CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ PHÂN LOẠI

Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

CHƯƠNG III

CÁC MÁY VÀ
THIẾT BỊ PHÂN LOẠI

Trang III- 1


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

I. ĐẠI CƯƠNG VÀ PHÂN LOẠI
Quá trình gia công nguyên vật liệu trong công nghiệp VLXD thường sản phẩm có kích
thước hạt không đồng nhất, hoặc khi sản phẩm chế tạo yêu cầu có kích thước xác định, hay
khi chia vật liệu đập nghiền thành từng nhóm hạt có tỷ lệ phần trăm xác định hoặc khi muốn
tách khỏi nguyên liệu những tạp chất có hại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm v.v...tất
cả những trường hợp đó đều yêu cầu phải tiến hành phân loại nguyên vật liệu theo yêu cầu
của quy trình kỹ thuật. Vì vậy, việc phân loại các nguyên vật liệu hoặc sản phẩm có ý nghĩa
quan trọng trong công nghiệp VLXD.
Để phân loại nguyên vật liệu có thể tiến hành theo nhiều phương thức khác nhau:
-

Phương
Phương
Phương
Phương

pháp
pháp
pháp

pháp

phân
phân
phân
phân

loại cơ khí.
ly không khí
ly thủy lực
ly điện từ

II. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI CƠ KHÍ (SÀNG)
II.1 Những khái niệm cơ bản
Phương pháp phân loại cơ khí được thực hiện bằng sàng. Dùng sàng có thể phân loại
được 2 hay nhiều nhóm hạt khác nhau. Số nhóm hạt nhận được phụ thuộc vào số lưới sàng mà
vật liệu đi qua. Nếu số lưới sàng là n thì số nhóm hạt nhận được là n+1.

II.1.1 Sơ đồ sàng
Phương pháp phân loại bằng sàng có thể theo nhiều sơ đồ khác nhau: sàng hạt nhỏ
khỏi hạt lớn, sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ, sàng liên hợp.

Trang III- 2


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

‰

Sàng hạt nhỏ khỏi hạt lớn

Theo sơ đồ hình (H.3.1) những hạt nhỏ
sẽ đi qua lỗ sàng có kích thước nhỏ
trước, tiếp theo những hạt có kích thước
trung bình lọt qua lỗ sàng trung bình,
sau đó những hạt có kích thước lớn sẽ
lọt qua lỗ sàng lớn. Cuối cùng những hạt
lớn nhất nằm trên sàng đi ra ngoài.
ƒ

Ưu điểm

- Đơn giản, sửa chữa dễ dàng
- Các nhóm hạt rơi dễ dàng vào
các phễu chứa tương ứng
yêu cầu.
ƒ

φ15

φ30

>φ60

φ60

0-15

1530-60
Hình 3.1 Sơ đồ sàng hạt nhỏ khỏi

Khuyết điểm:

- Khối vật liệu ban đầu, trong đó có những hạt vật liệu lớn lại rơi ngay vào sàng có kích
thước nhỏ nhất, có cấu tạo mảnh nhất, nên dễ dàng làm cho sàng mau hỏng.
- Khi khối vật liệu rơi vào sàng nhỏ trước, những hạt có kích thước lớn hơn lỗ sàng sẽ
che phủ 1 phần lớn lỗ, gây khó khăn cho các hạt nhỏ rơi qua sàng, do đó hiệu suất sàng kém.
‰

Sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ

Theo sơ đồ sàng này, sàng trên cùng có kích
thước lỗ lớn nhất, sàng dưới cùng có kích thước
lỗ nhỏ nhất. Sơ đồ này được dùng phổ biến
trong công nghiệp VLXD

Ø60
Ø30
Ø15

ƒ

Ưu điểm:

- Khối vật liệu được rơi ngay vào sàng có
kích thước lỗ lớn, do đó bảo đảm độ bền của
sàng.
- Những hạt vật liệu lớn và trung bình
không ngăn cản sự tách các hạt nhỏ lọt qua
sàng.

Ø>60
Ø30−Ø6
Ø15−Ø30

Ø0−15
Hình 3.2 Sơ đồ sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ

ƒ

Khuyết điểm:
- Cần có máng phụ để dẫn các nhóm hạt vào các bun ke tương ứng.

Trang III- 3


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

‰

Sàng liên hợp:

Vật liệu trước tiên rơi trên sàng có
kích thước trung bình, tiếp theo mặt sàng
trên những hạt có kích thước lớn rơi qua
sàng có lỗ lớn, còn những hạt nhỏ rơi qua
sàng nhỏ. Sơ đồ này nằm ở vị trí trung gian,
dung hòa ưu khuyết điểm của 2 sơ đồ sàng
trên.

φ30

>φ60

φ15

φ15-30

φ 0-15

φ 30-60

Hình 3.3 Sơ đồ sàng liên hợp

II.1.2. Hiệu suất sàng.
- Những hạt vật liệu đi qua lỗ sàng được gọi là sản phẩm dưới sàng. Ngược lại, những
hạt không lọt qua lỗ sàng được gọi là sản phẩm trên sàng.
Theo lý thuyết có thể coi tất cả những hạt có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng sẽ
đi qua lỗ sàng. Nhưng trong thực tế bao giờ cũng còn lại trên sàng một phần những hạt vật
liệu có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng đi ra cùng với sản phẩm trên sàng.
Để đánh giá chất lượng máy sàng và quá trình sàng người ta dùng hệ số hiệu suất sàng

η=A B
A: lượng hạt dưới sàng có k.thước yêu cầu thu được khi sàng.
B: lượng hạt có kích thước yêu cầu thực tế nằm trong vật liệu ban đầu.

Hiệu suất sàng thường phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Độ ẩm của vật liệu: trong đa số trường hợp vật liệu có độ ẩm càng cao hiệu suất sàng
càng giảm.
- Bề dày lớp vật liệu: lớp vật liệu quá dày hiệu suất kém, nhưng quá mỏng năng suất

giảm.
-Biên độ dao động: nếu kích thước vật liệu lớn, yêu cầu cần phải tăng biên độ dao
động.
- Máy sàng có thể phân theo các loại:
+ Sàng phẳng
+ Sàng thùng quay

Trang III- 4


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

II.2 Máy sàng phẳng
Sàng phẳng có thể phân thành các loại cơ bản sau:
- Sàng ghi
- Sàng lắc phẳng
- Sàng lắc tròn
- Sàng rung.

II.2.1 Cấu tạo của mặt sàng
‰

Bộ phận làm việc chủ yếu của sàng là ghi hay lưới sàng.
Ghi: có hai loại chính là ghi thanh và ghi tấm

ƒ Ghi thanh: có cấu tạo bằng các thanh thép tròn đặt song song nhau, cách nhau 1 khoảng
nào đó, tùy thuộc vào kích thước yêu cầu của sản phẩm dưới sàng. Sàng ghi thanh dùng để
phân loại những vật liệu có kích thước lớn.
ƒ Ghi tấm: là 1 tấm thép có đột lỗ tròn, ellip hay lỗ vuông.. Ghi tấm có lỗ tròn sản phẩm dưới
sàng có kích thước đồng nhất hơn.

Để vật liệu lọt dễ dàng qua lỗ sàng (không bị kẹt), bề dày của ghi nên < kích thước lỗ.
Ghi tấm dùng để phân loại các vật liệu trung bình và vật liệu nhỏ.
‰

Lưới sàng:

Được chế tạo bằng cách đan các sợi kim loại hay các sợi hữu cơ. cỡ sợi tùy thuộc vào
loại sàng. Sàng lưới dùng để sàng những vật liệu nhỏ và mịn, có thể đạt từ 2,5mm - 40µm.Tiết
diện sống của lỗ sàng lớn, chiếm 70% tổng diện tích của sàng. Kích thước của sàng được đặt
trưng theo 3 hệ:
-

Hệ liên Xô: đặc trưng bằng kích thước lỗ (µm)
Ví dụ: Sàng No 009 tương ứng kích thước lỗ 90 µm.

-

Hệ Đức: đặc trưng bằng số lỗ/cm hay số lỗ /cm2.
Ví dụ: sàng No70 có nghĩa là 70 lỗ/cm hay 4900 lỗ/cm2

Hệ Anh: đặc trưng bằng Mecso /dium
Mecso số lỗ, dium: tấc anh = 25,4mm
Ví dụ Số Mecso 180 có nghĩa là 180lỗ/25,4mm tương đương 72 lỗ/cm hay ≈
4900 lỗ/cm2.
-

Trang III- 5


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

II.2.2. Xác định tốc độ hạt vật liệu trên sàng.
Tốc độ hạt vật liệu trên sàng tùy thuộc vào tốc độ sàng. Nếu tăng tốc độ chuyển động
của sàng, kéo theo tăng tốc độ chuyển động của hạt vật liệu trên sàng, dẫn đến tăng hiệu suất
sàng. Nhưng nếu tăng tốc độ lớn quá sẽ làm giảm hiệu suất sàng. Vì với tốc độ quá lớn, hạt
vật liệu sẽ vượt qua lỗ sàng mà không lọt qua lỗ. Vì vậy cần phải xác định tốc độ sàng hợp lý.

d

v

O1

O

y

x
D
Hình 3.4 Sơ đồ xác định vận tốc hạt trên sàng

Theo hình (H 3.4), giả sử hạt vật liệu có kích thước d, chuyển động với vận tốc v với
sàng có kích thước lỗ D. Ta thấy các hạt vật liệu chuyển động qua lỗ theo quỹ đạo parabol
Phương trình chuyển động theo quỹ đạo parabol như sau:
x = vt
(3.1a)
Mặt khác

y = gt 2 2

(3.1b)

x =D−d 2

(3.2a)

y=d2

(3.2b)

Thời gian rơi tự do của hạt:

t=
và

v=

2y
=
g

2.d
=
2g

d
g

(3.3a)

x 
d g
= D t 
2  d

(3.3b)

Qua thực nghiệm người ta thấy rằng, nếu d =D, hạt không thể lọt qua sàng; hạt chỉ có
thể lọt qua sàng khi d = 0, 8D hay D = d 0, 8
Thay vào công thức trên ta có:

 d d g
v=
- 
= 2,36 d
 0, 8 2  d

[m/sec]

(3.4)

Như vậy tốc độ chuyển động của hạt vật liệu trên sàng phụ thuộc vào kích thước hạt.

Công thức trên chỉ dùng cho sàng đặt nằm ngang, nếu sàng đặt nghiêng, hạt đi qua lỗ
cần có kích thước nhỏ hơn, đồng thời vận tốc hạt cũng giảm.

Trang III- 6


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

dmax

esinα

D

v

e

esinα

Dcosα

α

Hình 3.5 Sơ đồ xác định vận tốc hạt trên sàng nghiêng

Kích thước hạt lớn nhất đi qua lỗ sàng đặt nghiêng xác định theo công thức

d = D cos α - e sin α

(3.5)

v = 2, 36

(3.6)

D cos α - e sin α [m/sec]

II.2.3 Sàng lắc phẳng
Nguyên tắc làm việc của sàng lắc phẳng cơ bản dựa vào tác dụng của trọng lực, sức ì
(lực quán tính) và lực ma sát.
Sàng lắc phẳng được phân làm 2 loại:

- Sàng lắc dọc:
+ Sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng lưới sàng
+ Sàng lắc dọc theo 1 góc α đối với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng.

- Sàng lắc tròn
Trong công nghiệp VLXD chủ yếu là sử dụng sàng lắc dọc.
‰

Sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng của lưới sàng

r

a1 = ω2.r

4

3

a2 = ω2.r

5

f = (0.3 – 0.45) tgϕ
G.sinα

Fα
1

Trang III- 7

Pu
G.cosα

2

G

Hình 3.4. Sơ đồ sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng của lưới sàng


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

ƒ

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Sàng gồm có thành sàng (1) gắn với sàng dưới (2), thanh kéo (3) và (4) được gắn vào
thành sàng. Sàng chuyển động xuôi ngược dọc theo mặt phẳng nghiêng của lưới sàng nhờ
động cơ truyền chuyển động đến ổ trục lệch tâm đối xứng (5).
ƒ

Xác định số vòng quay thích hợp của trục lệch tâm

Khi sàng chuyển động lui tới (ngược xuôi) với gia tốc nhỏ, những hạt vật liệu trên lưới

sàng sẽ ở trạng thái yên tĩnh tương đối (do lực ma sát). Nếu tăng gia tốc đến 1 giới hạn nào đó
những hạt vật liệu sẽ chuyển ngược theo sàng. Khi đó lực ì của hạt vật liệu sẽ thắng lực ma
sát giữa hạt vật liệu và lưới sàng. Vì vậy gia tốc tới hạn cần thiết để hạt vật liệu có thể chuyển
dịch ngược xuôi theo sàng được xác định như sau:
Gọi a1: gia tốc tới hạn để vật liệu có sự chuyển động tương đối đi xuống.
Điều kiện để hạt vật liệu đi lên theo sàng dốc ( theo hình vẽ)

Pu ≥ F + G sin α

(3.7)

Pu: lực quán tính của cục vật liệu gây ra bởi gia tốc a

a = ω2r =

mà
với:

(3.8)

r - độ lệch tâm
n - số vòng quay của trục lệch tâm [v/ph]

Pu = ma =
với

π2 n2r
900

G

Gπ2n2r Gn2r
a=
=
g
900g
900

(3.9)

F- lực ma sát, F = Gf cos α

Thay vào công thức trên ta có:

Gn2r
≥ Gf cos α + G sin α
900

(3.10)

Như vậy, điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tương đối đi lên theo sàng

n ≥ 30

f cos α + sin α
r

[v/ph] (3.11)

Điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tương đối đi xuống theo sàng:

Pu + G sin α ≥ Gf cos α
hay

Trang III- 8

Gn2r
+ G sin α ≥ Gf cos α
900

(3.12)


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

f cos α − sin α
r

n ≥ 30
Mặt khác ta thấy, khi n < 30

(3.13)

f cos α + sin α
vật liệu cũng chuyển động đi xuống,vậy
r

điều kiện để hạt vật liệu chuyển động đi xuống theo sàng

30

f cos α + sin α
f cos α − sin α
≥ N ≥ 30
r
r

(v/ph)

(3.14)

Để đánh giá sự trượt của vật liệu trên mặt sàng yêu cầu độ dốc α của sàng phải nhỏ
hơn góc ma sát ϕ của vật liệu:

ϕ<α
‰

(3.15)

Sàng lắc dọc theo một góc α so với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng

3
4

a

Pusinα

1
α

Pu

G.cosα

Pucosα
G
G.sinα

Hình 3.5a Sàng lắc dọc theo một góc α đối với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng

ƒ

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo: của lưới sàng này tương tự như sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng, chỉ
khác đối với loại sàng này là lực quán tính Pu không hướng dọc theo lưới sàng mà hướng theo
phương tạo với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng một góc α.
Phân tích Pu theo 2 thành phần :
Thành phần vuông góc và song song với mặt phẳng nghiêng lưới sàng :

 Pu1 = Pu sin α

Pu2 = Pu cos α

Trang III- 9

(3.16)


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

F = f ( G cos α - Pu sin α )

Thành phần lực ma sát

Điều kiện để vật liệu chuyển động tương đối đi xuống:

Pu cos α + G sin α > f ( G cos α - Pu sin α )
Thay

Pu =

(3.17)

Gn2r
và chia 2 vế cho Gcosα ta được:
900
n2r
(1 + ftgα) > f - tgα
900

(3.18)

f = tgϕ

với

Î

n2r

tgϕ - tgα
>
= tg(ϕ - α)
900 1 + tgϕtgα

n > 30

tg(ϕ − α)
r

(3.19)

[v/ph]

(3.20)

Điều kiện để vật liệu chuyển động tương đối đi lên:

PuCosα
Pu

GSinα
F

PuSinα
α
Gcosα

Hình 3.5b

G

Pu cos α > f(G cos α + Pu sin α) + G sin α
với

F = f(G cos α + Pu sin α) , biến đổi tương tự như trên, ta có:

n > 30

Trang III- 10

(3.21)

tg(ϕ + α)
r

[v/ph]

(3.22)


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

Như vậy, điều kiện để vật liệu chuyển động đi xuống theo sàng:

30

tg(ϕ + α)
tg(ϕ − α)
[v/ph]

> n > 30
r
r

(3.23)

Từ hình (H.3.5b) ta thấy điều kiện để hạt vật liệu tung lên khỏi sàng khi

Pu s in α > G cos α
Thay Pu =

(3.24)

Gn2r
ta xác định được điều kiện vật liệu bị tung lên khi số vòng quay của
900

trục:

30

n>

rtgα

[v/ph]

(3.25)

Thực tế số vòng quay của trục lệch tâm luôn luôn nhỏ hơn số vòng quay tính toán vì hạt

vật liệu không bị tung lên. Tuy nhiên lực Pusinα cũng làm chấn động vật liệu, làm cho quá
trình sàng tốt hơn.
‰

Xác định công suất của sàng lắc phẳng
Công suất tiêu hao cần thiết khi sàng làm việc gồm:
- Công suất tiêu hao để lắc toàn khối
- Công suất tiêu hao để khắc phục các lực cản khác.

Theo lý thuyết, đối với sàng lắc phẳng công suất tiêu hao ở ½ chu kỳ đầu làm việc sẽ
được hoàn lại trong ½ chu kỳ làm việc sau. Nhưng thực nghiệm cho thấy vì có sự phân tán lực
và có sự tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cản khác, cho nên khi tính toán có thể
không tính đến việc hoàn lại năng lượng động học trong ½ chu kì làm việc sau:
2

mv 2 Gπ2 n2r
Gr 2n2
A=2
=
=
2
900g
900

[kG.m]

(3.26)

Khi trục lệch tâm quay n vòng trong 1 phút, công suất tiêu hao

N=

An
Gr 2n3
=
60 × 75 4050000

[ml]

(3.27)

Đối với sàng lắc phẳng hệ số tác dụng hữu ích η= 0,7, công suất của động cơ:

Ndc =
trong đó:

Trang III- 11

Gr 2 n3
2.800.000

G - trọng lượng của vật liệu [KG]
r - độ lệch tâm
[m]

[ml]

(3.28)

Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

II.2.4 Sàng rung
Sự chấn động của sàng rung được tạo nên bởi lực quán tính, lực va đập hoặc lực điện
từ. Căn cứ vào phương thức tạo nên chấn động, có thể phân loại sàng rung theo:
- Sàng rung quán tính
- Sàng rung điện từ
- Sàng rung do va đập
Trong công nghiệp sản xuất VLXD chủ yếu sử dụng sàng rung quán tính.
‰

Sàng rung quán tính

ƒ

Cấu tạo:

Trên khung chấn động (1), đặt trục lệch tâm không cân bằng (2), quay trong ổ trục
(3). Trên khung chấn động có đặt các thanh ngang (4) đỡ các lưới sàng (5) có kích thước lỗ
khác nhau. Một đầu sàng được bắt chặt vào tấm căng 6 đầu kia bắt vào tấm căng (7) nối liền
với bulông (8).
Cách kết cấu này cho phép điều chỉnh độ căng của sàng dễ dàng. Toàn khung chấn
động, sàng và bộ phận rung động được đặt trên hệ thống lò xo (9). Hệ thống lò xo (9) được
lắp trên giá cố định (10).

3

Pu
2

1
4

5

7

6

9
10

Hình 3.6a Sơ đồ cấu tạo sàng rung quán
ƒ

Nguyên lý hoạt động

Khi trục lệch tâm quay xuất hiện lực ly tâm quán tính luôn luôn thay đổi phương chiều
theo mặt phẳng vuông góc vơi trục. Qua đó hệ thống lò xo cùng với khung chấn động bị dao
động theo tất cả các phương làm cho sàng rung động để sàng vật liệu.

Trang III- 12


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

Biểu đồ dao động của sàng phụ thuộc vào phụ tải không cân bằng của trục lệch tâm,
vào độ cứng của hệ thống lò xo và vào cách bố trí lò xo.
Lực ly tâm quán tính Pu có thể phân thành 2 thành phần theo phương nằm ngang và
thẳng đứng:

 Pu1 = Pu sin α

Pu2 = Pu cos α

(3.29)

α: góc tạo bởi phương của lực ly tâm với trục thẳng đứng.
Dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính sàng chấn động, các điểm của sàng vạch thành
quỹ đạo ô-van.Sàng được đặt nghiêng một góc 5-15o
‰

Xác định năng suất của sàng rung

Sàng rung thường được dùng để sàng cát, sỏi, đá dăm có hàm ẩm tương đối thấp W =
3÷5%. Sàng thường có kích thước lỗ vuông 5÷100mm
Năng suất của sàng rung được xác định bằng những công thức thực nghiệm sau:
Bảng 3.1. Năng suất của các loại sàng rung
Vị trí sàng và vật liệu sàng

Công thức [m3/h]

Sàng rung đặt nằm ngang, sàng hỗn hợp cát sỏi

V = 0, 8F.q.k1 .k 2

Sàng rung đặt nằm ngang, sàng vật liệu đập

V = 0, 65F.q.k1 .k 2

Sàng rung đặt nghiêng, sàng hỗn hợp cát sỏi

V = 0,5F.q.k1 .k 2

Sàng rung đặt nghiêng, sàng vật liệu đập

V = 0, 4F.q.k1 .k 2

Trong đó:
F: tiết diện của sàng [m2]
q: năng suất riêng đối với 1m2 tiết diện sàng [m3/h], tra bảng.
k1: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng % sản phẩm dưới sàng có trong vật liệu ban đầu.
k2: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng % sản phẩm dưới sàng có kích thước nhỏ hơn ½
kích thước của lỗ sàng.

Trang III- 13


Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại

Hình 3.6b Hệ thống máy sàng rung

Trang III- 14