Експериментальне визначення моменту інерції обертових мас на валу ротора роторної дробарки для переробки відходів полімерних матеріалів

Abstract

У статті представлено результати експериментальних досліджень з визначення моменту інерції обертових мас привода роторної ножової дробарки, що використовується для переробки відходів полімерних матеріалів. Обґрунтовано необхідність точного знання інерційних параметрів для розроблення адекватних математичних моделей динаміки привода та раціонального підбору конструктивних параметрів маховика, що дозволяє мінімізувати вплив значних динамічних навантажень у період несталих режимів роботи роторної дробарки. Особливу увагу в роботі приділено методу визначення осьового моменту інерції складних конструктивних елементів роторної дробарки, зокрема масивного маховика. Авторами реалізовано комплексний підхід, що поєднує: експериментальний метод вільного вибігу (самогальмування), який дозволяє визначити сумарний момент інерції системи без складного демонтажу обладнання, базуючись на показниках споживаної потужності холостого ходу та часу повного зупинення ротора, та аналітичний метод визначення осьового моменту інерції завдяки декомпозиції складної геометрії маховика на елементарні геометричні тіла (усічені конуси, циліндри, циліндричні сегменти, прямокутні паралелепіпеди тощо). Наведено детальні розрахункові вирази для кожного з цих елементів, що дозволило отримати точне значення осьового моменту інерції маховика (JM = 0,291 кг•м²) та відокремити його від загального моменту інерції обертових мас на валу ротора. Отримані результати підтверджують можливість варіювання інерційними характеристиками привода роторної ножової дробарки через зміну геометричних параметрів окремих елементів для підвищення енергоефективності процесу подрібнення.

This article presents the results of experimental studies aimed at determining the moment of inertia of the rotating masses in the drive system of a rotary knife crusher used for processing polymer waste. The necessity of accurately knowing the inertial parameters is justified for the development of adequate mathematical models of the drive dynamics and the rational selection of the flywheel’s design parameters, which allows minimising the impact of significant dynamic loads during transient operating modes of the rotary crusher. Particular attention is paid in this work to the method for determining the axial moment of inertia of complex constructional elements of the rotary crusher, in particular the massive flywheel. The authors have implemented a comprehensive approach combining: the experimental free-running (self-braking) method, which allows the total moment of inertia of the system to be determined without complex dismantling of the equipment, based on the idling power consumption and the time required for the rotor to come to a complete stop, and an analytical method for determining the axial moment of inertia by decomposing the complex geometry of the flywheel into elementary geometric bodies (truncated cones, cylinders, cylindrical segments, rectangular parallelepipeds, etc.). Detailed calculation expressions are provided for each of these elements, which made it possible to obtain the exact value of the flywheel’s axial moment of inertia (JM = 0.291 kg•m²) and separate it from the total moment of inertia of the rotating masses on the rotor shaft. The results obtained confirm that it is possible to vary the inertial characteristics of a rotary knife crusher drive by altering the geometric parameters of individual components in order to improve the energy efficiency of the crushing process