Tính toán thiết kế, lập quy trình lắp ráp và thử nghiệm máy sàng vật liệu tại Công Ty cổ phần đầu tư Bái Tử Long

LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đây cùng với sự phát triển đi lên trên con đường hội nhập của
đất nước thì nhu cầu về xây dựng các công trình giao thông, thuỷ lợi, các công trình
dân dụng và công nghiệp đang ngày một tăng.
Nhằm đáp ứng được nhu cầu trên ngành sản xuất vật liệu xây dựng và cấu kiện
xây dựng đã từng bước biến đổi cả về chất từ sản xuất thủ công và nửa cơ giới năng
suất thấp đã chuyển sang sản xuất bằng cơ giới hóa và tự động hóa đem lại năng suất,
chất lượng và hiệu quả cao trong sản xuất kinh doanh. Như dây chuyền nghiền sàng
đá, dây chuyền sản xuất cát, dây chuyền sản xuất bê tông xi măng,…
Ở những dây chuyền trên thì không thể thiếu được công đoạn phân loại vật
liệu. Như máy sàng, máy phân li…
Với những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, sau khi kết thúc quá
trình học tập em đăng ký đề tài tốt nghiệp là “ Tính toán thiết kế, lập quy trình lắp
ráp và thử nghiệm máy sàng vật liệu tại Công Ty cổ phần đầu tư Bái Tử Long “.
Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp với sự cố gắng nỗ lực của bản thân nhưng
do trình độ có hạn nên không thể tránh được những sai xót em rất mong được sự chỉ
bảo góp ý của quý thày cô để đề tài của em được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thày Ths. Trần Đức Kết cùng với quý thày cô trong
khoa Cơ Khí đã chỉ bảo tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua.
Tp. Hồ Chí Minh ngày 05/02/2009
Sinh viên
Lê Minh Vương
MỤC LỤC
Mục Trang
Lời nói đầu. 0
1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ BÁI TỬ LONG 1
1.1. Giới thiệu về Công Ty Cổ Phần Đầu Tư Bái Tử Long 1
1.2. Giới thiệu về dây chuyền sàng cát xây dựng tại Công Ty 1
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HẠT VẬT LIỆU RỜI VÀ KHỐI HẠT VẬT LIỆU
RỜI. 4

2.1. Tính chất của chất rắn 4
2.2. Đặc trưng của vật liệu rời 6
2.3. Những tính chất của khối hạt 7
2.4. Tồn trữ vật liệu rời 9
Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY SÀNG CÁT 12
3.1. Những khái niệm, công dụng và phân loại 12
3.2. Sơ đồ tính toán, tính toán các thông số đặc trưng 22
3.3. Tải trọng tác dụng 32
3.4. Tính toán các bộ phần truyền động 33
3.5. Tính toán kết cấu thép của máy sàng 67
Chương 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BUN KE VÀ CỬA XẢ LIỆU 82
4.1. Tính toán Bunke 82
4.2. Tính toán thiết kế cửa xả liệu 83
Chương 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP TRẠM SÀNG 93
5.1. Giới thiệu về kết cấu thép trạm sàng 93
5.2. Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép 93
5.3. Tính toán thiết kế khung đỡ máy sàng 93
5.4. Tính toán thiết kế kết cấu thép cột đỡ 100
Chương 6: TRANG BỊ ĐIỆN TRẠM MÁY SÀNG CÁT 116
6.1. Cấu tạo của mạch điện 116
6.2. Nguyên lý làm việc 118
6.3. Đặc điểm của mạch điện 119
Chương 7: QUY TRÌNH LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM MÁY SÀNG CÁT 120
7.1. Quy trình lắp ráp 120
7.2. Quy trình thử nghiệm 132
2
7.3. Kết luận và kiến nghị 137
Tài liệu tham khảo 139

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ BÁI TỬ LONG
1.1. Giới thiệu về Công Ty Cổ Phần Đầu Tư Bái Tử Long.
Địa Chỉ: Số 07 – Xa lộ Hà Nội – Phường Trường Thọ – Quận Thủ Đức.
Số điện thoại: 08 38250371
Giám Đốc Công Ty: Ông Bùi Hữu Nghĩa.
Là một công ty cổ phần thành lập được gần 10 năm với hình thức kinh doanh
đa ngành nghề, đa sản phẩm có nhiều kinh nghiệm trong việc khai thác và cung ứng
vật liệu xây dựng. Có đội ngũ cán bộ có chuyên môn cao. Những năm gần đây Công
Ty đẩy mạnh việc phát triển đầu tư về lĩnh vực xây dựng và kinh doanh bất động sản.
Cơ cấu tổ chức công ty bao gồm 1 Giám Đốc, 2 Phó Giám Đốc và các phòng
ban như: Phòng Tổ Chức Hành Chính, Phòng Kế Hoạch, Phòng Kế Toán. Ngồi ra
công ty còn có các Đội Thi Công, Đội Khai Thác Vật Liệu Xây Dựng.
Các thiết bị hiện có tại Đội Khai Thác Vật Liệu Xây Dựng bao gồm.
Cần trục gầu ngoạm: 03 cái ( dung tích gầu 3 m
3
).
Trạm sàng: 01 cái.
Xe Ben chở Cát: 07 cái. ( dung tích thùng xe 14 m
3
).
Xe xúc lật: 02 cái ( dung tích 3,5 m
3
).
1.2. Giới thiệu về dây chuyền sàng cát xây dựng tại Công Ty Cổ Phần Bái Tử Long.
Cát xây dựng được khai thác từ các sông nước ngọt có nguồn gốc từ
Campuchia được Công Ty nhập về qua đường sông. Cát được vận chuyển về bằng
các XàLan và được chuyển lên bờ bằng các cần trục gầu ngoạm, các cần trục gầu
ngoạm này là loại cần trục bánh xích có thiết bị mang hàng kiểu gầu ngoạm hai dây
với dung tích của gầu là 3 (m
3

). Cần trục này có nhiệm vụ chuyển cát từ các XàLan
lên bờ tập trung thành đống.
3
Từ đây cát được phục vụ với nhiều mục đích khác nhau như dùng để san lấp
thì không yêu cầu độ hạt cao có thể dùng trực tiếp cát thô. Còn cát dùng để phục vụ
cho Xây Dựng cần có yêu cầu về kích thước hạt từ 0,14 đến 5( mm ) thì cát thô phải
được sàng để loại bỏ các hạt có kích thước lớn và các tạp chất như đất sét, thân cây
gỗ mục. Dây chuyền sàng cát tại Công Ty Cổ Phần Đầu Tư Bái Tử Long như sau:
Hình 1.01 Sơ đồ dây chuyền sàng cát.
Cần trục gầu ngoạm xúc cát thô cấp cho Bunke và từ đây cát được đưa xuống
máy sàng qua cửa xả liệu, cát khi qua sàng sẽ được phân thành 2 loại với cát lọt sàng
thì có kích thước < 10 ( mm ) và cát trên sàng có độ hạt > 10 ( mm ) sẽ được đưa ra
ngồi.
Cát lọt lọt sàng lúc này gọi là cát tinh sẽ được máng dẫn hướng chuyển xuống
băng tải và băng tải sẽ vận chuyển cát lên xe ôtô chở cát ( thường là xe Ben ) vận
chuyển đến bãi tập chung cát hoặc vận chuyển xuống công trường thi công.
Như vậy ta thấy được rằng cát từ lúc nhập về đến lúc trở thành thành phẩm hồn
tồn được cơ giới hố giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm được đảm bảo,
đáp ứng được nhu cầu cấp bách đang đặt ra đối với ngành sản xuất vật liệu xây dựng.
Ở đây Bunke, máy sàng và băng tải được chế tạo và lắp ráp trên khung đỡ gọi
là trạm sàng.
4
Hình 1.02 Trạm sàng cát.
1 – Băng tải; 2 – Cáp giữ băng tải; 3 – Bunke;
4 – Máy sàng rung; 5 – Máng dẫn cát.
Trên sàn Bun ke có các thanh thép có đường kính Þ14 có nhiệm vụ làm giảm
tải trọng cục bộ do quá trình dỡ tải của gầu ngoạm xuống Bun ke và nó còn có tác
dụng loại bỏ những cành cây hay những mảnh gỗ mục lọt vào Bun ke.
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HẠT VẬT LIỆU RỜI VÀ KHỐI HẠT VẬT LIỆU RỜI

Việc nghiên cứu vật liệu rời và khối hạt vật liệu rời có tính chất đặc biệt quan
trọng quá trình tính toán các thiết bị phân loại hạt vật liệu rời. Vì vậy trong quá trình
tính toán thiết kế máy sàng cát và các thiết bị liên quan ta phải nghiên cứu về mặt bản
chất của hạt vật liệu rời.
2.1. Tính chất của chất rắn.
5
2.1.1. Khối lượng riêng.
Thường được ký hiệu là
h
ρ
được định nghĩa là khối lượng của một đơn vị thể
tích vật liệu và có đơn vị là kG/m
3
hoặc g/cm
3
.
2.1.2. Tỷ trọng.
Là tỷ số giữa khối lượng riêng của chất đó với khối lượng riêng của chất
chuẩn. Với chất rắn và chất lỏng, chất chuẩn là nước 4
o
C.
2.1.3. Khối lượng riêng xốp.
Hay mật độ, ký hiệu là
b
ρ
, được định nghĩa là khối lượng của vật liệu trong
một đơn vị thể tích mà khối lượng vật liệu chiếm chỗ. Khối lượng riêng xốp không là
một đặc trưng bản chất của vật liệu vì nó thay đổi theo sự phân bố kích thước hạt và
môi trường chung quanh. Độ xốp ( hay rỗng ) của vật liệu cũng ảnh hưởng đến khối
lượng riêng xốp. Với một hạt đơn không xốp thì khối lượng riêng

h
ρ
bằng khối
lượng riêng xốp
b
ρ
.
2.1.4. Độ cứng.
Độ cứng của chất rắn như kim loại hay chất dẻo được định nghĩa là khả năng
chống lại quá trình cắt. Với khống chất, độ cứng thường được định nghĩa là khả năng
chống sự mài mòn và thường được biểu diễn theo thang Mohr.
2.1.5. Tính dòn, dễ vỡ.
Là tính chất của vật liệu bị vỡ khi và đập. Độ cứng không là tiêu chuẩn để có
tính dòn. Sừng, một số chất dẻo, thạch cao mềm và dai nhưng không dễ vỡ khi va
đập. Than mềm và dễ vỡ. Ngược lại tính dòn, vật liệu có tính dai và tính chất của hợp
kim chống và đập.
Cấu trúc và kích thước tinh thể ảnh hưởng đến tính dòn. Cấu trúc còn quyết
định hình dạng của hạt khi vỡ ra trong quá trình nghiền. Ví dụ galen ( PbS ) vỡ thành
các hình khối vuông, mica vỡ thành miếng mỏng, magnetit vỡ thành các hạt tròn.
Những mặt theo đó vật liệu vỡ ra gọi là mặt tách. Khi kim loại và hợp kim chịu một
lực nén quá ứng suất của chúng thì xảy quá trình vỡ tương tự trong tinh thể nhưng
các tinh thể này không tách rời nhau mà chúng chỉ biến dạng. Gỗ và amian là vật liệu
dưới dạng sợi không có mặt tách nên không thể nghiền mà chỉ có thể chặt băm hoặc
xé.
6
2.1.6. Tính ma sát.
Là tính chất chống lại quá trình trượt của vật liệu này trên vật liệu khác. Hệ số
ma sát là tỉ số giữa lực song song với mặt ma sát theo chiều chuyển động để duy trì
vận tốc không đổi với lực thẳng góc với mặt ma sát và chiều chuyển động.
2.1.7. Năng lượng bề mặt.

Năng lượng bề mặt tự do của một chất rắn là độ đo công thực hiện để tạo nên
một đơn vị diện tích bề mặt của chất rắn đó và thường được biểu diễn theo đơn vị
erg/cm
2
. Với chất rắn, bề mặt càng cứng và độ tan chảy càng cao, năng lượng bề mặt
càng lớn.
2.1.8. Tính hút ẩm.
Đây là tính chất chung biểu diễn khuynh hướng của chất rắn hút ẩm từ môi
trường chung quanh lên bề mặt chất rắn để đóng bánh, vón cục. Tính chất hút ẩm của
vật liệu được biểu diễn bằng độ ẩm tới hạn của vật liệu.
2.1.9. Lực Tĩnh điện.
Lực tĩnh điện tạo nên sự dính kết của các hạt và do đó ảnh hưởng đến tính lưu
chuyển của vật liệu.
2.1.10. Hoạt động bề mặt.
Vật liệu không bền có khuynh hướng biến đổi thành dạng bền hơn. Những biến
đổi hố học hoặc vật lý như vậy trên bề mặt hạt là yếu tố làm tăng nhanh quá trình kết
khối vật liệu khi chứa trong bồn. Biết rõ tính hoạt động bề mặt của vật liệu sẽ giúp
cho việc xử lý hữu hiệu vật liệu rời.
2.2. Đặc trưng của vật liệu rời.
Hạt vật liệu rời được đặc trưng bằng kích thước, hình dạng và khối lượng riêng
của chúng. Các hạt vật liệu đồng chất và có khối lượng riêng bằng khối lượng riêng
của vật liệu trong tồn khối. Các hạt tạo nên từ việc đập vỡ một chất rắn tổng hợp.
2.2.1. Hình dạng hạt.
Hình dạng của một hạt vật liệu rời được biểu diễn bằng đại lượng gọi là thừa số
hình dạng
λ
độc lập với kích thước hạt. Thừa số
λ
liên hệ đến kích thước định nghĩa
chính của hạt như sau: đặt chiều dài của một kích thước được chọn tương đối là D

h
,
gọi là đường kính hạt. Như vậy với hình khối D
h
là cạnh và hình cầu với D
h
là đường
7
kính, do đó thể tích và diện tích bề mặt của hình khối là
3
h
D
và
2
6
h
D
, của hình cầu là
( )
3
/6
h
D
π
và
2
.
h
D
π

. Với hai hình dạng này tỉ số diện tích bề mặt và thể tích đều bằng
6/
h
D
.
Thể tích của một hạt có hình dạng bất kì là:
3
.
h h
V a D=
( 2.01 ) [ 21 ]
Diện tích bề mặt là:
2
6 .
h h
S b D=
( 2.02 ) [ 21 ]
Với a và b là các hằng số hình học chỉ tuỳ thuộc vào hình dạng hạt. Từ hai
công thức trên ta có tỉ số giữa thể tích và diện tích bề mặt là:
6( / ) 6
h h h
h
V D D
S b a
λ
= =
( 2.03 )
Theo định nghĩa thừa số hình dạng
/b a
λ

=
, thừa số hình dạng
λ
bằng một
cho các hạt có hình dạng khối, hình cầu, hình trụ có chiều dài bằng đường kính. Với
những hạt có hình dạng bất kì thì
λ
lớn hơn 1. Với nhiều loại vật liệu nghiền
λ
thường từ 1,5 đến 1,7. Các vật chêm thường có
λ
từ 5 đến 7. Với cát tròn thì
λ
=
1,2.
2.2.2. Kích thước hạt.
Nói chung đường kính được xác định cho các hạt có kích thước bằng nhau.
Với những hạt có kích thước không bằng nhau thường được đặc trưng bằng kích
thước lớn thứ hai. Ví dụ như vật liệu sợi, D
h
được coi như bề dày của hạt.
Một cách khác để xác định kích thước hạt là dùng đường kính tương đương, đó
là đường kính của hạt hình cầu có cùng tỉ số diện tích bề mặt với thể tích. Như vậy
theo ( 2.03 ) đường kính tương đương là:
,
6
h h
h td
h
V D

D
S
λ
= =
( 2.04 )
Theo quy ước, đường kính hạt được biểu diễn theo các đơn vị khác nhau tùy
thuộc vào cỡ hạt. Với hạt thô là cm, với hạt mịn là kích thước rây, hạt rất mịn theo
micron hoặc milimicron, hạt siêu mịn được biểu diễn theo thể tích bề mặt cho một
đơn vị khối lượng hạt, m
2
/g.
8
Với những hạt mịn ta dùng phương pháp phân tích rây để xác định kích thước
hạt còn đối với hạt quá mịn so với kích thước rây thì đường kính hạt được xác định
bằng phương pháp khác như lắng riêng phần, đo độ rỗng trong tầng vật liệu, hấp phụ
khí trên bề mặt hạt và bằng mắt thường qua kính hiển vi. Đôi khi ta có thể ngoại suy
số liệu phân tích rây để tiên đốn sự phân bố kích thước cho phần vật liệu dưới kích
thước rây.
2.3. Những tính chất của khối hạt.
Một khối hạt vật liệu rời, đặc biệt khi hạt khô và không dính, có nhiều tính chất
giống như một lưu chất. Khối hạt tạo nên áp suất ở các phía và lên vách thùng chứa,
có thể chuyển động qua khe hở hoặc máng nghiêng. Tuy nhiên khối hạt và lưu chất
có những điểm khác nhau như sau: các hạt có thể lồng ( bắc cầu ) vào nhau dưới tác
động của áp suất và không thể trượt lên nhau cho tới khi áp lực tác động đạt tới một
giá trị đáng kể. Hạt và khối hạt thường chống lại sự biến dạng, nhưng khi lực tác
động đủ lớn thì lớp hạt này sẽ trượt lên lớp hạt khác xuất hiện ma sát đang kể. Có sự
tương tự như dòng chuyển động có vật liệu rời và dòng chuyển động của chất lỏng
dẻo phi Newton.
Khối hạt có những tính chất đặc biệt như sau:
- Áp suất không bằng nhau trong mọi phía. Nói chung áp suất tác động vào

một phía sẽ tạo nên áp suất ở các phía khác nhưng luôn nhỏ hơn áp suất tác động và
tối thiểu theo phương pháp tuyến với áp suất tác động.
- Ứng suất tác động lên bề mặt khối hạt sẽ được truyền đi khắp khối hạt tĩnh
trừ khi khối hạt bị rỗng.
- Mật độ của khối hạt thay đổi theo độ nén chặt có khối hạt.
Tuỳ thuộc vào tính chất lưu chuyển của khối hạt mà vật liệu rời được chia làm
2 loại: dính kết và không dính kết. Vật liệu không dính kết như hạt ngũ cốc, cát… sẵn
sàng chuyển động ra khỏi thùng chứa hoặc silo. Vật liệu kết dính như đất sét ướt đặc
trưng bởi trở lực chống lại sự chuyển động của vật liệu.
Góc đặc trưng của vật liệu:
Góc
m
α
gọi là góc ma sát trong của vật liệu. Tang của góc
m
α
là hệ số ma sát
trong của vật liệu. Hay nói cách khác đó là góc hợp bởi mặt phẳng cụ thể nghiêng so
9
với mặt nằm ngang tại đó hạt bắt đầu trượt. Do sức căng bề mặt, lực tĩnh điện, lực
lưỡng cực.
Khi hạt được đổ đống trên mặt phẳng sẽ tạo nên khối hình nón, góc tạo bởi
đường sinh và mặt phẳng ngang gọi là góc nghiêng tự nhiên ở trạng thái tĩnh,
r
α
góc
nghiêng tự nhiên được đo ở điều kiện động học được gọi là góc nghiêng tự nhiên
động học. Góc nghiêng tự nhiên động học được xác định bằng cách quan sát thùng
tròn quay trong có chứa hạt tạo thành một mặt phẳng nghiêng trên đó hạt trượt trơn
và liên tục. Thường thì góc nghiêng tự nhiên động học nhỏ hơn góc nghiêng tự nhiên

tĩnh từ 1 đến 5
0
tuỳ thuộc trên bản chất của vật liệu, sự phân bố của kích thước hạt và
điều kiện tiến hành hai phép đo. Góc nghiêng tự nhiên cũng chịu ảnh hưởng bởi
đường kính hạt.
Nếu khối hát hồn tồn đồng nhất thì
r m
α α
=
. Trong thực tế góc nghiêng tự
nhiên thường nhỏ hơn góc ma sát trong vì các hạt tại bề mặt khô hơn và ít kết dính,
không nén chặt bằng các hạt ở bên trong khối hạt. Các hạt tròn, trơn sẽ có góc
nghiêng tự nhiên nhỏ, với hạt mịn, có góc cạnh và có tính kết dính thì sẽ có góc
nghiêng tự nhiên lớn. Với vật liệu chất rắn có tính kết dính thì bằng 0, với vật liệu hạt
có tính lưu chuyển tự do thường
0 0
15 30
m
α
= ÷
.
2.4. Tồn trữ vật liệu rời.
2.4.1. Tồn trữ dạng đống.
Các chất rắn như lưu huỳnh và than thường được chứa ngồi trời dưới dạng các
đống lớn không che chắn. Với số lượng hàng trăm hay hàng ngàn tấn thì đây là cách
tồn trữ kinh tế nhất. Việc tính toán khối lượng vật liệu dựa vào việc ước tính thể tích
đống vật liệu thường có dạng hình chóp rồi nhân với khối lượng riêng xốp của vật
liệu. Cách tồn trữ này thường dùng cho hạt thô, không tan trong nước.
2.4.2. Tồn trữ trong bồn, silo.
Các chất rắn có giá trị hoặc dễ bị phân huỷ khi chứa ngồi trời sẽ phải được

chứa trong bồn chứa. Các bồn chứa có thể có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật,
làm bằng bêtông hoặc bằng thép, kích thước lớn hay nhỏ tuỳ theo yêu cầu. Các thùng
chứa được nhập liệu từ đỉnh và bằng phương tiện vận chuyển vào và tháo liệu thường
10
từ đáy. Một vấn đề chính trong thiết kế bồn chứa vật liệu rời là tháo liệu theo đúng
yêu cầu.
a. Áp suất trong bồn chứa.
Khi các hạt rắn được chứa trong bồn, khối hạt sẽ tạo nên các áp suất tác động
lên thành bồn chứa có giá trị thường nhỏ hơn giá trị tính toán. Ngồi ra còn có sự ma
sát giữa thành bồn chứa với vật liệu, và do hiện tượng các hạt lồng vào nhau, nên sự
ma sát này như truyền khắp khối hạt. Lực ma sát tại tường có khuynh hướng làm
giảm trọng lượng hạt và làm giảm áp suất do khối hạt tác động lên đáy bồn chứa.
Trong trường hợp lực ma sát này đạt đến một độ lớn nhất định nó sẽ tạo thành vòm,
hay cầu nối trong khối hạt để phần khối hạt bên trên không rơi xuống dù phần khối
hạt bên dưới vòm được lấy ra.
b. Chuyển động của vật liệu ra khỏi bồn chứa.
Vật liệu rời có khuynh hướng chuyển động ra khỏi bồn chứa qua cửa tháo liệu
ở gần đáy bồn, tuy nhiên tốt nhất là qua đáy bồn.
Ngoại trừ trong những bồn nhỏ, việc mở hồn tồn cửa tháo liệu ở đáy là không
hợp lý. Thông qua đáy bồn chứa là hình côn được điều tiết bằng một van hoặc bộ
phận tháo liệu quay. Aùp suất tại đáy trong trường hợp này nhỏ hơn giá trị tính toán.
Dòng chuyển động của vật liệu ra khỏi đáy bồn chứa theo hai dạng: chuyển
động cả khối nghĩa là cả khối vật liệu chuyển động ra khỏi bồn chứa từ dưới lên trên
và dạng chuyển động dạng phễu nghĩa là khối hạt tại trục chuyển động ra trước và từ
trên xuống dưới.
Dòng chảy cả khối giúp cho vật liệu tháo ra dễ dàng mà không cần dùng cụ hỗ
trợ. Với dòng chảy dạng phễu dòng vật liệu có thể bị tắt và cần có dụng cụ hỗ trợ để
khôi phục dòng chảy. Một yếu tố quan trọng để thiết kế bồn chứa là góc nghiêng tự
nhiên của vật liệu, giá trị này được dùng để các định góc côn ở đáy bồn chứa. Thông
thường bồn chứa được thiết kế theo quan điểm xây dựng nhiều hơn là vai trò của nó

trong quy trình. Tiết kiệm mặt bằng là tiêu chuẩn đầu tiên khi thiết kế bồn chứa ngồi
ra còn những tiêu chuẩn khác cho hai dạng dòng chảy.
Nói chung việc tháo liệu ra khỏi bồn chứa theo thứ tự vật liệu ở giữa bồn ra
trước sau đó mới đến lớp vật liệu trên mặt bên thân bồn. Trên bề mặt lớp vật liệu sẽ
11
tạo hình côn. Lớp vật liệu ở sát đáy và thân bồn sẽ ra sau cùng. Vật liệu sẽ trượt vào
giữa thùng theo góc gần bằng góc ma sát trong vật liệu. Nếu vật liệu bổ sung được
thêm vào ở phía trên bồn bằng với lượng vật liệu được tháo ra ở đáy thì lớp vật liệu
nằm gần thân bồn sẽ không ra được bất kể thời gian tháo liệu là bao lâu.
Chương 3
TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY SÀNG CÁT
3.1. Những khái niệm, công dụng và phân loại.
3.1.1. Công dụng
12
Quá trình phân loại được dùng để tách hỗn hợp thành nhiều nhóm loại khác
nhau theo độ lớn hoặc tỉ trọng, nhằm thu được các loại cốt liệu có độ hạt tiêu chuẩn
và tách được các tạp chất ra khỏi chúng.
Các thiết bị để phân loại được thực hiện theo tác dụng cơ khí, thủy lực hoặc
không khí. Phân loại bằng cơ khí được sử dụng phổ biến hiện nay. Bộ phận cơ bản
của máy là các mặt sàng có lỗ để phân loại vật liệu theo độ lớn của hạt. Các máy và
thiết bị loại này được gọi là máy sàng. Để phân loại các hạt vật liệu được đưa tới
sàng. Những hạt đó được gọi là hạt dưới sàng và được biểu thị qua dấu ( - ). Những
hạt có kích lớn hơn lỗ sàng sẽ nằm trên mặt sàng và được gọi là hạt trên sàng, ký hiệu
bằng dấu ( + ). Ví dụ, nếu lỗ sàng có kích thước 40 mm thì hạt dưới sàng ký hiệu – 40
hạt trên sàng + 40.
Trong dây chuyền công nghệ sản xuất, công việc sàng có các vị trí sau:
- Sàng sơ bộ: nằm ở vị trí xuất phát của dây truyền, nhằm loại bỏ các hạt lớn
quá khổ, hoặc các hạt quá nhỏ không cần nghiền nữa.
- Sàng trung gian: dùng để tách các hạt không cần nghiền ở giai đoạn tiếp sau.
- Sàng kết thúc, hay sàng sản phẩm: dùng để phân loại thành phẩm theo các cỡ

hạt tiêu chuẩn.
Một loại mặt sàng chỉ có thể tách vật liệu đem sàng thành hai loại. Nếu dùng n
loại mặt sàng ( tức n loại lỗ sàng) ta sẽ thu được n + 1 loại sản phẩm có độ hạt khác
nhau.
Quá trình sàng được đánh giá bằng hai chỉ tiêu chủ yếu: năng suất Q và hiệu
quả sàng E.
3.1.2. Phân loại.
Các máy sàng được phân thành các loại sau:
- Theo tính chất chuyển động của mặt sàng, chia ra mặt sàng cố định và chuyển
động. Ở máy sàng có mặt cố định, hạt vật liệu chuyển động trên mặt sàng do trọng
lượng của hạt và mặt sàng được đặt nghiêng một góc so với phương ngang. Loại mặt
sàng này ít dùng và thường chỉ để sàng sơ bộ. Đa số các mặt sàng đều chuyển động,
nhờ vậy mà hạt vật liệu được trải dàn đều trên mặt sàng và cũng làm cho hạt lọt qua
lỗ sàng dễ dàng.
13
- Theo hình dạng mặt sàng phân thành máy sàng có mặt sàng phẳng và mặt
sàng quay.
- Theo đặc tính chuyển động của máy sàng phẳng phân thành chuyển động lắc
và chuyển động rung.
+ Trong chuyển động lắc còn phân biệt sàng lắc ngang và sàng lắc vi phân
trong mặt phẳng đứng.
* Máy sàng lắc ngang.
Hình 3.01. Máy sàng lắc ngang (sàng treo).
1 – Cơ cấu tay quay – thanh truyền;2 – Thanh treo sàn; 3 – Mặt sàng.
* Máy sàng lắc vi phân.
Hình 3.02. Máy sàng lắc vi phân.
1 – Cơ cấu tay quay – thanh truyền; 2 – Mặt sàng; 3 – Cụm gối đỡ đàn hồi.
+ Trong chuyển động rung còn phân biệt thành máy sàng rung lệch tâm, máy
sàng rung vô hướng và máy sàng rung có hướng.
* Máy sàng rung lệch tâm.

14
Hình 3.03. Máy sàng rung lệch tâm.
1 – Gối đỡ trục lệch tâm; 2 – Khối lệch tâm; 3 – Mặt sàng;
4 – Trục lệch tâm; 5 – Bánh đai của bộ truyền đai.
Ở đây máy sàng rung là do trục lệch tâm 4 gây lên và hai khối lệch tâm 2 có
tác dụng cân bằng lực quán tính do trục lệch tâm tạo lên.
* Máy sàng rung vô hướng.
Hình 3.04. Máy sàng rung vô hướng.
1 – Lò xo giảm chấn; 2 – Mặt sàng; 3 – Khối lệch tâm.
* Máy sàng rung có hướng.
15
Hình 3.05. Máy sàng rung có hướng.
1 – Lò xo giảm chấn; 2 – Mặt sàng; 3 – Bộ gây rung có hướng.
- Máy sàng có mặt sàng quay được phân thành máy sàng ống và máy sàng trục
quay.
* Máy sàng ống.
Hình 3.06. Máy sàng ống.
1 – Cửa cấp liệu; 2 – Ống sàng; 3 – Ổ đỡ; 4 – Con lăn đỡ.
* Máy sàng trục quay.
16
Hình 3.07. Máy sàng trục quay.
1 – Trục quay; 2 – Vật liệu trên sàn; 3 – Vật liệu dưới sàng.
3.1.3. Đối tượng sàng.
Đối tượng sàng của máy sàng tính toán là vật liệu cát có yêu cầu là kích thước
của hạt sau khi sàng là nhỏ hơn 10 ( mm ). Mục đích của việc sàng là loại bỏ các tạp
chất chứa trong cát như: các mảnh của cây mục, đất sét, các hạt quá kích cỡ.
Cát là một loại cốt liệu khi kết hợp với cát loại cốt liệu khác để làm thành
những sản phẩm và kết cấu cho các công trình xây dựng.
- Trong bê tông xi măng thì cát cùng với xi măng, đá và một số chất phụ gia
làm thành hỗn hợp bê tông phục vụ cho các công trình xây dựng dân dụng và các

công trình giao thông khác nhau. Kích thước hạt cho phép của cát trong bê tông xi
măng là từ 0,14 đến 5 ( mm ) lẫn không quá 5% hạt có kích thước > 5 ( mm ).
- Trong bê tông cát thì cát được dùng có kích thước đến 8 ( mm ).
- Trong bê tông đầm lăn thi công các công trình thuỷ lợi thì kích thước hạt của
cát lên tới 10 ( mm ).
3.1.4. Phân tích và lựa chọn phương án.
Trong công nghiệp vật liệu xây dựng nói chung thì thường sử dụng máy sàng
phẳng, rung cao tốc hoặc máy sàng rung lệch tâm vì nó cho hiệu quả cao còn các loại
máy sàng ống thường dùng phân loại sỏi và cát kết hợp với rửa.
Trong dây truyền sàng cát nói riêng thì thường sử dụng máy sàng rung cao tốc.
Có 2 phương án được lựa chọn là sử dụng máy sàng rung vô hướng và máy sàng rung
có hướng.
17
a. Phương án 1: Sử dụng máy sàng rung vô hướng.
- Cấu tạo:
Hình 3.08 Máy sàng rung vô hướng.
1 – Hộp sàng; 2 – Động cơ điện; 3 – Bộ truyền đai; 4 – Cửa xả liệu;
5 – Lò xo giảm chấn; 6 – Bánh lệch tâm.
- Nguyên lý hoạt động.
Chuyển động quay từ động cơ điện qua bộ truyền đai làm quay bánh lệch tâm.
Bánh lệch tâm quay gây rung làm cho hộp sàng rung theo và vật liệu được sàng.
- Đặc điểm.
Do kết cấu tạo ra lực li tâm vô hướng nên để vật liệu có thể di chuyển được thì
cẫn phải đạt nghiêng sàng một góc từ 0 đến 30
o
.
- Ưu và nhược điểm:
+ Ưu điểm:
Kết cấu của máy sàng rung vô hướng đơn giản.
+ Nhược điểm:

Do mặt sàng phải đặt nghiêng một góc nên xác xuất vật liệu lọt sàng sẽ giảm
và làm tăng chiều cao của kết cấu.
- Phạm vi sử dụng.
Dùng để sàng sơ bộ vật liệu như trong dây chuyền nghiền sàng đá thì máy sàng
rung vô hướng dùng để sàng sơ bộ đá đưa vào máy nghiền.
18
b. Phương án 2:
Sử dụng máy sàng rung có hướng.
- Cấu tạo.
Hình 3.09. Máy sàng rung có hướng.
1 – Động cơ điện; 2 – Bộ gây rung có hướng; 3 – Hộp sàng;
4 – Cửa cấp liệu; 5 – Lò xo giảm chấn; 6 – Cửa xả liệu.
- Nguyên lý hoạt động:
Chuyển động quay từ động cơ 1 được truyền qua bộ truyền đai đến bộ gây
rung có hướng gồm 2 trục lệch tâm giống nhau, một trục nhận chuyển động trực tiếp
từ động cơ qua bộ truyền đai còn trục còn lại chuyển động được nhờ cặp bánh răng
ăn khớp với nhau. Khi hai trục quay đồng tốc và ngược chiều, dao động vô hướng
được tạo thành có hướng, dao động là hướng vuông góc với đường nối tâm của hai
trục lệch tâm.
- Đặc điểm.
Khác với máy sàng rung vô hướng, loại sàng rung có hướng do có 2 trục lệch
tâm nên nó vừa tạo rung động cho vật liệu rơi xuống và nó vừa tạo lực truyền cho vật
liệu di chuyển, do đó nó không cần phải đặt nghiêng hộp sàng mà vật liệu vẫn có thể
di chuyển được.
19
Tuy nhiên trong thiết kế người ta vẫn có thể đặt nghiêng mặt sàng đi một góc
nhỏ (1,5 ÷ 5
0
) so với phương ngang để cho vật liệu có thể di chuyển dễ dàng hơn.
- Ưu và nhược điểm.

+ Ưu điểm:
Nó khắc phục được những nhược điểm của máy sàng rung vô hướng:
* Do mặt sàng đặt ngang nên kết cấu của nó thấp do đó có thể sử dụng được ở
những nơi công trình bị giới hạn về chiều cao.
* Do mặt sàng đặt ngang nên diện tích hình chiếu theo phương vuông góc với
phương chuyển động của hạt vật liệu sẽ lớn hơn do đó xác xuất vật liệu lọt qua đối
với loại sàng này sẽ cao hơn so với loại mặt sàng đặt nghiêng.
+ Nhược điểm:
Có cấu tạo bộ gây rung phức tạp hơn so với cấu tạo bộ gây rung vô hướng.
- Phạm vi sử dụng:
Thường được dùng trong trạm nghiền sàng di động hoặc tại các nơi công trình
có chiều cao bị giới hạn, dùng trong sàng tinh tức là sàng sản phẩm đã qua nghiền.
c. Nhận xét.
Từ các đặc điểm, phạm vi sử dụng, ưu nhược điểm của từng máy trên và căn
cứ vào nhiệm vụ của sàng và phân loại cát xây dựng mà ta chọn máy sàng rung vô
hướng làm phương án thiết kế.
3.1.5. Các số liệu thu thập được.
* Năng suất của máy sàng cát là Q = 150 T/h.
* Trọng lượng của máy là M = 750 kg.
* Bánh lệch tâm có kích thước như sau:
20
Hình 3.10. Bánh lệch tâm.
Bán kính bánh lệch tâm được xác định như sau:
3 3
1 2
2 2
1 2
4 180
. . .sin
3 2

R R
r
R R
α
π α
−
=
−
( 3.01 ) [ 4 ]
3 3
2 2
4 300 80 180 96,8
. . .sin 187( )
3 300 80 96,8 2
r mm
π
−
⇒ = =
−
Vậy bán kính bánh lệch tâm r = 187 (mm) = 0,187 (m).
Tiết diện của bánh lệch tâm.
2 2
1 2
.( ).
2 180
F R R
π α
= −
( 3.02 ) [ 4 ]
2 2 2

96,8
.(300 80 ). 70620( )
2 180
F mm
π
⇒ = − =
Vậy tiết diện bánh lệch tâm F = 70620 (mm
2
) = 0,07062 ( m
2
).
Bề dày bánh lệch tâm:
25( )mm
δ
=
hay
0,025( )m
δ
=
.
Khối lượng bánh lệch tâm được xác định như sau:
. .m F
δ γ
=
( 3.03 )
Với: F: diện tích tiết diện của bánh lệch tâm.
δ
: bề dày của bánh lệch tâm.
γ
: tỉ trọng của vật liệu làm bánh lệch tâm.

21
0,07062.0,025.7,83.1000 14( )m kg⇒ = ≈
3.2. Sơ đồ tính toán, tính toán các thông số cơ bản.
3.2.1. Sơ đồ tính toán.
Sơ đồ tính toán máy sàng rung vô hướng được xác định như sau:
Hình 3.11. Sơ đồ tính toán máy sàng rung vô hướng
Trong đó:
m: Khối lượng bánh lệch tâm.
M: Khối lượng của hộp sàng.
K
x
: Độ cứng của gối giảm chấn theo phương ngang.
K
y
: Độ cứng của gối giảm chấn theo phương thẳng đứng.
a,b: Khoảng cách từ các gối giảm chấn đến tâm của bộ gây rung.
3.2.2. Tính toán các thông số cơ bản.
Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và năng suất làm việc của
máy sàng là kích thước của mặt sàng, tần số, biên độ dao động, góc nghiêng sàng,
phương quay của trục lệch tâm, quĩ đạo chuyển động của lưới sàng.
a. Tính toán kích thước sàng: BxL.
Tính toán kích thước của sàng có 2 cách:
- Cách 1: từ năng suất của máy sàng 150 T/h ta tính toán được kích thước của
mặt sàng.
- Cách 2: từ kích thước mặt sàng thực tế ta đi kiểm tra năng suất của máy sàng.
Ta chọn cách 2 tức là từ kích thước mặt sàng của máy thực tế ta đi kiểm tra
năng suất của máy.
22
Kích thước của mặt sàng thực tế: BxL = 1500x3000.
Năng suất của máy sàng gồm năng suất của vật liệu lọt qua sàng Q

r
và năng
suất vận chuyển vật liệu trên mặt sàng Q
sz
.
Q Q Q
r sz
= +
( 3.04 ) [ 2 ]
Với Q là năng suất của sàng.
+ Năng suất của vật liệu lọt qua sàng
Q
r
.
Theo công thức kinh nghiệm tính năng suất của vật liệu lọt sàng ta có:
1 2 3 4 5
. . . . . . . . .
r
Q B l q K K K K K
r
γ
=
( T/h ) ( 3.05 ) [ 2 ]
Trong đó:
B: Bề rộng có ích của mặt sàng, B = 1,5 ( m ).
r
l
: chiều dài có ích của mặt sàng,
r
l

= 2,5 ( m ). [ 1 ]
q : năng suất riêng của mặt sàng ( m
3
/m
2
h ).
5
8
4,1.q W=
( 3.06 ) [ 2 ]
W: kích thước của mắt sàng, vì yêu cầu cát sau khi sàng có kích thước
nhỏ hơn 10 ( mm ) nên ta chọn W = 10 mm.
5
8
4,1.10 17,3q⇒ = ≈
( m
3
/m
2
h )
γ
: tỉ trọng của vật liệu, ở đây vật liệu là cát nên ta lấy
γ
= 1,5 T/m
3
.
K
1
: hệ số phụ thuộc vào tỉ lệ giữa lượng vật liệu có kích thước lớn và
tổng vật liệu đưa vào sàng.

1
( )
Q
sz
K
Q Q
sz r
=
+
( 3.07 ) [ 2 ]
Trị số của K
1
ta có thể dựa vào đồ thị trên hình 2 – 17a [ 2 ] để xác định.
Từ đồ thị với vật liệu là cát có thành phần hạt vật lớn hơn kích thước hạt
là 10 ( mm ) khoảng 3 – 4 % nên K
1
= 1.
K
2
: hệ số phụ thuộc vào tỉ lệ giữa vật liệu có kích thước nhỏ hơn một
nửa kích thước mắt sàng với lượng vật liệu lọt qua mắt sàng.
'
2
r
Q
K
Q
r
=
( 3.08 ) [ 2 ]

23
Trị số của K
2
xác định theo đồ thị 2 – 17b [ 2 ] với vật liệu là cát mà tỉ lệ
giữa hạt vật liệu có kích thước < 5 ( mm ) so với tổng kích thước hạt đã
lọt sàng thì tỉ lệ đó chiếm tới 80% vậy ta được K
2
= 2.
K
3
: hệ số phụ thuộc vào mức độ khai thác diện tích mặt sàng. Lấy K
3
=
0,8.
K
4
: hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu. Vật liệu sàng là cát xây dựng
nên dựa vào đồ thị 2 – 18 [ 2 ] chọn K
4
= 0,95.
K
5
: hệ số phụ thuộc vào dạng mắt sàng. Vì là mặt sàng là sàng đan mắt
vuông nên làm giảm năng suất sàng vật liệu xuống 20% từ đó K
5
= 0,8.
Vậy năng suất của vật liệu lọt sàng là:
1,5.2,5.1,5.17,3.1.2.0,8.0,95.0,8 118( / )Q T h
r
⇒ = ≈

+ Năng suất vận chuyển vật liệu nằm trên sàng.
Theo quan điểm chuyển động của dòng vật liệu trên các mặt sàng thì giả thiết
gần đúng đầu tiên là coi vật liệu trên sàng vận chuyển liên tục. Vì vậy khi xác định
năng suất vận chuyển của máy sàng có thể áp dụng công thức xác định năng suất của
các máy vận chuyển liên tục, tức là.
3600. . . . . . .
1 2 3
Q B hV C C C
sz
γ
=
( T/h ) ( 3.09 ) [ 2 ]
Trong đó:
B: bề rộng của sàng, ( m ).
h: chiều dày trung bình của lớp vật liệu, được xác định theo công thức
kinh nghiệm sau:
(2 3)h W= ÷
( 3.10 ) [ 2 ]
2. 2.0,01 0,02( )h W m⇒ = = =
V: vận tốc vận chuyển lý thuyết, ( m/s ).
2
1
. .
tg
V A
K
α
ω
+ Γ −
=

Γ
( 3.11 ) [ 2 ]
A: biên độ dao động của hộp sàng chọn sơ bộ A = 3,5 ( mm ).
ω
: tần số dao động của hộp sàng:
.
30
n
π
ω
=
( 3.12 ) [ 2 ]
24
n: số vòng quay của trục máy sàng n = 750 ( vg/ph ).
.750
78,5( / )
30
rad s
π
ω
⇒ = =
Γ
: hệ số ném của vật liệu.
2
.
.cos
A
g
ω
α

Γ =
( 3.13 ) [ 2 ]
Với
β
là góc nghiêng của sàng,
α
= 15
0
.
2
0
3,5.78,5
2,3
9,81.cos15 .1000
⇒ Γ = =
Vậy vận tốc vận chuyển vật liệu trên mặt sàng là:
2
1 2,3 15
3,5.78,5. 265( / ) 0,265( / )
2,3
tg
V mm s m s
K
+ −
= ≈ =
γ
: tỉ trọng của vật liệu,
γ
= 1,5 ( T/m
3

).
C
1
: hệ số kể đến sự va đập và trượt giữa vật liệu và sàng, C
1
= 0,9 [ 2 ].
C
2
: hệ số phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu cần vận chuyển, C
2
= 0.9.
C
3
: hệ số phụ thuộc vào chiều dày lớp vật liệu, từ đồ thị 2 – 19 [ 2 ] ta
xác định được C
3
theo chiều dày lớp vật liệu h = 20 ( mm )
0,98
3
C⇒ =
.
Vậy năng suất vận chuyển vật liệu trên mặt sàng là:
3600.1,5.0,024.0,265.1,5.0,9.0,9.0,98 41( / )Q T h
sz
= ≈
Từ công thức ( 3.04 ) ta có năng suất của máy sàng được xác định như sau:
118 41 159( / )Q Q Q T h
r sz
= + = + =
Ta thấy năng tính toán với năng suất yêu cầu của máy sàng chênh nhau một

lượng < 10% nên kết quả này chấp nhận được.
Vậy với kích thước mặt sàng đã chọn phù hợp với năng suất của máy sàng.
b. Các thông số dao động của hộp sàng.
Máy sàng rung vô hướng vẽ ở hình 3.11. Chuyển động của hộp sàng trong chế
độ ổn định không tính đến sức cản và mômen do động cơ gây ra được mô tả bằng
phương trình vi phân:
25