусов. Бывают нестандартные ножи с четырьмя кромками, где клык имеет двустороннюю форму. При износе одной стороны такой нож переворачивается и работает неизношенной стороной. Это продлевает ресурс.
Редукторы и двигатели
Стандартные, распространённых в РФ марок. Не требуют специального обслуживания. При выходе из строя заменяются на аналоги без переделки креплений — мы специально унифицировали посадочные места под популярные в России модели.
Защитная система
Чаще всего на двухвальных шредерах устанавливается защита от перегрузок. Это может быть контроллер с PLC. Он постоянно отслеживает нагрузку на двигателях. При превышении порога автоматически включается реверс — кратковременное обратное вращение валов для освобождения камеры. Это предотвращает поломки при попадании посторонних предметов: камней, арматуры, фрагментов дисков.

Роль металлокорда в процессе измельчения
Мы часто слышим от клиентов: «Металл в шинах — это проблема. Он убивает ножи. Забивает шредер. Усложняет сепарацию».
Отчасти это так. Но, исходя из нашего опыта работы с разными типами сырья, мы пришли к выводу: металлокорд — это не только зло, но и помощник.
Стальной корд внутри шины имеет модуль упругости примерно на 1–2 порядка выше, чем у резины. Когда шредер сжимает покрышку, резина деформируется, а корд — нет. На границе двух материалов возникают микро-расслоения и трещины. Эти дефекты значительно облегчают сдвиг и разрыв резины.
Другими словами, шредер не режет корд, а использует его как «нож», который работает изнутри. Особенно это заметно на шинах с цельнометаллическим типом каркаса. ЦМК-шины измельчаются быстрее и дают более стабильный чипс, чем текстильные, несмотря на большее количество металла.
Мы провели серию замеров на двух одинаковых шредерах: один работал на ЦМК-шинах, второй — на диагональных с тканевым кордом. При одинаковой загрузке производительность на ЦМК оказалась выше на 15–18%.