Nghiên cứu động lực học tổ hợp máy nghiền sàng di động

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 167 
BÀI BÁO KHOA HỌC 
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC 
TỔ HỢP MÁY NGHIỀN SÀNG DI ĐỘNG 
Nguyễn Mạnh Hùng1, Nguyễn Viết Tân1, Bùi Khắc Gầy1 
Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp nghiên cứu mô hình động lực học của tổ hợp máy nghiền sàng di 
động trên cơ sở sơ đồ nguyên lý của máy thực, xây dựng được hệ phương trình vi phân chyển động của máy, 
thiết lập chương trình tính cho phép chạy mô phỏng các thông số động lực học, so sánh kết quả các thông số 
động lực học của mô hình xây dựng, tính toán lý thuyết với đo đạc bằng thực nghiệm, từ đó đánh giá sự đúng 
đắn của mô hình lý thuyết, làm cơ sở để tính toán khảo sát tiếp theo phục vụ việc nghiên cứu, thiết kế tổ hợp 
máy nghiền sàng di động tại Việt Nam. 
Từ khóa: Tổ hợp máy nghiền sàng di động, thông số kết cấu, thông số động lực học 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Tổ hợp máy nghiền sàng di động sử dụng hộp 
sàng rung vô hướng, đây là loại hộp sàng được sử 
dụng trong nhiều ngành và lĩnh vực như sản xuất vật 
liệu xây dựng. Tổ hợp máy nghiền sàng di động là tổ 
hợp máy nghiền sàng chuyên dụng, công suất nghiền 
sàng vật liệu đá không lớn, đảm bảo tính cơ động, 
đáp ứng được những yêu cầu trong xây dựng các 
công trình quân sự đặc biệt như xây dựng đường 
hầm quân sự tại các vùng rừng núi ở Việt Nam. 
Các công trình nghiên cứu về tổ hợp máy 
nghiền sàng di động ít được công bố, tuy nhiên 
việc nghiên cứu về máy sàng rung lại thu hút được 
sự quan tâm của các viện nghiên cứu và rất nhiều 
các nhà khoa học trên thế giới như công trình 
nghiên cứu về máy sàng rung (Bauman.V.A, 
1977) đã đưa ra mô hình tính toán động lực học 
của máy sàng rung ở dạng đơn giản, 
(Сапожников М. Я. 1970) đã trình bày cơ sở 
khoa học xác định các thông số động học và động 
lực học của máy phân loại vật liệu sử dụng hiệu 
ứng rung, (Delxov Nicolaievich, 2015) tính toán 
nguyên lý rung tự cân bằng trong máy sàng rung, 
(Sergio Baragetti, 2014) xây dựng phương pháp 
tối ưu với máy rung lớn, (Nguyễn Văn Vịnh, 
2006) đã đưa ra mô hình tính toán động lực học và 
hệ phương trình chuyển động của máy sàng rung 
1 Khoa động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự 
với 2 bậc tự do theo 2 phương X,Y, (Trần Văn 
Tuấn, 2005) đã đề cập đến một số bài toán lý 
thuyết liên quan đến quá trình rung động của máy 
sàng rung. Do vậy, để nghiên cứu về tổ hợp nhằm 
nâng cao năng suất và hiệu quả làm việc thì 
nghiên cứu động lực học của tổ hợp máy nghiền 
sàng di động là không thể bỏ qua. 
 Trong phạm vi bài báo sẽ trình bày phương 
pháp xây dựng mô hình động lực học của tổ hợp 
máy nghiền sàng di động và khảo sát các thông số 
động lực học của tổ hợp. 
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
2.1. Giới thiệu nguyên lý kết cấu và làm việc 
của tổ hợp máy nghiền sàng di động 
Tổ hợp máy nghiền sàng di động sử dụng nguyên 
lý rung tần số cao đối với hộp sàng và mặt sàng. Vật 
liệu đá hộc sau khi được chuyển vào khoang nghiền 
của máy nghiền sẽ rơi thẳng xuống mặt sàng của hộp 
sàng rung. Nhờ lực rung mạnh vật liệu vừa chuyển 
động vừa “nhảy” trên mặt sàng tạo ra quá trình phân 
loại vật liệu. Sơ đồ kết cấu của tổ hợp máy nghiền 
sàng di động được thể hiện chi tiết trên hình 1. Khi 
động cơ 6 làm việc sẽ truyền chuyển động quay cho 
bánh đà 8 của máy nghiền 7 và trục lệch tâm 2 của 
hộp sàng 10, bánh đà quay sẽ tạo ra lực nghiền đá 
của hàm nghiền, trục lệch tâm trên hộp sàng khi 
quay sẽ tạo ra lực ly tâm tác dụng lên hộp sàng, hộp 
sàng được tựa trên 4 gối lò xo 1 đặt trên khung 3 nên 
sẽ tạo ra một hệ dao động vô hướng. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 168 
a) 
b) 
Hình 1. a. Hình ảnh; b. Sơ đồ kết cấu tổ hợp máy nghiền sàng di động. 
1- Lò xo hộp sàng; 2- Cụm gây rung hộp sàng; 3 - Khung máy; 4- Cụm bánh dẫn động của động cơ; 
5 - Chân khung; 6 - Động cơ dẫn động; 7- Máy nghiền; 8 - Bánh đà máy nghiền; 9 - Máng vật liệu; 
10- Hộp sàng rung vô hướng. 
2.2. Xây dựng mô hình động lực học của tổ 
hợp máy nghiền sàng di động 
a. Các giả thiết để xây dựng mô hình 
Để xây dựng được mô hình động lực học sát với 
thực tế, ta chấp nhận các giả thiết sau: 
- Khung máy cứng tuyệt đối. Máy nghiền và 
động cơ dẫn động được gắn cứng lên khung máy, 
hộp sàng được gắn trên 4 lò xo đặt trên khung máy, 
toàn bộ khung máy đứng trên 4 chân đàn hồi; 
- Phần khối lượng lệch tâm trên máy nghiền rất nhỏ 
so với khối lượng quay của bánh đà nên có thể quy dẫn 
về khối lượng bánh đà và có tâm quay là trục bánh đà; 
Khối lượng còn lại của máy nghiền và động cơ dẫn 
động được quy dẫn về khối lượng khung máy; Trọng 
tâm máy nghiền nằm trùng tâm trục quay bánh đà, lực 
nghiền đá đặt tại trọng tâm máy nghiền; 
- Coi khối tâm của hộp sàng không trùng với tâm 
hình học: Cụ thể khối tâm cách cạnh trái của hộp 
sàng là l1 và cạnh phải là l2 và cạnh trên là b1, cạnh 
dưới là b2; 
- Dây đai của bộ truyền lực đủ căng để không xảy 
ra hiện tượng trượt, tần số dao động của hộp sàng 
không thay đổi, công suất động cơ đủ cho quá trình 
nghiền sàng đồng thời, tốc độ vòng quay động cơ ổn 
định trong quá trình làm việc; 
- Coi toàn bộ máy bố trí trên khung đối xứng theo 
trục dọc máy. 
- Coi 1/3 khối lượng vật liệu trên sàng dao động 
cùng với sàng (lấy theo kinh nghiệm về máy sàng và 
một số tài liệu đã tính toán (Trần Minh Tuấn, Bùi 
Khắc Gầy, 2013). 
b. Xây dựng mô hình động lực học 
Để thuận lợi cho việc thiết lập mô hình toán ta 
đặt hệ toạ độ gốc XOY trên mặt đất tại chân khung 
trước (hình 2) vị trí ban đầu của máy. 
XkCkYk - Hệ trục toạ độ có tâm trùng với trọng 
tâm khung máy tại thời điểm ban đầu; 
Jk - Mô men quán tính khối lượng tổ hợp máy 
nghiền sàng di động; 
xC’sy - Hệ trục toạ độ di động gắn với hộp sàng; 
xs, ys- Độ dịch chuyển của trọng tâm hộp sàng 
theo phương x,y; 
xC’ky - Hệ trục toạ độ di động gắn với khung máy; 
xk ,yk - Độ dịch chuyển của trọng tâm khung máy 
theo phương x,y; 
Lp, Lny, Ld, Ldy - Khoảng cách từ trọng tâm của 
máy đến tâm quay của trục tâm bánh đà máy nghiền 
và tâm động cơ theo phương x,y; 
Rbd - Bán kính của bánh đà máy nghiền; 
ω, ωbd, ωđc - Vận tốc góc của trục lệch tâm hộp 
sàng, bánh đà máy nghiền và động cơ; 
Pn - Lực kích động máy nghiền theo phương 
thẳng đứng (phương y) lên khung; 
Cy3 (= Cy4), by3, by4 - Độ cứng và hệ số dập tắt 
dao động theo phương đứng của lò xo bên trái và lò 
xo bên phải chân khung máy; 
Cx3 (= Cx4), bx3, bx4 - Độ cứng và hệ số dập tắt 
dao động của lò xo theo phương ngang bên trái và 
bên phải của chân khung máy; 
Độ cứng và hệ số dập tắt dao động của các lò xo 
hộp sàng được đặc trưng bằng các độ cứng C và các 
giảm chấn giả định là b. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 169 
a) 
b) 
Hình 2. a) Mô hình động lực học b) Mô hình động lực học tương đương 
3. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN 
CHUYỂN ĐỘNG 
Ta sử dụng phương pháp Đalambe để thiết lập 
phương trình vi phân chuyển động của tổ hợp máy 
nghiền sàng di động. 
Đưa thêm các thành phần lực quán tính theo phương 
X,Y và mô men quán tính theo trục Z vào tổ hợp các lực 
tác dụng lên hộp sàng và khung máy (hình 3). 
a) b) 
Hình 3. a - Sơ đồ lực tác dụng lên hộp sàng; b - Sơ đồ lực tác dụng lên khung máy 
Tiến hành viết các phương trình tác dụng lực lên 
hộp sàng rung và khung: 
Đặt u1=2Cxs; u2=2bxs, , u62=bys(q3d1+q4d2)-
bxsLc(q1+q2) là các giá trị hằng số theo các biến độc 
lập trong hệ phương trình được lấy từ các tham số 
thực của máy làm thực nghiệm. 
Sau khi tính toán rút gọn ta thu được hệ phương 
trình (1) gồm 6 phương trình vi phân 
1 s 2 s 3 4 5
6 s 7 s 8 9 5
1 6 1 7 1 0 11 1 2 s 1 3 s
1 4 s 1 5 s 1 8 s 1 9 s 2 0 s 2 1 s 2 2
ck 2 3
m . X u .x u .x u . u . u . sin ( t )
m .Y u . y u .y u . u . u .( t )
J . ( u . u ) . ( u . u u .y u .x
u . y u .x ) . u .x u .x u . y u . y u .s in ( t )
M .X u .
 
 
   

 
 
 
 
 
 
   
 2 4 2 5 2 6
2 7 s 2 8 s 2 9 3 0
ck 3 1 3 2 3 3 3 4
n
3 5 s 3 6 s 3 7 3 8 b d b d
k k k
k k 4 9 k 5 6 k 39 k 4 0
k
k
k 4 1 k
k k
4
k
2
u . u u
u .x u .x u . u . 0
M .Y u . u u u
Pu . y u . y u . u . .[ sin( t
x x . .
) s in ( t ) ] 0
2
J . (
u . u ) ( u . u x u . .
y . .
y u
y
 
   
 
 
   





  k
4 3 4 4 s 4 5 s 4 6 s 4 7k k
k k k
s 4 8 4 9
5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5
n
5 7 s 5 8 s 5 9 s 6 0 s 6 1 6 2 b
k
d b p
k
d
x
u u .x u . u .x u . y u . u
u . u ) u . u . u . u .
Pu .x u .y u .x u . y u . u . .[ sin ( t ) sin ( t ) ] .d 0
2
y y .
. x y x y


 


 

 

 

  
 (1) 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 170 
Trong đó : c k o k k c k o k k
o s k k s o s k k s
X X x Y y
X X
; Y ;
;b . x x Y Y a . y y 
4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT 
MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA 
HỘP SÀNG 
Tiến hành chạy chương trình với bộ thông số của 
tổ hợp máy nghiền sàng di động với phần hộp sàng 
theo nguyên mẫu máy sàng rung thực tế sử dụng trên 
công trường mã số NLS-382/3 (Trần Minh Tuấn, 
2013) đang sử dụng tại công trường Lữ đoàn 72- 
BTL Công binh khi thông số làm việc ở vận tốc trục 
lệch tâm hộp sàng ω= 125 rad/s. 
Trong phạm vi bài báo chỉ khảo sát các thông số 
động lực học về chuyển vị, vận tốc và gia tốc của 
hộp sàng sẽ cho ta kết quả biểu diễn trên các đồ thị 
hình 4, 5, và 6 như sau: 
Hình 4. Đồ thị lý thuyết chuyển vị hộp sàng rung theo phương x và phương y 
Hình 5. Đồ thị lý thuyết vận tốc hộp sàng rung theo phương x và phương y 
Hình 6. Đồ thị lý thuyết gia tốc hộp sàng rung theo phương x và phương y 
Sử dụng phương pháp hồi qui tổng bình phương 
giá trị, tiến hành hồi qui giá trị chuyển vị, vận tốc và 
gia tốc hộp sàng. Giả sử với chuyển vị lớn nhất của 
hộp sàng a(m), ta xác nhận các giá trị lớn nhất của 
chuyển vị theo các chu kỳ khác nhau trên đồ thị là 
a1, a2,,an , với n đủ lớn, khi đó chuyển vị hộp sàng 
được xác định theo công thức sau: 
2 2 2
1 2 na a ... aa
n
 (2) 
Tương tự ta cũng tính các giá trị vận tốc và gia 
tốc của hộp sàng; Tọa độ trọng tâm hộp sàng khi 
đứng yên (vị trí ban đầu) là 0, tính toán cho kết quả 
chuyến vị của hộp sàng rung theo phương x từ -
4.0×10-3 ÷ 4.0×10-3 (m), theo phương y từ -5.0×10-3 
÷ 5.0×10-3 (m); Vận tốc của hộp sàng rung theo 
phương x từ -0.25 ÷0.25 (m/s), theo phương y từ -
0.38 ÷0.38 (m/s); Gia tốc của hộp sàng rung theo 
phương x từ -20÷20 (m/s2), theo phương y từ -36 
÷36 (m/s2). 
5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 
MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA 
HỘP SÀNG 
a. Điều kiện làm thực nghiệm 
- Làm thực nghiệm trên máy thực tại công trường 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 171 
thi công, máy được đặt trên nền bê tông nên có thể 
coi như cứng tuyệt đối. Đá hộc đem nghiền sàng có 
độ cứng trung bình σn= 200 Mpa. 
b. Kết quả thực nghiệm 
Kết quả tiến hành đo đạc thực nghiệm trên máy 
thực ở chế độ làm việc vận tốc trục lệch tâm hộp 
sàng ω= 125 rad/s cho ta kết quả biểu diễn dưới 
dạng đồ thị dưới đây: 
Hình 7. Đồ thị thực nghiệm chuyển vị hộp sàng rung theo phương x và phương y 
Hình 8. Đồ thị thực nghiệm vận tốc hộp sàng rung theo phương x và phương y 
Hình 9. Đồ thị thực nghiệm gia tốc hộp sàng rung theo phương x và phương y 
Khi tiến hành xây dựng bài toán động lực học của 
tổ hợp máy nghiền sàng di động ta tiến hành thực 
hiện so sánh các kết quả của tất cả các thông số động 
lực học của tổ hợp máy và thực hiện ở một số chế độ 
làm việc đặc trưng mà thiết bị thường được sử dụng 
trong quá trình hoạt động. Bài báo chỉ thể hiện một 
phần các kết quả tính toán. 
Nhận xét: 
- Về kiểu dáng đồ thị các thông số động lực học 
của tổ hợp máy nghiền sàng di động nhận thấy có sự 
tương đồng giữa tính toán lý thuyết và thực tiễn; Các 
thông số động lực học theo phương x ổn định hơn 
phương y. 
- Về giá trị các thông số động lực học của tổ hợp 
máy có sai khác nhất định, nguyên nhân sự sai khác này 
là do các giả thiết cần thiết để giải bài toán động lực học 
mà không ảnh hưởng đến tính tổng quát của mô hình, 
giá trị sai khác được thể hiện ở bảng 1 dưới đây. 
Bảng 1. So sánh sai khác giá trị thông số động lực học lý thuyết và thực tế 
Nhìn vào bảng 1 thấy sự sai khác của các thông 
số động lực học nhỏ nhất là 7% và lớn nhất là 10.7 
% . Như vậy, các kết quả tính toán lý thuyết so với 
các kết quả đo thực nghiệm có sai số nằm trong 
phạm vi cho phép (<15%). Điều đó chứng tỏ mô 
hình và kết quả tính toán lý thuyết là phù hợp và có 
thể sử dụng để tính toán thiết kế tổ hợp máy nghiền 
sàng di động. 
6. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày phương pháp xây dựng mô 
hình động lực học của tổ hợp máy nghiền sàng di 
động, kết quả các thông số động lực học nhận được 
trong quá trình xây dựng mô hình được so sánh với 
các kết quả đo đạc thực nghiệm . 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 172 
Đồ thị biểu diễn các thông số động lực học của tổ 
hợp máy nghiền sàng di động có sự tương đồng giữa 
kết quả tính lý thuyết và thực tiễn. Về giá trị thì sự sai 
khác của giá trị các thông số lý thuyết và thực tiễn 
nằm trong phạm vi cho phép (7÷10.7%). Các giá trị 
động lực học của hộp sàng rung vô hướng trong tổ 
hợp hợp nằm trong vùng giá trị tính toán thực tế của 
máy sàng rung vô hướng khi làm việc độc lập. 
Kết quả bài báo có thể sử dụng mô hình tính toán 
động lực học của tổ hợp máy nghiền sàng di động, 
đây là tiền đề xác định các thông số động lực học 
của tổ hợp máy nghiền sàng di động, làm cơ sở tính 
toán thiết kế hợp lý cho tổ hợp máy nghiền sàng di 
động ở Việt Nam. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Trần Văn Tuấn, (2005), Cơ sở kỹ thuật rung trong xây dựng và sản xuất vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản xây dựng. 
Trần Minh Tuấn, Chu Văn Đạt, Bùi Khắc Gầy, (2013), Máy sản xuất vật liệu xây dựng, Học viện KTQS . 
Nguyễn Văn Vịnh, (2006), Động lực học máy xây dựng và xếp dỡ, Trường Đại học Giao thông vận tải. 
Бауман В. А. и И. И. Быховский, (1977), Вибрационные машины и процессы в строительстве, 
Москва. 
Сапожников М. Я. (1970), Механическое оборудование предприятий строительных материалов, 
изделий и конструкций, Москва. 
Delxov Nicolaievich, (2015), Динамика вибрационного проxoта на комбинационном параметрическом 
реэонансе, ижний Новгород. 
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. 
Sergio Baragetti, (2014), A dynamic optimization theoretical method for heavy loaded vibrating screens, 
Springer Science+Business Media Dordrecht. 
Abstract: 
DYNAMICS RESEARCH OF MOBILE SCREEN CRUSHER COMPLEX 
The paper presents the method of studying the dynamic model of the mobile screen crusher complex on the 
basis of the principle diagram of the real machine, building the system of moving differential equations of 
the machine, setting up the calculation program allowing simulation of dynamic parameters, comparing the 
dynamic parameters of construction model, theoretical calculation with experimental measurements, thereby 
assessing the correctness of the model theory, serving as a basis for calculating the next survey for the 
research and design of mobile screen crusher complexes in Vietnam. 
Keywords: The mobile screen crusher complex, structural parameters, dynamic parameters 
Ngày nhận bài: 16/5/2019 
Ngày chấp nhận đăng: 17/8/2019