Trên cơ sở nguyên lý hoạt động của hộp sàng rung vô hướng trong tổ hợp nghiền sàng di động, bài viết trình bày quan hệ giữa năng lượng kích động (lực kích động) với sự chuyển động của hạt vật liệu trên mặt sàng nhằm xác định sự thay đổi qui luật và quĩ đạo chuyển động khi thay đổi lực kích động.
SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU QUAN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG KÍCH ĐỘNG VỚI QUĨ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT VẬT LIỆU TRÊN MÁY SÀNG RUNG VÔ HƯỚNG LẮP TRÊN TỔ HỢP NGHIỀN SÀNG DI ĐỘNG RESEARCH ON RELATIONSHIPS BETWEEN THE VIBRATION ENERGY AND THE MOTION OF PARTICLE MATERIAL ON THE INDURATED VIBRATING SCREENING MACHINE MOUNTED ON MOBILE SCREEN CRUSHER COMPLEX Nguyễn Mạnh Hùng1,*, Lê Duy Long2, Bùi Văn Hải2 TÓM TẮT Trên sở nguyên lý hoạt động hộp sàng rung vô hướng tổ hợp nghiền sàng di động, báo trình bày quan hệ lượng kích động (lực kích động) với chuyển động hạt vật liệu mặt sàng nhằm xác định thay đổi qui luật quĩ đạo chuyển động thay đổi lực kích động Kết nghiên cứu sở để giải toán lựa chọn thơng số hình học hợp lý cho lưới sàng hộp sàng rung vô hướng tổ hợp nghiền sàng di động chế tạo Việt Nam Từ khóa: Chuyển động hạt vật liệu, sàng rung vơ hướng, tổ hợp nghiền sàng di động ABSTRACT Based on the working principle of scalar vibrating sieve box in mobile crushing and screening complex, this paper presents the correlations between vibrating energy (vibrating force) and the motion of material objects on the screen meshes to define their motion trajectory when variation of the component of vibrating force The results of this work provide the knowledge to solve the problem of finding geometrical characterizations for the screen meshe on scalar vibrating sieve box in mobile crushing and screening complex manufactured in Vietnam Keywords: Motion of particle material, the indurated vibrating screening, the mobile screen crusher complex Học viện Kỹ thuật Quân Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: hoangsonhung72@gmail.com Ngày nhận bài: 03/01/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 05/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 21/10/2020 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ĐẶT VẤN ĐỀ Tổ hợp nghiền sàng phân loại vật liệu xây dựng hay gọi tổ hợp nghiền sàng sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, tổ hợp nghiền sàng di động sử dụng xây dựng Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn công trình đặc biệt xa trung tâm, tổ hợp sử dụng hộp sàng rung vô hướng với nhiều ưu việt so với loại sàng khác Loại máy có mặt sàng nằm nghiêng nên đảm bảo suất máy tốt Tổ hợp sử dụng hộp sàng rung vô hướng làm việc theo nguyên lý sử dụng lực kích động khối lệch tâm rung tần số cao tác động lên hộp sàng, tạo lượng cung cấp cho hạt vật liệu nằm mặt sàng chuyển động liên tục theo dạng bắn lên - rơi xuống, lăn mặt sàng diễn trình phân loại vật liệu Trên sở nghiên cứu kỹ thuật rung [2] Từ lý thuyết thực tiễn máy sàng rung vô hướng tổ hợp nghiền sàng di động cho thấy lực kích động lên hộp sàng ảnh hưởng trực tiếp tới vận tốc ban đầu quỹ đạo chuyển động hạt vật liệu [1], tài liệu [3] trình bày sở khoa học xác định thông số động học động lực học máy phân loại vật liệu sử dụng hiệu ứng rung, tài liệu [4] nghiên cứu để nâng cao hiệu làm việc trình sàng vật liệu, tài lệu [5] thiết kế mặt sàng rung tài liệu [6] nghiên cứu tối ưu hóa mặt sàng rung Điều liên quan đến xác suất lọt lỗ sàng hạt vật liệu số lần tiếp xúc hạt vật liệu với mặt sàng cho phép Các yếu tố định đến hiệu trình sàng vật liệu Năng lượng kích động (lực kích động) phụ thuộc vào số thông số cụm gây rung khối lượng khối lệch tâm, bán kính lệch tâm số vịng quay trục lệch tâm Do đó, nội dung báo trình bày sở khoa học mối quan hệ lực kích động với quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu mặt sàng thông qua vận tốc ban đầu, nhằm đạt hiệu sàng cao 2.1 Quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu mặt lưới sàng rung vô hướng Khi tổ hợp nghiền sàng di động làm việc, hạt vật liệu mặt sàng rung vô hướng bắn lên - rơi xuống lăn với quĩ đạo chuyển động đường pa bôn mô tả hệ phương trình (1) sau: Vol 56 - No (Oct 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 81 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ gt y v t sin x v t sin P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 (1) Trong đó: x, y tọa độ hạt vật liệu; vo tốc độ lớn theo hướng dao động (ban đầu) hạt vật liệu,(m/s); α góc nghiêng hộp sàng so với phương ngang, (độ) Hình Quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu mặt sàng rung vơ hướng Từ hệ phương trình (1) ta có: y v0 2x x gsin tg (2) tốc ban đầu hạt vật liệu) là: 0,35m/s; 0,5m/s; 0,65m/s; 0,8m/s; 0,95m/s (lựa chọn vùng tốc độ làm việc hộp sàng rung vô hướng) Kết quĩ đạo chuyển động ứng với vận tốc thể hình Hình Quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu ứng với vận tốc hộp sàng khác Giá trị cực đại quĩ đạo chuyển động điểm tương ứng theo hình xác định theo cơng thức (3), (4) ghi kết bảng Bảng Các giá trị hi xmax tương ứng i Hàm (2) đạt cực đại x = x1 bằng: x1 v 20 tg 2g sin (3) Thay x = x1 lấy y = h (với h chiều cao bắn lên hạt vật liệu) đó: (4) v 2ghcos Khi góc nghiêng α = 200, xác định được: v ,28 h STT (5) Giá trị hợp lý h là: h 0, 4l (với l kích thước lỗ sàng) nhà khoa học chứng minh thực nghiệm [1] giá trị lý thuyết hợp lý v0 theo công thức (5) cần phải đạt trình làm việc máy sàng Mặt khác v x cos , x xác định phương trình động lực học máy sàng vơ hướng đây: (6) m x b x x C x x m r0 sin ( t ) Với: bx hệ số dập tắt dao động quy dẫn gối lò xo (Ns/m); Cx độ cứng quy đổi gối lò xo (Nm); m khối lượng hộp sàng phần ba khối lượng vật liệu mặt sàng (kg); m0 khối lượng khối lệch tâm (kg); r0 bán kính khối lệch tâm (m); vận tốc góc trục lệch tâm (rad/s) Từ phương trình cho thấy giữ nguyên tham số độ cứng lò xo (bx, Cx) khối lượng dao động hộp sàng rung (m) giá trị x quỹ đạo chuyển động hạt vật liệu phụ thuộc vào độ lớn lực kích động hay lượng kích động máy sàng khối lệch tâm tạo (Pkđ = m0 r2 ) 2.2 Xác định quan hệ độ lớn lực kích động quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu mặt sàng Với máy sàng rung vô hướng giữ nguyên tham số b, C, m; Khi thay đổi độ lớn lực kích động (Pkđ) tương ứng xét với trường hợp thay đổi vận tốc hộp sàng (vận Thông số vo ( m/s ) hi (m) (m) xmax i 0,35 0,0069 0,00178 Giá trị tương ứng 0,5 0,65 0,8 0,0136 0,023 0,0349 0,00494 0,0097 0,016 0,95 0,0493 0,0239 Để hiệu sàng đạt lớn nhất, theo [1] [4], quĩ đạo chuyển động hợp lý hạt vật liệu phụ thuộc đồng thời vào hai điều kiện sau: hạt vật liệu lọt qua lỗ sàng chuyển động khơng dính vào mặt sàng; xác suất lọt qua lỗ sàng hạt vật lớn Để thỏa mãn điều kiện thứ nhất, giả sử chọn vật liệu đá sản phẩm 3x4, tức đường kính hạt vật liệu lớn lọt sàng dmax = 40mm = 0,04m; Theo [4] để hạt vật liệu lọt lỗ sàng đường kính hạt vật liệu phải nhỏ kích thước lỗ sàng; thực tế để đảm bảo suất sàng người với lưới sàng rung vơ hướng có lỗ vng người ta lựa chọn d ≤ 0,75.l Do kích thước lớn vật liệu sàng lấy bằng: dmax = 0,75.l (7) Với l kích thước lỗ sàng (lỗ vng), (m); Với lưới sàng hình chữ nhật có có cạnh l1, l2 kích thước lớn là: l = max(l1, l2); Theo [2], trình sàng, hạt vật liệu không kẹt lỗ sàng, hay điều kiện để hạt vật liệu không bịt lỗ sàng la chiều cao h nhỏ hạt vật liêu bắn lên trình sàng phải lớn 0,4l; tức h ≥ 0,4l Khi thay điều kiện vào (7), ta có: h 0,4 d m ax , 3 d m ax 0,75 (8) Thay dmax = 0,04m vào (7) ta được: h ≥ 0,021m; Để thỏa mãn điều kiện thứ hai, gọi L chiều dài hộp sàng, li khoảng cách lần chuyển động hạt vật liệu theo chiều dài hộp sàng (trục x), ni số lần tối đa hạt vật liệu gặp mặt sàng Nhận thấy: li x mi ax 82 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (10/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Khi đó: n i L li hay ni L (9) ax 2xm i Theo tài liệu [1] xác suất lọt lỗ sàng hạt vật liệu tính theo cơng thức sau: Pn =1- (1-P)n (10) Pn xác suất lọt lỗ sàng hạt vật liệu sau n lần “thử lọt qua” Trong đó, P (l d ) (l a ) l2 (l a ) (1 d ) l ; Với a kích thước đường kính thép làm lưới sàng, (m) Với loại sản phẩm vật liệu sàng loại lưới sàng, xác suất lọt qua lỗ sàng Pn phụ thuộc vào số lần gặp mặt sàng n; (Nhận thấy > P > ), theo (10), n lớn Pn lớn Hình biểu đồ mối quan hệ xác suất lọt qua sàng hạt vật liệuvới số lần gặp mặt sàng n kích thước hạt vật liệu d Hình Mối quan hệ xác suất lọt qua sàng hạt vật liệu với số lần gặp mặt sàng n kích thước hạt vật liệu d Dựa biểu đồ quan hệ xác suất lọt lỗ sàng hạt vật liệu với số lần gặp mặt sàng n kích thước hạt vật liệu d Khi lựa chọn d/l = 0,75, để đảm bảo xác suất lọt lỗ sàng ≥ 80%, tra đồ thị hình nhận thấy số lần hạt vật liệu có kích thước dmax gặp mặt sàng trung bình ntb = 90 lần Áp dụng với máy sàng rung vô hướng ký hiệu mặt sàng NSR-362/3 có kích thước mặt sàng 900x1800, tức chiều dài hộp sàng L = 1,8m Kết tính tốn theo cơng thức (9) cho kết ghi bảng Bảng Các số liệu tính tốn vo, h, li, ni tương ứng STT Thông số vo ( m/s ) h (m) li (m) ni (lần) 0,35 0,0069 0,00356 505 0,5 0,0136 0,0099 182 Giá trị 0,65 0,023 0,0194 93 0,8 0,0349 0,032 56 0,95 0,0493 0,0478 37 Nhận xét Từ kết tính tốn bảng tương ứng với năm trường hợp vận tốc khác nhận thấy: Để đáp ứng điều kiện hạt vật liệu khơng bịt lỗ sàng q trình sàng độ lớn lực kích động lên mặt sàng phải đảm bảo hạt vật liệu nhảy lên độ cao h thỏa mãn điều kiện Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn (8) (với đá 3x4 h ≥ 0,021m); Áp dụng với trường hợp nhận thấy trường hợp không thỏa mãn điều kiện này; Chỉ trường hợp 3, thỏa mãn Từ công thức (10) thấy n lớn tức số lần hạt vật liệu gặp mặt sàng nhiều xác suất hạt vật liệu lọt qua lỗ sàng lớn; Ta thấy n3 > n4 > n5 Như trường hợp cho hiệu suất sàng lớn trường hợp Đồng thời trường hợp có n = 93 lần nên đảm bảo n > ntb (90 lần) Từ nhận xét ta thấy để trình sàng vật liệu đạt hiệu lớn hộp sàng rung vơ hướng, độ lớn lực kích động lên hộp sàng phải đảm bảo cho quĩ đạo bắn lên hạt vật liệu trình sàng đạt giá trị tối ưu h = 0,533dmax Tức tường ứng với trường hợp Khi v , 28 , 533dmax KẾT LUẬN Bài báo trình bày cách xác định mối quan hệ lượng kích động quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu dựa hai tiêu tiêu chí xác suất lọt lỗ sàng kháng bịt lỗ sàng hạt vật liệu, tiêu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sàng thông qua việc xác định mối quan hệ chiều cao bắn lên - rơi xuống hạt vật liệu đường kính hạt vật liệu thỏa mãn điều kiện h = 0,533dmax Đây sở khoa học mối quan hệ độ lớn lực kích động (thơng qua vận tốc vo) với quĩ đạo chuyển động hợp lý (thông qua chiều cao bắn lên h) hạt vật liệu mặt sàng rung vô hướng Kết nghiên cứu phục vụ cho q trình lựa chọn thơng số hợp lý hộp sàng rung vô hướng lắp tổ hợp nghiền sàng di động theo yêu cầu cho trước cấp phối hạt vật liệu nhiệm vụ tính tốn thiết kế, chế tạo hộp sàng rung vô hướng nhằm đáp ứng yêu cầu đặt việc phân loại vật liệu tổ hợp nghiền sàng di động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Minh Tuấn, Chu Văn Đạt, Bùi Khắc Gầy, 2013 Máy sản xuất vậtliệu xây dựng NXB Quân dội nhân dân, Hà Nội [2] Trần Văn Tuấn, 2005 Cơ sở kỹ thuật rung xây dựng sản xuất vật liệu xây dựng NXB Xây dựng [3] Sapozhnikov M Ya, 1970 Mechanical equipment of enterprises of building materials, products and structures Moscow [4] Tomasz Szymanski, Piotr Wodzinski, 2003 Screening on a screen with a vibrating sieve Physicochemical Problems of Mineral Processing, 37, 27-36 [5] Zhao, Y., Liu, C., He, X., Zang, C., Wang, Y., Ren, Z, 2009 Dynamic design theory and application of large vibratingscreen Procedia Earth Planet Sci 1(1), 776–784 [6] Sergio Baragetti, 2014 A dynamic optimization theoretical method for heavy loaded vibrating screens Springer Science+Business Media Dordrecht AUTHORS INFORMATION Nguyen Manh Hung1, Le Duy Long2, Bui Van Hai2 Military Technical Academy Hanoi Uniersity of Industry Vol 56 - No (Oct 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 83 ... mối quan hệ xác suất lọt qua sàng hạt vật liệuvới số lần gặp mặt sàng n kích thước hạt vật liệu d Hình Mối quan hệ xác suất lọt qua sàng hạt vật liệu với số lần gặp mặt sàng n kích thước hạt vật. .. làm việc hộp sàng rung vô hướng) Kết quĩ đạo chuyển động ứng với vận tốc thể hình Hình Quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu ứng với vận tốc hộp sàng khác Giá trị cực đại quĩ đạo chuyển động điểm tương... quan hệ độ lớn lực kích động quĩ đạo chuyển động hạt vật liệu mặt sàng Với máy sàng rung vô hướng giữ nguyên tham số b, C, m; Khi thay đổi độ lớn lực kích động (Pkđ) tương ứng xét với trường hợp