Co to jest przesiewacz wibracyjny? Jakie ma cechy i zastosowania?

W każdej instalacji do kruszenia i przesiewania jest maszyna, której jedynym zadaniem jest sortowanie: przesiewacz wibracyjny. Kruszarki rozdrabniają skałę, ale to przesiewacz zamienia wymieszany strumień ziaren w gotowe, uziarnione produkty handlowe, a jego nastawy decydują o tym, jaka część tego strumienia trafi tam, gdzie powinna.

Sama maszyna wygląda prosto — drgająca skrzynia z pokładami sit — jednak stojąca za nią fizyka wynagradza zrozumienie. Kąt nachylenia, rodzaj ruchu, amplituda i rodzaj sita zmieniają to, co przechodzi, a co nie, i właśnie dlatego ta sama w gruncie rzeczy maszyna występuje w tylu odmianach w kopalniach odkrywkowych, kopalniach podziemnych i na placach recyklingu.

Czym jest przesiewacz wibracyjny?

Przesiewacz wibracyjny to maszyna rozdzielająca materiał sypki na frakcje o różnym uziarnieniu poprzez wprawianie go w drgania na jednym lub kilku pokładach sitowych. Ziarna mniejsze od oczek sita przechodzą przez nie jako podziarno, a większe wędrują po powierzchni i są odprowadzane osobno jako nadziarno.

Przesiewanie jest odpowiednikiem kruszenia. Kruszarka zmienia wielkość ziaren; przesiewacz niczego nie zmienia, jedynie klasyfikuje to, co do niego trafia. W typowej instalacji obie operacje występują naprzemiennie: materiał zostaje pokruszony, przesiany na frakcje, a wszystko, co nadal jest zbyt duże, wraca do kruszarki w układzie zamkniętym.

Jedna maszyna może wytwarzać kilka produktów jednocześnie. Każdy pokład ma inną wielkość oczek — od najgrubszych u góry do najdrobniejszych na dole — więc pojedynczy strumień nadawy opuszcza przesiewacz jako trzy, cztery lub pięć oddzielnych frakcji, zależnie od liczby pokładów.

Jak działa przesiewacz wibracyjny?

Przesiewacz wibracyjny działa, zamieniając ruch obrotowy w kontrolowane drgania. Niewyważone masy na obracającym się wale albo para przeciwbieżnych wibratorów elektrycznych wytwarza siłę odśrodkową, która podrzuca skrzynię sitową wraz z leżącym na niej materiałem w powtarzalnym cyklu — tysiące drobnych podrzutów na minutę.

Każdy podrzut robi dwie rzeczy. Przesuwa materiał wzdłuż pokładu w stronę wylotu i rozluźnia warstwę, dzięki czemu ziarna mogą przemieszczać się względem siebie. To przemieszczanie nazywa się rozwarstwieniem (stratyfikacją): drobniejsze ziarna opadają na spód warstwy, a grubsze wypływają na wierzch.

To właśnie rozwarstwienie decyduje o skuteczności przesiewania. Gdy drobne ziarna dotrą do powierzchni sita, każdy kolejny podrzut daje im następną szansę na trafienie w oczko i przejście przez nie. Ziarna grube jadą na wierzchu warstwy, przesuwają się do przodu i opuszczają pokład jako nadziarno. Przesiewacz, który drga, ale nie rozwarstwia materiału, jedynie transportuje kamień.

Konstrukcję dopełnia izolacja drgań. Drgająca skrzynia opiera się na sprężynach śrubowych lub wibroizolatorach gumowych, dzięki czemu gwałtowny ruch skrzyni sitowej nie przenosi się na konstrukcję nośną ani na stalowe elementy instalacji poniżej.

Jakie są najważniejsze cechy przesiewacza wibracyjnego?

Cechami definiującymi przesiewacz wibracyjny są wymiary pokładu, liczba pokładów, napęd wytwarzający drgania, regulowane parametry ruchu oraz układ izolacji sprężynowej lub gumowej. Razem wyznaczają wydajność, zakres rozdziału i dokładność, jaką maszyna może osiągnąć.

W tej klasie maszyn skrzynie sitowe mają zwykle od około 1,2 do 2,4 metra szerokości i od 4 do 7 metrów długości, co daje mniej więcej 5 do 17 m² powierzchni przesiewania na pokład. Jednostki stacjonarne przerabiają na ogół około 70 do 340 ton na godzinę, a mobilne instalacje przesiewające sięgają w górnym zakresie około 600 t/h.

Moc napędu jest skromna jak na przerabiany tonaż. Maszyny z jednym napędem pracują zwykle z silnikami o mocy od około 7,5 do 22 kW, a większe skrzynie wykorzystują napęd podwójny. Wielkości rozdziału obejmują mniej więcej 1 do 130 mm na pokładach konwencjonalnych, a maksymalna wielkość ziarna w nadawie rzędu 300 mm jest typowa dla konfiguracji odsiewających wstępnie.

Parametry pracy są celowo regulowane. Kąt nachylenia, prędkość obrotową i amplitudę można dostroić do materiału i właśnie dlatego ten sam model przesiewacza obsługuje w jednym roku wapień, a w kolejnym beton z recyklingu: maszynę się przestawia, a nie wymienia.

Jakie są rodzaje przesiewaczy wibracyjnych?

Przesiewacze wibracyjne klasyfikuje się według kąta nachylenia pokładu, rodzaju ruchu i zadania, do którego zostały zbudowane. Podstawowe rodzaje to:

• Przesiewacze pochyłe (o ruchu kołowym): najpowszechniejszy typ uniwersalny, pracujący przy nachyleniu 15 do 30 stopni z kołowym torem drgań.
• Przesiewacze poziome: pokłady płaskie lub niemal płaskie, o nachyleniu 0 do 5 stopni, wykorzystujące ruch liniowy lub eliptyczny, wybierane dla dokładności rozdziału i małej wysokości zabudowy.
• Przesiewacze bananowe (wielospadowe): pokład o zmiennym profilu, który zaczyna się stromo — nawet pod kątem około 45 stopni — i wypłaszcza się w stronę wylotu, zapewniając wysoką przepustowość.
• Przesiewacze odwadniające: przesiewacze o ruchu liniowym, które odsączają wodę z materiału drobnego, zamiast go klasyfikować.
• Przesiewacze wysokoczęstotliwościowe: maszyny do rozdziału drobnego, w których drgania przenoszone są bezpośrednio na sito.
• Przesiewacze rusztowe (grizzly): ciężkie pokłady prętowe, które odsiewają grubą nadawę przed kruszarką wstępną.

Przesiewacze bębnowe (trommle) i przesiewacze wałkowe wykonują podobną pracę sortującą, ale nie należą do tej rodziny, ponieważ obracają lub przetaczają materiał, zamiast wprawiać pokład w drgania.

Przesiewacze pochyłe

Przesiewacz pochyły to koń roboczy produkcji kruszyw. Jego pokład jest nachylony pod kątem 15 do 30 stopni, pojedynczy wał mimośrodowy nadaje skrzyni kołowy tor drgań o typowej amplitudzie 8 do 12 mm przy około 700 do 1 000 obr./min, a część pracy transportowej wykonuje grawitacja. Konstrukcja jest prosta mechanicznie, tolerancyjna wobec zmiennej nadawy i łatwa w utrzymaniu, co tłumaczy jej powszechność.

Przesiewacze poziome

Przesiewacze poziome pracują przy nachyleniu 0 do 5 stopni i przemieszczają materiał wyłącznie dzięki ruchowi liniowemu lub eliptycznemu, o amplitudzie zwykle od 14 do 20 mm. Ziarna pozostają na pokładzie dłużej niż na przesiewaczu pochyłym, co poprawia dokładność rozdziału, a płaski profil sprawdza się w instalacjach o ograniczonej wysokości zabudowy — przede wszystkim w maszynach mobilnych.

Przesiewacze bananowe (wielospadowe)

Przesiewacz bananowy ma pokład złożony z kilku odcinków o różnym nachyleniu: stromy przy nadawie i niemal płaski przy wylocie. Strome wejście szybko rozrzedza warstwę materiału, dzięki czemu drobne ziarna przechodzą wcześnie, a spłaszczone zakończenie daje ziarnom granicznym potrzebny czas. Efektem jest wyraźnie wyższa przepustowość z tej samej powierzchni sita — dlatego wysokotonażowe układy górnicze preferują ten kształt.

Przesiewacze odwadniające

Przesiewacz odwadniający usuwa wodę, zamiast klasyfikować materiał według uziarnienia. Przeciwbieżne wibratory wymuszają ruch liniowy o przyspieszeniu mniej więcej 5 do 6 G przy 1 000 do 1 500 obr./min, pokład unosi się lekko w stronę wylotu, a przelew zatrzymuje grubą warstwę materiału, która działa jak własny filtr. Płukany piasek opuszcza przesiewacz odwadniający na tyle suchy, że można go od razu transportować, składować i sprzedawać.

Przesiewacze wysokoczęstotliwościowe

Przesiewacze wysokoczęstotliwościowe rozdzielają materiał drobny, z którym pokłady konwencjonalne radzą sobie słabo. Zamiast wprawiać w drgania całą skrzynię, drgania — zwykle w zakresie 3 600 do 5 000 obr./min — przenoszone są bezpośrednio na sito, co utrzymuje drobne oczka drożne i produktywne przy rozdziale sięgającym nawet 100 mikronów.

Przesiewacze rusztowe (grizzly)

Przesiewacz rusztowy chroni kruszarkę wstępną. Jego pokład tworzy zestaw równoległych prętów odpornych na ścieranie o prześwitach 50 do 300 mm zamiast sita, przystosowany do przyjmowania skały urobionej strzałowo prosto z samochodu. Drobne i średnie frakcje przelatują przez ruszt i omijają kruszarkę, dzięki czemu maszyna pracuje wyłącznie na skale, która rzeczywiście wymaga kruszenia.

Czym różnią się ruch kołowy, liniowy i eliptyczny?

Rodzaj ruchu opisuje tor, jaki skrzynia sitowa zakreśla w każdym cyklu drgań: okrąg, linię prostą albo elipsę. Ruch kołowy pochodzi od pojedynczego wału mimośrodowego, ruch liniowy od dwóch wałów lub przeciwbieżnych wibratorów, których siły znoszą się poza jedną osią, a ruch eliptyczny łączy oba te zachowania.

Każdy tor odpowiada innemu nachyleniu pokładu. Ruch kołowy wymaga pokładu pochyłego, ponieważ same drgania nie transportują materiału skutecznie po powierzchni płaskiej. Ruch liniowy sam popycha materiał do przodu i to właśnie pozwala przesiewaczom poziomym i odwadniającym pracować przy niewielkim nachyleniu lub bez niego.

Ruch eliptyczny sytuuje się pomiędzy nimi, łącząc agresywny podrzut okręgu ze zdolnością transportową linii prostej. W przesiewaczach poziomych utrzymuje materiał w ruchu, zachowując jednocześnie dokładność wynikającą z dłuższego czasu przebywania na pokładzie. W praktyce rodzaj ruchu wynika z konstrukcji napędu, więc wybiera się go na etapie doboru maszyny, a nie reguluje później.

Czym jest sito i z czego jest wykonane?

Sito to wymienna powierzchnia, z którą materiał ma bezpośredni kontakt: siatka, panele lub blachy z otworami. Podstawowe warianty to siatka pleciona z drutu, panele poliuretanowe, panele gumowe oraz blacha perforowana, a wybór wpływa na trwałość, powierzchnię czynną i hałas silniej niż jakikolwiek inny element.

Siatka pleciona zapewnia największą powierzchnię czynną przy danej wielkości oczka, dlatego jest wyborem łączącym dokładność i przepustowość przy materiale suchym oraz umiarkowanie ściernym. Panele poliuretanowe są odporne na ścieranie i sprawdzają się przy przesiewaniu na mokro, gdzie służą wielokrotnie dłużej niż drut. Guma tłumi uderzenia grubej, ostrokrawędzistej nadawy i pracuje zauważalnie ciszej. Blacha perforowana wytrzymuje ciężkie odsiewanie wstępne, przy którym każde lżejsze rozwiązanie uległoby zniszczeniu.

Ponieważ sita montuje się w standardowych panelach lub napinanych sekcjach, przesiewacz może zmienić charakter bez wymiany maszyny. Ten sam pokład, który w jednym sezonie nosi blachę do odsiewania wstępnego, w kolejnym może pracować z drobnym poliuretanem, podążając za asortymentem produkowanym przez instalację.

Ile pokładów może mieć przesiewacz wibracyjny?

Przesiewacze wibracyjne mają zwykle od 2 do 4 pokładów, a każdy pokład dodaje jeden produkt: przesiewacz o n pokładach rozdziela nadawę na n+1 frakcji. Maszyna dwupokładowa daje trzy produkty, trzypokładowa cztery, a czteropokładowa pięć.

Kolejność pokładów podlega jednej zasadzie: najgrubsze oczka u góry, najdrobniejsze na dole. Górny pokład osłania drobniejsze sita poniżej przed dużymi bryłami i przyjmuje na siebie większość zużycia, dlatego zwykle wymienia się go jako pierwszy.

Więcej pokładów nie oznacza automatycznie lepiej. Każdy dodatkowy pokład zwiększa wysokość maszyny, utrudnia dostęp do sit i rozdziela tę samą powierzchnię przesiewania na większą liczbę rozdziałów, dlatego instalacje dobierają liczbę pokładów według liczby faktycznie sprzedawanych produktów, a nie według tego, ile udźwignęłaby konstrukcja.

Gdzie stosuje się przesiewacze wibracyjne?

Przesiewacze wibracyjne stosuje się wszędzie tam, gdzie materiał sypki trzeba posortować według uziarnienia: w górnictwie i przeróbce rud, produkcji kruszyw i piasku, instalacjach do kruszenia i przesiewania, recyklingu odpadów budowlanych i rozbiórkowych, przeróbce węgla oraz surowców mineralnych. Lżejsze odmiany służą także przemysłowi chemicznemu i spożywczemu.

W produkcji kruszyw to przesiewacz definiuje asortyment. Specyfikacje betonu i mas bitumicznych wymagają wąskich krzywych uziarnienia, a każda frakcja sprzedawana przez kopalnię odkrywkową — od drobnego piasku po tłuczeń kolejowy — opuszcza instalację przez dobrany dla niej pokład sitowy.

Układy górnicze korzystają z przesiewaczy dwukrotnie: ruszty i przesiewacze odsiewające chronią kruszarkę wstępną na wejściu instalacji, a przesiewacze bananowe i poziome dzielą pokruszony strumień i zamykają obieg, kierując nadziarno na kolejne przejście. Przesiewacze odwadniające osuszają następnie płukane produkty drobne przed transportem.

Recykling stał się zastosowaniem zmieniającym się najszybciej. Kruszony beton, cegła i destrukt bitumiczny trafiają na instalację wymieszane i nieregularne, a przesiewanie oddziela frakcje nadające się do ponownego użycia od zanieczyszczeń. Ta sama fizyka rozwarstwienia, która sortuje skałę naturalną w kopalni, sortuje odpady rozbiórkowe na miejskim placu przeróbczym — co jest niezłą miarą tego, jak uniwersalna stała się ta maszyna.