JPS6137988B2 - - Google Patents

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JPS6137988B2
JPS6137988B2 JP10977782A JP10977782A JPS6137988B2 JP S6137988 B2 JPS6137988 B2 JP S6137988B2 JP 10977782 A JP10977782 A JP 10977782A JP 10977782 A JP10977782 A JP 10977782A JP S6137988 B2 JPS6137988 B2 JP S6137988B2
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rotary
shearing
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rotary blade
blades
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Takahiro Ooshita
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Ebara Corp
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Publication date
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  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般産業用廃棄物、特に都市ごみな
どの如く、形状や寸法が一定していない固形物を
剪断作用などにて破砕する剪断破砕機に関するも
のである。
従来廃棄物例えば都市ごみを処理するに当たり
有効に処分するため通常破砕装置で破砕を行なう
が、この種の装置にはいろいろな種類があり、大
別すると次の様になる。即ち機能面からは 衝撃式破砕機、剪断式破砕機、圧縮式破砕機又
は、以上の機能を組合せた破砕機に分類できる。
一方、形式、構造面からは回転式破砕機、往復動
式破砕機又はその他に分類できる。
ここで、往復式破砕機はいわゆる油圧駆動のギ
ロチンタイプに代表される形式であり、圧縮式破
砕機はキヤタピラ式やプツシヤ式に代表される形
式で、いずれも建築廃材等の粗大ごみ用として開
発されたものであつて、一般都市ごみ用、特に流
動床焼却炉の前処理機としては破砕粒度が大きく
不適当である。従つて現在製作されている都市ご
み用破砕機は、ほとんどすべて回転式で衝撃式、
剪断式、衝撃剪断複合式の3つの形式に大きく分
けられる。
その中で衝撃のみの形式のものは脆性物の破砕
にはよいが、ヒモ、布類やフイルム等の延性物は
破砕できないという欠陥があり、これも一般都市
ごみ用の前処理機としては適当ではないので、現
状では剪断式と衝撃剪断複合式の2つの形式が主
流となつている。
前記剪断式と複合式の2つの形式にもそれぞれ
一長一短があり、用途に応じて使い分けている。
例えば複合式は冷蔵庫やテレビ等の粗大ごみの
破砕もできるため対象物の物性、形状に関係な
く、ほとんどすべてのものが高速で破砕できると
いう長所を有するが、馬力が過大なこと、ハンマ
ー等の摩耗が激しいこと、ハンマーにヒモ、布類
が巻きつくこと、騒音、振動が大きいこと、粉塵
対策が必要なこと、及び危険物が入つてきた時に
爆発の危険があること等取扱いに面倒なことが多
い。
それに比べて剪断式は粗大ごみの破砕には不適
当だが、低速回転で衝撃作用が少ないため、騒
音、振動が少なく紛塵対策も不要であり、また破
砕産物の寸法が回転刃の幅によつて決まるため、
微破砕はできないが、回転する刃で切つて破砕す
るため脆性材でも延性材でも間違いなく破砕で
き、更に大きな長所は馬力が前記複合式の1/3以
下で済む利点がある。
しかしながらこの回転剪断式破砕機でも衝撃剪
断複合式のように破砕対象物を数回繰返し破砕す
ることがなく、一回限りの剪断作業後、即排出す
るため粒度が比較的粗く、特に棒状物(木板、木
枝等)が破砕機の竪方向に入つた時に刃と刃の間
をすつぽりと素通りし時には500mm位の長さで出
てくることがあり、後続の搬送機等でブリツジ詰
り等のトラブルを生ずるという欠点があつた。
そのため従来この種の装置では回転軸の下面に
スクリーン等の抵抗体を設け一定寸法以下に破砕
されたものをスクリーンを通して排出し、大きな
寸法のものはスクリーンを通過可能になるまで繰
返し破砕するという方式を採用しているものがあ
つたが、処理能力の低下及びウエス類によるスク
リーンの閉塞トラブル等により安定な運転は困難
であつた。
それ故、処理能力を低下させることなく、かつ
又閉塞トラブルを生じることなく一定寸法以下に
破砕し安定な運転を行うためには回転剪断式破砕
機を上下に互いに直角方向に配置した2段式の破
砕機を使用せねばならなかつた。そのため設備費
及びランニングコスト共に2倍にせざるを得ない
という欠点があつた。
本発明は、これら従来の欠点を除去するため回
転剪断式破砕機の回転刃とカラーとの間で新しい
破壊機構を与えるような構造とすることにより棒
状物が刃と刃の間をすつぽりと素通りすることな
く、確実に100mm程度に破壊されて出てくるた
め、回転剪断式破砕機を2段にすることなく1段
で十分であり後続の搬送機等でのトラブルを解消
するものである。
なお、従来、流動床式焼却炉の前処理としての
破砕機による破砕粒度は厚生省の「ごみ処理施設
構造指針」によると「破砕ごみの最大寸法は、ご
みを特殊炉による焼却または高速堆肥化施設の前
処理として破砕する場合:5cm以下」となつてい
るが、流動床式焼却炉においては破砕粒度100mm
程度でもまつたく問題はない。
よつて回転刃を素通りして出てくる長物棒状物
さえ破砕することにより、粒度は比較的粗くとも
回転剪断式破砕機1段のみで、後続の搬送機でト
ラブルなくかつ又、流動焼却に支障なく安定した
連続運転が可能になるものである。
即ち従来のものの例を示せば、第1図の横型二
軸回転剪断式破砕機は第2図のように回転刃が配
列されている。この破砕機は平行な二本の回転軸
1,2が互に逆向きに(上側において互いに内向
きに)回転し、回転軸1,2にはカラー部15,
16と交互に取り付けられている回転刃3,4の
ツメ7,8の側面エツジが互に噛み合つて、投入
口5よりケーシング9中に投入された材料を剪断
破砕するものであり、同時に回転刃3,4間の圧
縮力によつても破砕を行なうことになつている。
24はスクレツパーである。
第3図は、本発明による改良前のものの例によ
る破砕工程を示すものであり、同図aで破砕対象
物を受入れ同図bで圧縮する。ここで、回転刃
3,4のツメ7,8は破砕対象物を圧縮する時に
逃げないようにするための単なるストツパーの役
割を果すものであり、破砕対象物6の種類によつ
てはツメ7,8の形状も簡単な突起程度のもので
よい。同図cの状態で、圧縮された対象物をいよ
いよ剪断開始し、ハサミで紙類を切る如く滑らか
に剪断し、同図dで剪断作業終了し同図aの工程
に戻る。
このように、六角形状の回転刃の場合は1回転
のうちに第3図のa〜dまでの作業を6回繰返
す。従つて1回転中休みなく作業していると同時
に負荷トルクも均一となる。
しかしながらこのような構成のものにおいては
第4図a,b,c,dに示す如く回転刃4とこれ
に対向するカラー部15との隙間に入つた棒状長
物17は素通にしてしまう欠点を有するものであ
つた。
本発明は、この点をも改善するため対向する回
転刃とカラー部とにそれぞれ突起を設け、その包
絡りんかく線が互に干渉するよう構成したことに
より、従来のものの欠点を除き、長物棒状物も確
実に破砕して所定の寸法内に入れることができる
剪断破砕機としたものである。なお本明細書にお
いて、「包絡りんかく線」とは、回転刃やカラー
部などにおいて、状直角の断面の形の外側を張力
を与えた糸で一廻り巻いた時に糸が形成するよう
なりんかく線のことを指すものとする。
また上述の如き従来のものにおける回転刃3,
4のツメ7,8には、異物を噛んだ時に過大な衝
撃が加わりツメ7,8を折り曲げようとする方向
に過大な力が作用するため回転刃3,4の刃の部
分のみを交換容易なように分割してボルト止めし
ようとしてもボルトでは強度がほとんど不足する
ため不可能であつた。そのため回転刃3,4は耐
摩耗性、靭性の優れている高価な材質のもので一
体物として作らざるを得なかつた。そして前記回
転刃3,4が折損したり、摩耗して交換する場合
には、破砕機のシヤフトを取り出し、回転刃3,
4を順次抜き出して交換しなければならないとい
う不便があつた。
本発明は、この従来のものの欠点をも除き、回
転刃の剪断刃の部分が着脱可能となる剪断破砕機
を安価な形態で提供することも目的とするもので
ある。
本発明は、平行にして互に逆方向に回転する二
本の回転軸にそれぞれ回転刃が設けられ、該両回
転刃は互に噛み合う場合に、側面エツジによる剪
断力と表面相互間の圧縮力により破砕対象物を破
砕するよう形成された剪断破砕機において、前記
回転軸の前記回転刃はカラー部と交互に配列さ
れ、一方の回転軸の回転刃は他方の回転軸のカラ
ー部と対向し、前記回転刃は複数個の突起を有
し、かつ前記カラー部も複数個の突起を有し、該
回転刃の突起先端が対向するカラー部の突起先端
よりも先行して交又する位置に配備されていると
共に、前記回転刃の包絡りんかく線と、この回転
刃に対向する前記カラー部の外周包絡りんかく線
とが互いに干渉するよう構成され、且つ、該回転
刃及びカラー部の形状及び位置が、該回転軸と直
角の平面にそれらを投影した場合において、回転
軸を直線で結ぶ線分の垂直2等線分に関して常に
対称である関係を保つて回転するように配備され
たことを特徴とする剪断破砕機である。
本発明を実施例につき図面を用いて説明する。
第5図には、互に逆回転する回転軸1,2に複数
個取り付けられたもののうち二組の回転刃3,4
及びカラー部15,16を示す。2本の回転軸
1,2が互いに平行に配備され、この回転軸1,
2には回転刃3,4が互いに噛み合うように取り
付けられている。また回転刃3,4には突起状の
ツメ7,8が形成されているが、このツメ7,8
を含めた回転刃3,4の形状と突起18,19を
含めたカラー15,16とは回転軸1,2と直角
な平面に投影した場合回転軸1,2を直線で結ぶ
線分を直角に2等分する線に対して対称となつて
おり、またこの関係が維持された状態で回転する
ものである。そしてこの回転刃3はカラー部16
と対向し、回転刃4はカラー部15と対向して配
列されている。回転刃3,4及びカラー部15,
16にはそれぞれ複数個のツメ7,8及び突起1
8,19が突出して設けられ、該回転刃3,4の
突起となるツメ7,8の突起先端が対向するカラ
ー部15,16の突起の先端よりも先行して交差
する位置に配備されている。隣接する回転刃3と
カラー部15、又は回転刃4とカラー部16とは
一体に形成されても、別個に作られて並べられて
もよい。
20,21,22,23は前述の定義による包
絡りんかく線であり、互に対向する回転刃3の包
絡りんかく線20と、カラー部16の包絡りんか
く線23とは噛み合い部付近にて互に干渉し、ま
た、回転刃4の包絡りんかく線21と、カラー部
15の包絡りんかく線22とは噛み合い部付近に
て互に干渉している。一般に互に対向する回転刃
とカラー部のそれぞれの包絡りんかく線は、突起
の一ピツチ分回転する間に少なくとも一時点にお
いて互に干渉するように形成されている。また、
ツメ7,8を含めた回転刃3,4及び突起18,
19を含めたカラー部15,16は回転軸1,2
と直角の平面上にこれらを投影した場合、回転軸
1,2を結ぶ線分の垂直2等分線に関して対称な
関係にあり、回転軸1,2が回転しても、この垂
直2等分線に関して対称の関係で回転することが
維持されている。
第6図は上述の実施例によるカラー部15,1
6と回転刃3,4の組合せにより、破砕機の竪方
向に入つた棒状長物17を折つて破壊する工程を
説明するものである。即ち、棒状長物17を折つ
て破壊する破砕システムは脆性長物の破砕にはよ
いが、プラステツクのような延性長物は破砕でき
ないで曲がつたまま排出されてくる。このような
延性長物による接続の搬送機でのトラブルはほと
んどないが、より完全にするためには、回転刃と
カラーとの間で剪断機能を与えてやればよい。
従来の横形一軸回転剪断式破砕機の一例では回
転する回転刃の先端と固定している固定刃の先端
とによる剪断作用によつて破砕するものがある
が、この実施例は前記破砕機の剪断作用を回転刃
とこれに対向するカラー部との間で行うような機
能を持たせないものである。
以下説明すると同図aで回転刃4と、これに対
向するカラー部15との間に入つた棒状長物17
は同図bで剪断状態に入り(この時回転刃3と隣
接する回転刃4の側面エツジによる剪断作業は終
了間近の状態にある)、ツメ7,8と突起18,
19の先端には軸方向に平行なエツジにより剪断
エツジが備えられ、互に噛み合つて剪断作用を行
なうようになつているので、同図cで回転刃4の
ツメ8と、これに対向するカラー部の突起18と
で、棒状長物17の剪断作業に入る(この時、回
転刃3とこれに隣接する回転刃4との間の剪断作
業は終了しており、モーター馬力は余裕を持つて
ツメ7,8及び突起18,19による剪断作用に
使用できる)。
同図dで棒状長物17は完全に剪断され排出さ
れ同図aの工程に戻る。
このように六角形状の回転刃の場合は一回転の
うちに第6図のaからdまでの作業を6回繰返
す。従つて一回転すると十分に長い棒状長物17
は6個の細片に分割されて排出されることにな
る。又、第6図のような剪断機能を与えることに
より、カラーにヒモ、布類が巻きついても剪断し
て排出するため、他のスクレツパー機能(第1図
におけるスクレツパー24参照)は不要になる。
なお、前記回転刃3,4の形状は六角形状にこ
だわることなく、破砕対象物の種類、処理量、回
転刃3,4の大きさ等に応じて3角〜5角あるい
は又7角以上と任意の角度で第6図に示す機能を
持つように設計することができるものであるが、
前述のように回転軸に直角な平面に投影した場合
の左右の対称関係は維持されねばならない。
以上の実施例は、上述の如く回転刃とこれに対
向するカラー部との間で相互的な破壊作用又は剪
断作用を与えるようにしたことによつて破砕機の
竪方向に入つた棒状長物が刃と刃の間をすつぽり
と素通りすることなく効果的に連続に棒状長物を
破砕することができるようになつたため、破砕機
を上下2段で使用することなく、1段のみで後続
の搬送機でのトラブルなく、かつ又流動焼却に支
障なく安定した連続運転ができるようになる。従
つて焼却設備における前処理設備の設備費、ラン
ニングコスト共に大幅に節約することができる。
第7図a,bは別の実施例における回転刃4を
示したもので第7図aは第8図、第9図に示す如
き剪断刃10を剪断刃取付用回転体11にボルト
13にて着脱可能に取り付け突起7つきの回転刃
4としたもので第7図bは取付用回転体11が正
六角形として製作を容易としたものである。
本実施例の作用効果と対比するために、第10
図にて従来の回転刃4のツメ8が異物12を噛ん
だ時に作用する衝撃力の方向と大きさにつき説明
する。
第10図は動力37K.W.の二軸回転式剪断破砕
機の例であり、図に示すような異物12を噛むと
回転刃先のツム8は矢印Fのように回転刃4の接
線方向に荷重を受ける。
回転刃4の外径はφ480mmであり半径R=240mm
=24cm 回転数N=30mm-1とすると トルクT=97400×K.W./N=120.127Kg−cm 回転刃4の刃先のツメ8にかかる力Fは F=T/R≒5000Kg衝撃係数3とすると F′=15000Kgとなる よつて、このような過大な曲げ作用を受ける部
分にボルト止めするというのは構造上、機能上に
無理があつた。
第11図a,bは第7図の実施例における剪断
刃付回転体による剪断力の作用とその反力を説明
するものである。
同図aにおいて剪断力の作用を説明する モーター馬力 HK.W. 回転数Nmm-1とすると トルクT=97400×H/NKg−cm 剪断部の半径Rcmとすると 左右の回転体1本
当りに働く回転力P′Kgは P′=T/2/RKg 剪断点Sと軸心a又はbを結んだ直線と軸心a,
bを結んだ直線との角度をθとすると、左右の回
転体の回転力P′による合成回転力PKgは P=2P′cosθKg 剪断点Sにおいて被破砕物に与える剪断力FKg
は、 F=P/2tanθ=2P′cosθ/2tanθ
=P′cosθ/tanθ… となる。
ここで第10図で説明した従来のものとを比較
するため実際の数値を入れてみる H=37K.W. N=30mm-1 とすると T=97400×37/30=120.127Kg−cm θ=15゜とし、軸間距離L=36.9cm とすると R=L/2cosθ=36.9/2cos15゜=19
.1cm よつて 2P′=T/R=6.289Kg P′=3145Kg ここで2P′の値に相当するものが第10図の回転
刃のツメにかかる力 F=5000Kgであり、数値
が少し異なるのは剪断点の位置が異なるため半径
Rの数値が違うためである。
さて式より、剪断力Fは F=P′cos15゜/tan15゜ =3.6×(P′)=11.322Kg 11.322/5.000≒2.26 よつて従来のものの約2倍以上の剪断力を得る
ことができる。
又、剪断力が増加するということは、第11図
の対向する剪断刃がハサミで切るように互に接近
する速度が剪断力に反比例して落ちるということ
であり、刃に加わる衝撃が減少するということに
もつながる。
第12図は従来の横形一軸回転剪断式破砕機の
例の1つであり回転する回転刃3の先端と固定し
ている固定刃14の先端とによる剪断作用によつ
て破砕するものであるが、本図の剪断力は前記
式の(2P′)に相当するものである。
ここで θ=15゜のとき F=3.6×P′=1.8×(2P′)となり、第11図に
示す剪断刃10は同一馬力、同一回転数で1.8倍
の剪断力を得ることができるわけである。
又、θ=12.5゜とすると F=2.2×(2P′) θ=10゜とすると F=2.8×(2P′) よつて剪断点Sの位置選定によつて任意の剪断力
を得ることができるか、又は馬力を小さくするこ
とができる。
さて第11図bにおいて、剪断刃10に加わる
反力はFKgである。噛込挾角を2βとすると剪
断刃10を取付用回転体11に垂直に押付ける力
AKgは A=FcosβKg 剪断刃10を横方向にずらそうとする力BKgは B=Fsinβ′Kg 剪断刃10と取付用回転体11の接触面の摩擦係
数をμとすると、剪断刃がずれないためには μ・A≧B とならなければならない。
すなわち μ・Fcosβ≧Fsinβ よつて tanβ≦μ 剪断刃10と取付用回転体11の接触面の圧力は
かなり高いため摩擦係数はかなり高いものとな
る。
例えば μ=0.4とすると、tanβ=0.4となる 角度βは β=21.8゜ この時の噛込挾角2β=46.6゜となる よつて 2β<43.6゜であれば剪断刃10の取付
ボルト13には一切の力が作用しないということ
になる。
第11図bの例では噛込挾角 2β≒38゜であ
り取付ボルト13は簡単な固定用ボルトでよい。
2β=60゜の場合 μ>0.58 2β=45゜の場合 μ>0.42ならば取付ボルト
13に剪断がかからない。μがこれより小さくと
も、取付ボルト13にかかる力は著しく軽減され
る。
又第11図bに示すように剪断刃10に加わる
反力FKgは軸心方向に向いているため、剪断刃
10及び取付用回転体11には圧縮力は働くが過
大な曲げモーメントが作用せず、折損するという
ことはなくなる。
本実施例は上述の如く構成され作用するので、
二軸回転剪断式破砕機の回転刃に、衝撃が加わら
ず、又ツメを折り曲げようとする方向に作用する
力がなくなり回転刃の刃に作用する力の方向を軸
方向に向けて押し付けるような力とすることがで
きるため、剪断刃の部分のみを着脱容易にボルト
止め固定とすることが可能となる。しかも回転刃
の突起の先端が対向するカラー部の突起の先端よ
りも僅かに先行して交又するので棒状長物の剪断
破砕が両端近くの位置で剪断されることで細かに
破砕することができ、かつカラー部の突起は回転
刃の突起の先端背面に沿うような軌跡で移動する
ので噛み込み現象がなく安全に作業でき、さらに
剪断刃に押し付ける力は、剪断刃を取付ける回転
刃の取付面に伝わり横方向にずれようとする力は
剪断刃と取付面の摩擦係数で完全に受けるため、
取付用ボルトにはまつたく力が作用せず、固定す
るためだけの簡単に固定用ボルトに済むことが可
能となつたものである。このことによつて剪断刃
の事故は激減しかつ又、剪断刃の摩耗等による交
換は現地にて誰にでも簡単に1人で交換作用がで
きるようになる。又、耐摩耗性、靭性の優れた高
価な材料は交換用の剪断刃のみでよく取付用回転
体は高級な材質を必要とせず、かつ半永久的に使
用できるようになり、破砕機自体を安価で製作す
ることができるようになる。
本発明は、平行にして互に逆方向に回転する二
本の回転軸にそれぞれ回転刃が設けられ、該両回
転刃は互に噛み合う場合に、側面エツジによる剪
断力と表面相互間の圧縮力により破砕対象物を破
砕するよう形成された剪断破砕機において、前記
回転軸の前記回転刃はカラー部と交互に配列さ
れ、一方の回転軸の回転刃は他方の回転軸のカラ
ー部と対向し、前記回転刃は複数個の突起を有
し、かつ前記カラー部も複数個の突起を有し、該
回転刃の突起先端が対向するカラー部の突起先端
よりも先行して交又する位置に配備されていると
共に、前記回転刃の包絡りんかく線と、この回転
刃に対向する前記カラー部の外周包絡りんかく線
とが互いに干渉するよう構成され、且つ、該回転
刃及びカラー部の形状及び位置が、該回転軸と直
角の平面にそれらを投影した場合において、回転
軸を直線で結ぶ線分の垂直2等線分に関して常に
対称である関係を保つて回転するように配備され
たことにより、細長い棒状物が混入していても確
実にツメで取り込んで剪断することができる。ま
た、加えて本願発明では回転刃のツメの後方(背
後)を対向するカラー部の突起が接近して通過す
ることになるので、先行する回転刃のツメとこれ
を追うカラー部の突起との間に引き裂き作用が生
じ、回転刃同士で剪断されなかつた物体であつて
もこの引き裂き作用によつて細かに破砕して所定
の寸法内に入れることができ、破砕処理能力を大
巾に向上できかつ構造が簡単であり二段式の破砕
機構にすることなく設備並びに処理経費も著しく
削減し信頼性の高い剪断破砕機を提供することが
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の縦断面図、第2図はその平面
図、第3図及び第4図はその作用工程説明図、第
5図は本発明の実施例の回転刃付近の側面図、第
6図はその作用工程説明図、第7図は本発明の回
転刃の別実施例の側面図、第8図及び第9図はそ
の剪断刃の縦断面図及び横断面図、第10図は従
来例の刃先力の説明図、第11図は本発明の実施
例の刃先力説明図、第12図は従来例の断面側面
図である。 1……回転軸、2……回転軸、3……回転刃、
4……回転刃、5……投入口、6……破砕対象
物、7,8……ツメ、9……ケーシング、10…
…剪断刃、11……取付用回転体、12……異
物、13……取付ボルト、14……固定刃、1
5,16……カラー部、17……棒状長物、1
8,19……突起、20,21,22,23……
包絡りんかく線、24……スクレツパー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 平行して互いに逆方向に回転する二本の回転
    軸にそれぞれ回転刃が設けられ、該両回転刃は互
    いに噛み合う場合に、側面エツジによる剪断力と
    表面相互間の圧縮力により破砕対象物を破砕する
    よう形成された剪断破砕機において、前記回転軸
    の前記回転刃はカラー部と交互に配列され、一方
    の回転軸の回転刃は他方の回転軸のカラー部と対
    向し、前記回転刃は複数個の突起を有し、かつ前
    記カラー部も複数個の突起を有し、該回転刃の突
    起先端が対向するカラー部の突起先端よりも先行
    して交又する位置に配備されていると共に、前記
    回転刃の包絡りんかく線と、この回転刃に対向す
    る前記カラー部の外周包絡りんかく線とが互いに
    干渉するよう構成され、且つ、該回転刃及びカラ
    ー部の形状及び位置が、該回転軸と直角の平面に
    それらを投影した場合において、回転軸を直線で
    結ぶ線分の垂直2等線分に関して常に対称である
    関係を保つて回転するように配備されたことを特
    徴とする剪断破砕機。 2 前記突起が、軸平行エツジによる剪断エツジ
    を備えている特許請求の範囲第1項記載の剪断破
    砕機。 3 前記回転刃の突起が、剪断刃であつて該剪断
    刃を回転体に着脱可能に取り付けられた剪断刃取
    付用回転刃である特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の剪断破砕機。
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