Đatn-Nguyễn Ngọc Anh.pdf

NGUYỄN NGỌC ANH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN MÁY XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Chọn công nghệ, máy và thiết bị nghiền – phân
loại đá xây dựng năng suất Q=100 m3/h. Thiết kế máy sàng
cho dây chuyền thiết bị

Ngành: MÁY XÂY DỰNG

Giáo viên hướng dẫn: GS.TS. Trần Văn Tuấn
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Ngọc Anh
Mã số sinh viên :
9664
Lớp:
64KM

2024

Hà Nội - 2024


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
KHOA CƠ KHÍ XÂY DỰNG

BỘ MƠN MÁY XÂY DỰNG

Hình 4. Mẫu trang phụ bìa đồ án

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY XÂY DỰNG

Tên đề tài: Chọn công nghệ, máy và thiết bị nghiền – phân

loại đá xây dựng năng suất Q=100 m3/h. Thiết kế máy sàng
cho dây chuyền thiết bị
Sinh viên thực hiện:
Lớp:
Mã số SV:

Nguyễn Ngọc Anh
64KM
9664

Cán bộ hướng dẫn chính: GS.TS. Trần Văn Tuấn
Cán bộ chấm sơ khảo:
PGS.TS. Vũ Liêm Chính

BỘ MƠN THƠNG QUA
Hà nội, ngày.......tháng........năm 2024

Hà Nội - 2024


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………..………………………… 11

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG……………………………………………... 12
1.1. Giới thiệu chung về đá xây dựng…………...………………………………… 12
1.1.1. Khái niệm…………………….…………...………………………………… 12
1.1.2. Phân loại……………………...…………...…………………………………15
1.1.3. Quá trình và thiết bị khai thác đá và đá dăm…………………………………16
1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình đập nghiền………………………………………18
1.2.1. Mục đích và ý nghĩa của đập nghiền…………………………………………18
1.2.2. Một số tính chất cơ bản của vật liệu nghiền………………………………….19
1.2.2.1. Độ bền……………………………………………………………………...19
1.2.2.2. Độ giịn…………………………………………………………………….19
1.2.2.3. Độ cứng…………………………………………………………………… 20
1.2.3. Đặc tính của q trình nghiền………………………………………………...20
1.2.3.1. Kích thước hạt……………………………………………………………..20
1.2.3.2. Thành phần hạt của sản phẩm………………………………………………21
1.2.3.3. Mức độ nghiền……………………………………………………………..22
1.2.3.4. Năng lượng nghiền…………………………………………………………22
1.2.4. Các phương pháp phá vỡ vật liệu nghiền………….…………………….….. 23
1.2.5. Một số máy nghiền đá xây dựng………………………………………….….24
1.2.5.1. Máy nghiền hạt…………………………………………………………….24
1.2.5.2. Máy nghiền bột…………………………………………………………….25
1.2.6. Giới thiệu dây chuyền công nghệ-phân loại đá xây dựng……………………26
1.2.6.1. Chu trình hở………………………………………………………………..26
1.2.6.2. Chu trình kín……………………………………………………………….26
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ CHO TRẠM NGHIỀN
SÀNG ĐÁ XÂY DỰNG…………………………………………………………...27
2.1. Xác định tỷ số nghiền………………………………………………………….27
2.2. Chọn máy nghiền công đoan 1…………………………………………………29

1

2.2.1. Tính tốn thành phần hạt theo phương án A…………………………………32
2.2.2. Tính tốn thành phần hạt thep phương án B………………………………....34
2.3. Chọn loại máy nghiền cho công đoạn 2………………………………………..37
2.3.1. Chọn loại máy………………………………………………………….….…37
2.3.2. Tính tốn thành phần hạt của các loại đá của phương án C……………….…39
2.3.3. Tính tốn thành phần hạt của các loại đá của phương án D……………….…41
2.4. Tính chọn máy sàng rung………………………………………………………44
2.4.1. Tính chọn hai máy sàng trung gian và một máy sàng vơ hướng có hai mặt
sàng………………………………………………………………………………... 44
2.4.1.1. Tính chọn máy sàng rung trung gian 1……………………………………..44
2.4.1.2. Tính chọn máy sàng rung trung gian 2……………………………………..45
2.4.1.3. Tính chọn sàng phân loại sản phẩm………………………………………..49
2.4.2. Tính chọn phương án sử dụng hai máy sàng sản phẩm có ba mặt sàng………52
2.5. Tính chọn băng tải……………………………………………………………...57
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY PHÂN LOẠI VÀ TÍNH TỐN CÁC THÔNG SỐ
CỦA MÁY SÀNG PHÂN LOẠI…………………………………………………..69
3.1. Thiết kế máy sàng phân loại sản phẩm…………………………………………69
3.1.1. Khái niệm…………………………………………………………………… 69
3.1.2. Phân loại sàng………………………………………………………………..70
3.1.3. Chọn kết cấu mặt sàng……………………………………………………….70
3.1.4. Chọn phương án bố trí mặt sàng sản phẩm…………………………………..71
3.1.5. Lựa chọn hình dạng lỗ sàng………………………………………………….73
3.1.6. Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của máy sàng có hướng………………74
3.1.6.1. Cấu tạo chung…………………………………………………………….. 74
3.1.6.2. Nguyên lý làm việc chung của máy………………………………………...75
3.2. Tính tốn các thơng số cơ bản của máy sàng…………………………………..78
3.2.1. Xác định các thông số cơ bản………………………………………………..78
3.2.2. Tính mặt sàng……………………………………………………………….. 78
3.2.3. Xác định tần số và biên độ dao động………………………………………...79

2


3.2.4. Xác định khối lượng gây rung……………………………………………….82
3.2.5. Tính tốn cơng suất động cơ………………………………………………….83
3.3. Tính tốn thiết kế bộ truyền đai………………………………………………...85
3.3.1. Chọn loại đai…………………………………………………………………86
3.3.2. Xác định đường kính bánh đai……………………………………………….86
3.3.3. Xác định khoảng cách trục a1………………………………………………. 87
3.3.3.1. Tính chiều dài L theo khoảng cách trục a1 sơ bộ………………………….87
3.3.3.2. Xác định chính xác khoảng cách trục a1 theo chiều dài……………………87
3.3.4. Tính góc ôm 1 trên bánh dẫn (nhỏ)………………………………………….88
3.3.5. Xác định số đai Z cần thiết…………………………………………………..88
3.3.6. Định kích thước chủ yếu của bánh đai……………………………………….89
3.3.7. Biện pháp căng đai…………………………………………………………...89
3.3.8. Chọn vật liệu chế tạo…………………………………………………………89
3.3.9. Kích thước bánh đai………………………………………………………….89
3.4. Tính tốn thiết kế bộ gây rung…………………………………………………92
3.4.1. Xác định hình dạng và kích thước cơ bản của trục gây rung……………….. 92
3.4.2. Xác định kích thước cơ bản của trục gây rung………………………………92
3.4.3. Tính tốn thiết kế cặp bánh răng đồng tốc……………………………………94
3.4.3.1. Giới thiệu đặc tính, kết cấu của hộp đồng tốc…………………………….. 94
3.4.3.2. Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép……………………..95
3.4.3.3. Sơ bộ chọn hệ số tải trọng………………………………………………….96
3.4.3.4. Chọn khoảng cách trục……………………………………………………. 96
3.4.3.5. Vận tốc vịng của bánh răng và cấp chính xác chế tạo bánh răng………….97
3.4.3.6. Xác định chính xác hệ số tải trọng k và khoảng cách trục A………………97
3.4.3.7. Xác định modun, số răng, chiều rộng bánh răng…………………………..97
3.4.3.8. Kiểm nghiệm sức bền uống của răng………………………………………97

3.4.3.9. Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu q tải đột ngột………………….98
3.4.3.10. Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền…………………………....99
3.4.3.11. Tính lực tác dụng lên bánh răng…………………………………………100

3


3.5. Tính tốn trục gây rung……………………………………………………….100
3.5.1. Tải trọng tác dụng lên ổ trục gây rung………………………………………100
3.5.2. Tính sơ bộ đường kính trục…………………………………………………102
3.5.3. Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực…………………….102
3.5.4. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục….………………………..103
3.5.5. Tính chính xác trục…………………………………………………………108
3.5.6. Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh……………………………………...109
3.5.7. Tính kiểm nghiệm trục về độ cứng, xoắn…………………………………...110
3.6. Thiết kế gối đỡ trục…………………………………………………………...112
3.7. Tính mối ghép then…………………………………………………………...113
3.8. Tính tốn mối ghép then cho trục bộ gây rung với bánh đai…………………...114
3.9. Tính tốn mối ghép then cho trục bộ gây rung với bánh răng………………..114
3.10. Ghi kích thước lắp ghép trục……………………………………………….. 114
3.10.1. Xác định độ chính xác các kích thước chức năng chiều dài………………114
3.10.2. Chọn kiểu lắp ghép giữa các chi tiết………………………………………117
3.11. Công nghệ gia công trục…………………………………………………….118
3.11.1. Gia công phôi…………………………………………………………….. 118
3.11.2. Gia công lỗ tâm……………………………………………………………118
3.11.3. Gia công trục………………………………………………………………118
3.11.4. Gia cơng then……………………………………………………………...119
3.12. Tinh tốn thiết kế cụm lị xo…………………………………………………119
3.12.1. Xác định độ cứng lị xo……………………………………………………119
3.12.2. Các thơng số của lò xo…………………………………………………….121

3.12.3. Kiểm tra lò xo theo va chạm………………………………………………122
3.12.4. Tính tốn thiết kế cụm kẹp căng mặt sàng……………………………….. 123
3.13. Xác định khoảng cách giữa hai điểm kẹp sàng………………………………123
3.14. Tính đường kính vít đầu chìm……………………………………………….124
3.15. Xác định cơ cấu kẹp sàng……………………………………………………125
3.16. Tính chọn kết cấu khung, hộp sàng…………………………………………126

4


3.16.1. Xác định tải trọng tác dụng vào móng máy……………………………….126
3.16.2. Kết cấu khung, hộp sàng…………………………………………………..127
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO MÁY SÀNG………………...128
4.1. Yêu cầu làm việc của động cơ………………………………………………...128
4.2. Tính chọn cơng suất của động cơ……………………………………………..128
4.2.1. Điều kiện cho động cơ………………………………………………………128
4.2.2. Chọn cơng suất động cơ…………………………………………………….128
4.2.3. Tính chọn các công suất P, Q, S……………………………………………129
4.2.4. Chọn máy biến áp…………………………………………………………..129
4.2.5. Tính chọn thiết bị bảo vệ, đóng cắt, cáp cho hệ thống…………………….. 130
4.3. Khởi động động cơ……………………………………………………………131
4.3.1. Dòng điện khi khởi động động cơ không đồng bộ ba pha………………….131
4.3.2. Các giải pháp khởi động động cơ…………………………………………..131
4.3.2.1. Khởi động mềm…………………………………………………………..131
4.3.2.2. Khởi động giảm…………………………………………………………..132
4.3.2.3. Dùng điện kháng nối tiếp vào mach stato………………………………...132
4.3.2.4. Dùng máy biến áp tự ngẫu………………………………………………..133
4.3.2.5. Đổi sao tam giác…………………………………………………………..134
4.3.2.6. Dùng điện trở phụ………………………………………………………...134
4.4. Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển…………………………………….136

PHỤ LỤC…………………………………………………………………………138
KẾT LUẬN……………………………………………………………………….140
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………...141

5


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng độ bền nén của các loại đá macma, kG/cm²…………………….... 13
Bảng 1.2. Bảng độ bền nén của một số loại đá ở Việt Nam………………………. 14
Bảng 1.3. Bảng phân loại đá dăm…………………………………………………. 15
Bảng 1.4. Bảng phân loại theo độ lớn của sản phẩm nghiền……………………… 18
Bảng 1.5. Bảng độ cứng vật liệu…………………………………………………... 20
Bảng 1.6. Các giai đoạn đập và nghiền……………………………………………. 22
Bảng 2.1. Tỷ số nghiền của máy nghiền…………………………………………... 27
Bảng 2.2. Bảng thông số kỹ thuật của máy nghiền công đoạn 1……………………31
Bảng 2.3. Tổng thành phần đá dăm của công đoạn 1……………………………....36
Bảng 2.4. Bảng thông số kỹ thuật của máy nghiền công đoạn 2……………………38
Bảng 2.5. Bảng thông số cửa xả của máy nghiền công đoạn 2………………………39
Bảng 2.6. Tổng thành phần cúa hạt sản phẩm thu được sau hai công đoạn nghiền…43
Bảng 2.7. Bảng lựa chọn máy nghiền cho công đoạn 1 và 2……………………….43
Bảng 2.8. Diện tích các mặt sàng và chọn sàng…………………………………… 47
Bảng 2.9. Bảng thông số sàngYK1860……………………………………………. 48
Bảng 2.10. Bảng chọn sàng phân loại sản phẩm 2YK2460………………………....51
Bảng 2.11. Bảng thông số máy sàng 2YK2460…………………………………… 51
Bảng 2.12. Bảng thông số máy sàng 3YK2460…………………………………… 55
Bảng 2.13. Bảng thông số kĩ thuật máy sàng 3YK2460…………………………... 55

6

Bảng 2.14. Bảng góc dốc lớn nhất cho phép khi vận chuyển của băng tải………......60
Bảng 2.15. Bảng lựa chọn băng tải……………………………………………….....62
Bảng 2.16. Bảng lựa chọn băng tải cho phương án 1……………………………......62
Bảng 2.17. Bảng lựa chon băng tải cho phương án 2……………………………......65
Bảng 2.18. Bảng so sánh hai phương án dậy chuyền cơng nghệ sản xuất có cùng
Q=122 m3/h………………………………………………………………………... 67
Bảng 2.19. Bảng thống kê các thiết bị trạm nghiền…………………………………68
Bảng 3.1. Bảng thông số kích thước mặt sàng………………………………………71
Bảng 3.2. Bảng thơng số cơ bản của máy sàng rung qn tính có hướng………….85
Bảng 3.3. Bảng thơng số hình học của bộ truyền đai (mm)…………………………90
Bảng 3.4. Bảng thông số hai trục……………………………………………………90
Bảng 3.5. Bảng thông số hình học của bộ truyền bánh răng………………………..99
Bảng 3.6. Bảng cơ tính của thép chế tạo lị xo…………………………………….119
Bảng 4.1. Bảng thơng số các công suất P,Q,S……………………………………..129
Bảng 4.2. Bảng so sánh các phương án mở máy khác nhau………………………135
Bảng I. Bảng chọn sàng trung gian 1,2…………………………………………….138
Bảng II. Bảng chọn sàng phân loại sản phẩm……………………………………..139

7


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ khai thác và gia cơng đá………………………………...17
Hình 1.2. Đặc tính hạt của sản phẩm………………………………………………..21
Hình 1.3. Các phương pháp phá vỡ vật liệu……………………………………….. 23
Hình 1.4. Các loại máy nghiền hạt………………………………………………….24
Hình 1.5. Các loại máy nghiền bột………………………………………………….25
Hình 2.1.1. Sơ đồ thiết bị nghiền hai cơng đoạn, sử dụng hai máy sàng sản phẩm...28
Hình 2.1.2. Sơ đồ thiết bị nghiền hai công đoạn, sử dụng một sàng sản phẩm…….29

Hình 2.2. Máy nghiền má lắc phức tạp……………………………………………..30
Hình 2.3. Bề rộng cửa xả máy nghiền má lắc đơn giản CMD-58 Ƃ…………………32
Hình 2.4. Đường đặc tính thành phần hạt của đá của máy nghiền CMD-58 Ƃ………33
Hình 2.5. Bề rộng cửa xả máy nghiền má lắc phức tạp PE-900…………………….34
Hình 2.6. Đường đặc tính thành phần hạt của đá của máy nghiền má PE-900…….35
Hình 2.7. Máy nghiền cơn nghiền nhỏ…………………………………………….. 37
Hình 2.8. Đường đặc tính tỷ lệ kích thước đá sản phẩm của máy nghiền cơn nghiền
nhỏ KCD-2200T……………………………………………………………………39
Hình 2.9. Đường đặc tính tỷ lệ kích thước đá sản phẩm của máy nghiền cơn nghiền
nhỏ KCD-1750rp…………………………………………………………………...41
Hình 2.10. Sơ đồ tính chọn sàng trung gian 1………………………………………44
Hình 2.11. Sơ đồ tính chọn sàng trung gian 2………………………………………46
Hình 2.12. Máy sàng rung………………………………………………………….48
Hình 2.13. Sơ đồ tính chọn sàng phân loại sản phẩm 2 mặt sàng…………………. 49
Hình 2.14. Sơ đồ tính chọn sàng phân loại sản phẩm 3 mặt sàng……………………52
Hình 2.15. Sơ đồ cơng nghệ phương án 1………………………………………….56
Hình 2.16. Sơ đồ cơng nghệ phương án 2…………………………………………. 57
Hình 2.17. Hình ảnh thực tế của băng tải cao su long máng………………………..58
Hình 2.18. Mặt cắt ngang của băng tải long máng…………………………………59
Hình 2.19. Sơ đồ cơng nghệ trạm nghiền sàng Q=100 m3/h phương án 1………….63
Hình 2.20. Sơ đồ cơng nghệ trạm nghiền sàng Q=100 m3/h phương án 2………….66

8


Hình 3.1. Mặt sàng thanh ghi……………………………………………………….70
Hình 3.2. Các loại mặt sàng chủ yếu………………………………………………. 71
Hình 3.3. Bố trí sàng kiểu nối tiếp………………………………………………….72
Hình 3.4. Bố trí sàng kiểu song song……………………………………………….72
Hình 3.5. Hình chung máy sàng…………………………………………………….74

Hình 3.6. Bộ gây rung………………………………………………………………75
Hình 3.7. Sơ đồ làm việc của bộ gây rung………………………………………….76
Hình 3.8. Sơ đồ cơ học làm việc của bộ gây rung………………………………….76
Hình 3.9. Vị trí khối lệch tâm……………………………………………………….77
Hình 3.10. Sơ đồ xác định tốc đọ lớn nhất của hạt vật liệu…………………………80
Hình 3.11. Sơ đồ truyền động của bộ gây rung có hướng………………………….82
Hình 3.12. Khối lệch tâm…………………………………………………………...83
Hình 3.13. Đai thang………………………………………………………………..86
Hình 3.14. Bánh dai chủ động………………………………………………………91
Hình 3.15. Bánh đai bị động………………………………………………………..91
Hình 3.16. Trục gây rung…………………………………………………………...92
Hình 3.17. Tiết diện phần gây rung…………………………………………………92
Hình 3.18. Bộ truyền bánh răng…………………………………………………….94
Hình 3.19. Kết cấu bánh răng……………………………………………………....99
Hình 3.20. Lực phân bố lên bánh răng…………………………………………….100
Hình 3.21. Các vị trí tương đối của khối lệch tâm và hộp sàng……………………101
Hình 3.22. Sơ đồ đặt lực trên trục gây rung I……………………………………..103
Hình 3.23. Biểu đồ nội lực của trục……………………………………………….105
Hình 3.24. Trục gây rung………………………………………………………….107
Hình 3.25. Sơ đồ tính độ cứng trục………………………………………………..110
Hình 3.26. Lỗ then trên trục……………………………………………………….114
Hình 3.27. Cụm trục gây rung I……………………………………………………116
Hình 3.28.Dung sai trên trục gây rung I…………………………………………..117
Hình 3.29.Lò xo và cụm lò xo…………………………………………………….122

9


Hình 3.30. Tay địn………………………………………………………………..123
Hình 3.31. Cụm vít……………………………………………………………….. 125

Hình 3.32. Cụm kẹp căng lưới sàng……………………………………………….125
Hình 3.33. Miếng kẹp ngồi sàng………………………………………………….126
Hình 3.34. Khung mặt sàng……………………………………………………….127
Hình 4.1. Sơ đồ thay thế gần đúng của động cơ…………………………………..131
Hình 4.2. Sơ đồ khởi động mềm…………………………………………………..132
Hình 4.3. Sơ đồ khởi động dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato…………….133
Hình 4.4. Sơ đồ đối sao tam giác…………………………………………………..134
Hình 4.5. Sơ đồ khởi động chung 2 cấp điện trở phụ……………………………..136
HÌnh 4.6. Đường đặc tính cơ khi khởi động động cơ qua 2 cấp diện trở………….137

10


LỜI NĨI ĐẦU
Trong tình hình hiện nay, đá xây dựng là một vật liệu không thể thiếu để xây nên
các cơng trình xây dựng. Thực tế, ở các nhà máy sản xuất đá hiện nay thường dùng
các máy sàng sản phẩm có năng suất lớn khơng phù hợp với năng suất của dây chuyền
gây ra sự không đồng bộ trong dây chuyền dẫn đến lãng phí khơng cần thiết. Vì vậy
yêu cầu đặt ra là phải nghiên cứu, chế tạo máy sàng sản phẩm có những ưu điểm của
máy đã có và phải có năng suất phù hợp với dây chuyền của nhà máy.
Đề tài đã nghiên cứu với nội dung “Chọn công nghệ, máy và thiết bị nghiền – phân
loại đá xây dựng năng suất Q = 100 m3/h. Thiết kế máy sàng cho dây chuyền thiết
bị”.
Mong muốn của em là đề tài nghiên cứu này sẽ thực hiện được để góp một phần
nhỏ trong việc nâng cao năng suất và chất lượng của các nhà máy đá.
Trong thời gian làm đề tài tốt nghiệp, em đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của
Thầy giáo GS.TS.Trần Văn Tuấn cùng với các Thầy giáo trong bộ môn Máy Xây
Dựng. Đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành, tuy nhiên do thời gian và khả
năng có hạn, việc tìm hiểu kết cấu máy thực cịn ít cho nên khơng thể tránh khỏi
những sai sót nhất định. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ mơn máy

xây dựng đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp
này.

Hà nội, ngày

tháng
Sinh viên

11

năm 2024


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chung về đá xây dựng
1.1.1 Khái niệm
- Tất cả các vật rắn tồn tại trong thiên nhiên có nguồn gốc về cơ bản đều là khoáng
vật.
- Khoáng vật là những phần tử vật rắn mà trong đó có chứa các nguyên tố cùng loại.
Có đến hàng trăm loại khống vật có số lượng đáng kể tham gia vào cấu tạo của vỏ
trái đất. Các khống vật khơng tồn tại một cách riêng rẽ trong thiên nhiên mà hình
thành những tập hợp lớn bao gồm nhiều khoáng vật, chúng xuất hiện ở những địa
điểm khác nhau và được tạo thành trong những niên đại khác nhau. Những tập hợp
khoáng vật như vậy gọi là đá.
- Đá là một loại khống vật có lịch sử hình thành riêng biệt và được các nhà khoa
học phân ra theo các nhóm như đá trầm tích, đá mắc ma, đá biến chất,…Tất cả đều
được đặt theo nguồn gốc xuất hiện của loại đá đó trong tự nhiên. Qua quá trình thay
đổi địa chất lâu dài, đá được hình thành và biến đổi từ dạng này sang dạng khác như:
Đá mácma hình thành khi dung nham đơng nguội tích hay các loại đá biến chất có
trước dưới tác động của nhiệt độ và áp suất.

- Đá là loại vật liệu rất quan trọng trong ngành xây dựng, chúng được làm chất độn
trên bề mặt hoặc kết tinh ở dưới sâu. Các đá trầm tích được hình thành từ q trình
lắng đọng vật liệu, rồi nén ép thành đá. Trong khi đá biến chất có thể hình thành từ
các loại đá mácma, đá trầm, trong bê tông (xây dựng mố cầu, đập nước, rải mặt đường,
làm đường ô tô, đường sắt). Đá cũng là nguyên liệu cơ bản để sản xuất xi măng, vơi
và các chất kết dính khác. Trong xây dựng đá cịn là loại vật liệu trang trí rất quan
trọng.
- Thành phần chủ yếu nhất trong đá là thạch anh, các khoáng vật quặng, cacbonnat,
các khoáng vật sét, các haloit, fenspat, piroxen và ơlivin. Thành phần hóa học, thành
phần khống vật và cấu tạo quyết định tính chất vật lý của đá được dùng làm cơ sở

12


cho việc ứng dụng vào thực tế. Các tính chất của đá còn phụ thuộc vào trạng thái cơ
học của chúng cũng như mức độ phong hóa, độ nứt nẻ, độ tách chẻ.
- Trong số các loại khoáng vật tạo đá thì thạch anh có độ bền cao nhất, giới hạn bền
nén của thạch anh vượt quá 5000kG/cm2 , của fenspat, piroxen, ogit, đá sừng, olivin
và các khoáng vật mảnh sắt khác (2000  5000)kG/cm2 ,can xit khoảng 100kG/cm2
giới hạn bền nén của quazit và nefrit hạt nhỏ đạt giá trị cao nhất đến

5000  6000kG/cm2 , granit hạt nhỏ cũng có độ bền khá lớn 3500kG/cm2 và nhỏ
hơn một ít là đá gabro,điabazo và granit hạt thô. Đá thuộc poocfia thạch anh và
foocfiarit có độ bền nén cao từ (500  2400)kG/cm2 .Nhưng có nhược điểm là bề mặt
vơ rất trơn, khơng đảm bảo độ dính kết cao giữa đá dăm và vữa xi măng.
Bảng 1.1. Bảng độ bền nén của các loại đá macma, kG/cm²
Loại đá

Trạng thái khô

Trạng thái ướt

Granit

1270  1859

1195  1788

Sienit

679  1055

575  896

Gabrô

1029  2942

801  2836

Foofia quazit

924  2400

Bazan

612  1940

617  1558

Diabazo

1119  1271

1118  1271

Diorit

1040  2300

900  1700

- Hiện nay, trong các loại đá thì đá trầm tích, đá vôi và đá đolômit được sử dụng phổ
biến trong xây dựng.
- Đá vôi được tạo thành chủ yếu từ canxi ( CaCO3 ) trong đó có cả tạp chất dolomit,
có cỡ hạt dạng cát và sét.

13


- Đá đôlomit [ CaMg  CO3  ] là loại đá cacbonnat trầm tích chứa hơn 90% đơlơmit.
2

Khi trong đá có từ (50  90)% đơlơmit thì gọi là đơlơmit vơi, cịn khi đơlơmit thấp
hơn thì gọi là đá vơi đơlơmit hóa.
- Các loại đá cacbonat có đặc tính là khơng đồng nhất về tính cơ lý. Độ nén ở trạng
thái khô là 550  2800kG/cm2 ,ở trạng thái no nước là 500  1700kG/cm2 .
Bảng 1.2. Bảng độ bền nén của một số loại đá ở Việt Nam
Loại đá

Trạng thái khô

Trạng thái no nước

Đá vôi

626

530

Sa thạch

692

550

Granit

732

665

Phần sa

310

-

Diệp thạch

230

94

- Yêu cầu ký thuật đối với các loại vật liệu làm bằng đá được đề ra rất chặt chẽ. Vật
liệu bằng đá được sử dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là trong xây dựng cơ bản...
Đối với các loại đá xây dựng có hai yêu cầu cơ bản là cỡ hạt và chất lượng.
- Về cỡ hạt – Trong ngành xây dựng đá được chia ra là đá hộc và đá dăm Đá hộc,
theo quy phạm kỹ thuật đó là loại đá cục lớn có kích thước lớn hơn 150 mm dùng để
xây trụ cầu, mố cầu, tường chắn, xếp cống vòm, lát đường ngầm, xây đê đập.
- Trong giao thơng cịn sử dụng đá có kích thước trung gian giữa đá hộc và đá dăm
cỡ lớn gọi là đá ba. Đá ba có ba cơ hạt 10-15, 15-18, 16-20 mm. Nó được dùng làm
móng mặt đường, xếp rãnh, lát mặt trên đường ngầm,…
- Đá dăm có nhiều cỡ với kích thước khác nhau rất nhiều và thường được dùng để
đổ bê tơng, cấp phối bê tơng. Nó gồm 4 loại chính có kích thước 0-150 mm như sau:
- Loại nhỏ có kích thước: 0-5 ; 5-10 ; 10-20 mm
+ Loại vừa:

20-40mm

+ Loại lớn:

40-70mm

14


+ Loại đặc biệt có kích thước: 70-150mm.
- Về chất lượng: Độ chống đập của đá có ý nghĩa lớn đối với đá dăm dùng làm chất
đệm của đường sắt.

1.1.2 Phân loại
- Đá xây dựng hiện nay trên thị trường gồm những sản phẩm hết sức đa dạng và
phong phú. Tuỳ theo độ lớn của hạt, đá dăm lưu thông trên thị trường thường gồm
những chủng loại sau:
Bảng 1.3. Bảng phân loại đá dăm
Kích thước (mm)

Đặc điểm

Cơng dụng

0-10

Có kích thước < 10mm. Các

Dùng trong xây dựng làm

loại đá này là sản phẩm tận thu gạch block...Các sản phẩm
trong quá trình sơ chế và gia phế thải.
cơng.
10-20

Đá thành phẩm có kích thước

Sản phẩm này đặc biệt thích

từ 10mm đến 20 mm được gia ứng cho việc sản xuất các kết
cơng có nhiều góc cạnh, lượng cấu bê tơng đổ tại chỗ hoặc
hạt dẹt và dài bị hạn chế trong các cấu kiện bê tông đúc sẵn

thành phẩm, không lẫn tạp chất cho các cơng trình xây dựng
hữu cơ hay các chất có tính ăn dân dụng, cơng nghiệp, giao

20-40

mịn gây hại.

thơng, thuỷ lợi...

Đá thành phẩm có kích thước

Sản phẩm này được dùng

20 mm đến 40 mm được gia trong sản xuất bê tơng
cơng có nhiều góc cạnh, lượng asphant

trong xây

dựng

hạt dẹt và dài bị hạn chế trong đường bộ, bê tông xi măng
thành phẩm, không lẫn tạp chất trong xây dựng các cơng
hữu cơ hay các chất có tính ăn trình xây dựng dân dụng và
mịn gây hại.

cơng nghiệp.

15

- Ngồi ra, cịn có các sản phẩm khác như đá (40 – 80) mm; (80 – 120) mm dùng
làm đường, móng nhà xưởng, cơng trình để có lực chịu nén cao.

1.1.3. Quá trình và thiết bị khai thác đá và đá dăm
- Đá là một trong những loại vật liệu cở bản được sử dụng nhiều trong cơng trình
giao thông như: đường sá, sân bay, bến cảng,…
- Để rải mặt đường sắt, để xây dựng đường ô tô, hoặc để chế tạo các dầm bê tông …
cần phải sử dụng khối lượng lớn các loại kích cỡ đá. Trong xây dựng người ta thường
phân ra các loại phổ biến như: đá dăm, đá cuội, sỏi, vật liệu cấp phối và cát.
- Tốc độ thi công và chất lượng công trình phụ thuộc nhiều vào khả năng cung cấp
vật liệu và chất lượng vật liệu. Vì vậy, tổ chức sản xuất ở các mỏ đá tốt và gia công
theo các quy cách cần thiết là góp phần đẩy nhanh tiến độ thi cơng và chất lượng cơng
trình.
- Đá sau khi khai thác ở các mỏ, trước khi sử dụng vào các cơng trình , cần phải tiến
hành theo 3 bước sau:
+ Đập đá ( nghiền đá ) : làm cho đá nhỏ theo các kích thước.
+ Sàng đá: phân loại kích cỡ đá.
+ Rửa đá: làm sạch đất cát và các tạp chất khác.
- Việc gia công đá rất vất vả và nặng nhọc, nếu chỉ dùng sức người và dùng các cơng
cụ thủ cơng để làm thì năng suất rất thấp và khối lượng rất nhỏ.Cho nên việc cơ giới
hóa cơng tác làm đá ngày càng được áp dụng rộng rãi, chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trong
toàn bộ công tác làm đá.
- Máy làm đá là danh từ chung chỉ các loại máy phục vụ việc nghiền, sàng và sửa đá
theo kích cỡ và khơng lẫn tạp chất.
- Sơ đồ công nghệ khai thác được biểu diễn như sau:
+ Máy cạp (1): Dùng để đào bỏ lớp đất trên mỏ đá.
+ Máy khoan (2): Dùng để khoan và tạo lỗ sâu để đặt chất nổ.

16

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ khai thác và gia công đá
+ Máy xúc (3) : Vận chuyển đá vào ô tô vận chuyển.
+ Máy sàng đá (10, 16) : Phân loại đá theo các kích thước nhất định.
+ Máy nghiền đá (8) : Nghiền sơ bộ đá sau đó đến sàng sơ bộ (5) để loại bỏ cát, đất
còn dính lại, sau đó cịn lại đá được đưa vào máy nghiền má (8) . Sau khi ra khỏi máy
nghiền má thì đá có cỡ hạt đa dạng từ 5-90 mm. Các đá này được qua máy sàng rung
(10) . Máy sàng rung (10) có nhiều loại lưới phân cấp đá từ 5-20mm , 20 -75mm và
lớn hơn 75mm.Đá từ 5-20mm được băng tải (14) đưa ra bãi chứa .Những đá có kích

17


thước lớn hơn 75mm lại được băng tải (11) đưa đến máy nghiền cơn vừa (12) đá lúc
này có kích thước phần lớn nhỏ hơn 60mm và lại được băng tải (13) đưa lên máy
sàng rung (16) máy sàng rung (16) có nhiều loại lưới phân cấp đá 5-20mm, 20-40mm,
40-60mm. đá phân loại song sẽ được băng tải (18),(19) đưa vào kho chứa (20) và sau
đó được oto trở đi theo các cơng việc của mình.

1.2 Cơ sở lý thuyết của q trình đập nghiền.
1.2.1 Mục đích và ý nghĩa của đập nghiền.
- Đập và nghiền là quá trình làm giảm kích thước của vật liệu. Q trình này dùng
tác dụng của ngoại lực để phá vỡ những cục vật liệu lớn thành những cục và hạt nhỏ.
Trong sản xuất, để đạt được kích cỡ hạt theo yêu cầu vật liệu có thể phải qua các cơng
đoạn nghiền khác nhau.
- Về nguyên lý đập và nghiền không khác nhau nhưng người ta quy ước đập là quá
trình cho ra sản phẩm có độ hạt lớn hơn 5mm, nghiền là quá trình tạo ra sản phẩm có
độ hạt nhỏ hơn 5mm. Đập và nghiền là một khâu quan trọng trong các ngành cơng
nghiệp hóa chất, vật liệu xây dựng.
- Trong ngành vật liệu xây dựng phải đập đá hộc, đá tảng thành đá dăm.

- Theo yêu cầu của công nghệ và mục đích sử dụng hạt vật liệu thường phải trải qua
nhiều công đoạn nghiền kế tiếp nhau, như trong sản xuất xi măng, thủy tinh, gốm
sứ,…
Bảng 1.4. Bảng phân loại theo độ lớn của sản phẩm nghiền
Nghiền hạt

Kích thước hạt
(mm)

Nghiền thô đến

100 - 350

Bột thô

5 - 0,1

Nghiền vừa

40 - 100

Bột mịn

0,1 - 0,05

Nghiền nhỏ

5 - 40

Siêu mịn

Nghiền bột

18

Kích thước hạt
(mm)

 0,05


1.2.2 Một số tính chất cơ bản của vật liệu nghiền.
- Khi sử dụng máy nghiền cần quan tâm đến các tính chất sau đây của vật liệu nghiền:
độ bền, độ giòn, độ cứng.

1.2.2.1 Độ bền.
- Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng dưới tác dụng
của ngoại lực. Độ bền được đặc trưng bằng giới hạn bền nén ( σ n ) và giới hạn bền
kéo( σ k ).

σ n  Pn và σ k  T
F
F

(1.1)

Trong đó:


Pn : Lực nén vỡ (MN).

 T: Lực kéo đứt.
 F: tiết diện chịu kéo hoặc nén ( m2 ).
- Đối với đá giới hạn bền nén lớn hơn giới hạn bền kéo, do vậy các máy nghiền đá
thường được chế tạo dùng lực nén, ép vỡ. Tùy thuộc vào σ n mà người ta phân thành
các loại sau :
+ Kém bền: σn  80 MN/m2 .
+ Bền trung bình : σn = 80  150  MN/m2 .
+ Bền: σn = 150  250  MN/m2 .
+ Siêu bền : σn  250 MN/m2 .

1.2.2.2 Độ giịn.
- Là tính chất đặc trưng cho khả năng vật liệu bị phá hủy ( khơng có biến dạng dẻo)
dưới tác dụng của tải trọng va đập. Vật liệu giịn có sự sai khác rất lớn giữa giới hạn
bền nén và bền kéo. Xác định độ giòn bằng thí nghiệm va đập. Dựa vào số lần va đập
cần thiết để làm vỡ vật liệu, người ta phân đá thành các loại sau:
+ Rất giòn: dưới 2 lần va đập.
+ Giòn : 2  5 lần va đập.

19


+ Dai : 5  10 lần va đập
+ Rất dai : trên 10 lần va đập
- Khi làm việc với các loại vật liệu có độ giịn khác nhau thì tính năng của máy cũng
thay đổi theo. Tính giịn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng suất tăng
theo.

1.2.2.3 Độ cứng.
- Hiện nay độ cứng chủ yếu xác định bằng thang 10 bậc do nhà khoáng vật người

Đức Fr. Mohs đề xuất với 10 vật liệu chuẩn từ mềm tới cứng:
Bảng 1.5. Bảng độ cứng vật liệu
Loại

Mềm

Trung bình

Cứng

Độ cứng

Vật liệu chuẩn

Tính chất

1

Talc

Dễ vạch bằng móng tay

2

Thạch cao

Vạch bằng móng tay

3

Can xit

Dễ vạch bằng dao

4

Florit

Khó vạch bằng dao

5

Apatit

Khơng vạch được bằng dao

6

Tràng thạch

Cứng bằng kính cửa sổ

7

Đá quắc

Vạch được thủy tinh

8

Topa

Vạch được thủy tinh

9

Corandong

Cắt được thủy tinh

10

Kim cương

Cắt được thủy tinh

1.2.3 Đặc tính của q trình nghiền.
- Q trình nghiền có các đặc tính được thể hiện qua mức độ nghiền, độ lớn của hạt
và thành phần hạt của vật liệu nghiền.

1.2.3.1 Kích thước hạt.
- Hạt vật liệu trước và sau khi nghiền có hình dạng và kích thước khác nhau và
thường được xác định bằng các số đo :

20


- Chiều dài a, chiều rộng b, bề dày c. Khi nghiên cứu để đơn giản người ta xem viên
đá là khối cầu có đường kính quy ước D và sản phẩm có đường kính quy ước d.
- Đường kính quy ước d được xác định theo các công thức khác nhau như:

+ Theo trung bình cộng : d= a+b+c
3

(1.2)

+ Theo trung bình nhân : d = 3 a.b.c

(1.3)

+ Theo trung bình của một nhóm hạt: d= b2 +c2

(1.4)

1.2.3.2 Thành phần hạt của sản phẩm.
- Thành phần hạt của sản phẩm nghiền được thể hiện qua đồ thị đặc tính độ hạt:
- Để xác định nó người ta lấy các mẫu sản phẩm và đem phân loại trên sàng mẫu.
Khối lượng của mẫu thử P phụ thuộc vào kích thước lớn nhất của hạt và được xác
định qua biểu thức:

Hình 1.2. Đặc tính hạt của sản phẩm

P = 0,02d2max +0,5dmax , kg
d max : Kích thước lớn nhất của hạt, (mm).

21

(1.5)


1.2.3.3 Mức độ nghiền.

- Tỷ số giữa kích thước của hạt đem nghiền với hạt sản phẩm gọi là mức độ nghiền,
có nhiều cách xác định mức độ nghiền.
- Theo kích thước lớn nhất: i =

Dmax
dmax

+ Dmax , d max : kích thước lớn nhất của vật liệu đem nghiền và sản phẩm nghiền.
- Theo kích thước trung bình: i =

Dtb
d tb

+ D tb , d tb : kích thước trung bình của hạt vật liệu d dem nghiền và sản phẩm nghiền.
- Tùy theo độ hạt của vật liệu đầu Dmax và của sản phẩm cuối cùng d max người ta
chia ra các giai đoạn đập nghiền như sau:
Bảng 1.6. Các giai đoạn đập và nghiền
Giai đoạn

Dmax (mm)

d max (mm)

Đập thô

1500  500

350  100

Đập vừa

350  100

100  40

Đập nhỏ

100  40

30  10

Nghiền nhỏ

30  10

62

Nghiền vụn

02

1  0,5 và nhỏ hơn

1.2.3.4 Năng lượng nghiền.
- Năng lượng cần để nghiền vỡ đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước, hình dạng
hạt, sự phân bố xếp đặt của hạt, độ bền, độ giòn, độ đồng nhất của đá, độ ẩm, hình
dạng, trạng thái bề mặt làm việc của máy nghiền … Do vậy việc xác lập quan hệ giữa
năng lượng để nghiền và các tính chất cơ lý của vật liệu nghiền rất khó khan. Hiện
nay tồn tại ba giả thuyết được coi là các định luật nghiền :
+ Định luật nghiền thứ nhất (định luật nghiền phẳng).

+ Định luật nghiền thể tích.

+ Định luật nghiền Ph.Bơn.

22


1.2.4 Các phương pháp phá vỡ vật liệu nghiền.
- Để phá vỡ vật liệu nghiền có thể dùng nhiều phương pháp, song về nguyên lý có
thể chia chúng thành các phương pháp sau:
- Tách vỡ: Hạt vật liệu bị tách ra do ứng suất tiếp quá giới hạn bền.
- Ép vỡ: Vật nghiền bị phá vỡ khi hai mặt nghiền tiến sát vào nhau làm ứng suất
trong hạt liệu tăng quá giới hạn bền nén.
- Uốn vỡ : Vật nghiền bị phá vỡ chủ yếu do ứng suất kéo sinh ra.
- Miết vỡ: Vật nghiền bị biến dạng và bị tách ra do ứng suất tiếp vượt quá giới hạn
cho phép.
- Đập vỡ: Vật liệu nghiền bị tải trọng va đập tác động, trong đá xuất hiện đồng thời
các biến dạng khác nhau nhưng ở trạng thái động.

Hình 1.3. Các phương pháp phá vỡ vật liệu
- Ngoài ra căn cứ vào tính chất vật lý của vật liệu và yêu cầu kỹ thuật mà chọn loại
máy nghiền và phương pháp đập nghiền khác nhau. Vật liệu cứng và rất cứng dùng
phương pháp ép và đập. Vật liệu dai dùng phương pháp ép và xiết để kéo dài thời
gian tác dụng của lực. Vật liệu giòn như than dùng phương pháp cắt là hợp lý nhất vì
sẽ làm cho vật liệu không bị quá vỡ vụn. Với vật liệu ẩm hoặc dẻo cần miết vỡ để

23