Грохоты и вибросита: классификация, конструкция, подбор для горной и строительной отрасли

Грохочение — процесс разделения сыпучих материалов на фракции по крупности с помощью просеивающих поверхностей. Грохоты и вибросита — неотъемлемая часть любого дробильно-сортировочного комплекса, щебёночного завода, карьера, обогатительной фабрики и предприятия по переработке отходов. Без грохочения невозможно получить товарный щебень стандартных фракций (5–10, 10–20, 20–40, 40–70 мм по ГОСТ 8267), отсеять некондицию, замкнуть цикл дробления или обезводить шлам.

В данной статье рассмотрены типы грохотов, конструкция просеивающих поверхностей, методика подбора оборудования, стандарты и практика применения на белорусских предприятиях.

Принцип грохочения

Материал подаётся на просеивающую поверхность (сито), которая колеблется (вибрирует) с определённой частотой и амплитудой. Частицы мельче размера ячейки проходят сквозь сито (подрешётный продукт, проход), крупнее — остаются на поверхности и сходят с неё (надрешётный продукт, отсев). Для разделения на несколько фракций используется многодечный грохот: верхнее сито — крупная ячейка, нижнее — мелкая. Двухдечный грохот разделяет на 3 фракции, трёхдечный — на 4.

Эффективность грохочения E — отношение массы подрешётного продукта к массе материала в исходном питании, которая теоретически должна была пройти сквозь сито. Для промышленного грохочения E = 85–95%. Факторы, снижающие эффективность: избыточная нагрузка (слишком толстый слой), влажность (залипание ячеек), высокое содержание «трудных» зёрен (размер близок к размеру ячейки), неправильная амплитуда и частота вибрации.

Классификация грохотов

По характеру колебаний

Инерционные (круговые колебания). Привод — вал с дебалансом (эксцентриком). Траектория колебаний — круговая. Амплитуда: 3–9 мм, частота: 750–1000 об/мин. Наиболее распространённый тип для сортировки щебня и гравия. Просты по конструкции, надёжны. По ГОСТ 5765 обозначаются: ГИТ (грохот инерционный тяжёлый), ГИС (средний), ГИЛ (лёгкий).

Самобалансные (линейные колебания). Два дебалансных вала, вращающихся в противоположные стороны, создают линейное (прямолинейное) колебание. Амплитуда: 4–12 мм, частота: 700–1000 об/мин. Равномерное распределение материала по ширине сита. Для обезвоживания, обесшламливания и сортировки влажных материалов.

Резонансные. Работают вблизи резонансной частоты системы «короб + пружины». Амплитуда: до 15 мм при минимальной мощности привода. Экономия энергии до 40% по сравнению с инерционными. Для тонкого грохочения и просеивания.

Эксцентриковые (механические). Привод через эксцентриковый вал, жёстко связанный с коробом. Высокая надёжность, постоянная амплитуда. Для тяжёлых условий (горячий агломерат, руда).

По типу просеивающей поверхности

Колосниковые. Параллельные стальные балки (колосники) с зазором 25–200 мм. Для предварительного грохочения: отделение мелочи перед дробилкой (скальпирование). Грохот ГИТ-51, ГИТ-52 с колосниковой декой — стандарт для карьеров.

С сетчатыми ситами. Проволочная сетка (тканая или сварная) из стали, нержавеющей стали или полимера. Ячейки: от 0,5 до 100 мм. Наиболее точное разделение. Для товарного грохочения щебня, песка, руды. Стандарт сеток: ГОСТ 3306 (тканые), ГОСТ 3826 (проволочные).

С перфорированными листами (штампованные сита). Стальной лист с круглыми, квадратными или продолговатыми отверстиями. Для крупных фракций (20–150 мм). Износостойкость выше, чем у сетчатых. Для абразивных материалов.

С резиновыми/полиуретановыми ситами. Модульные панели из полиуретана или резины с литыми отверстиями. Ресурс: в 3–10 раз выше стальных сеток. Снижение шума на 10–15 дБ. Для мокрого грохочения, абразивных материалов, руды. Современная тенденция — замена стальных сеток на полиуретановые на большинстве обогатительных фабрик.

Конструкция вибрационного грохота

Типовой инерционный грохот состоит из: вибрирующего короба (сварная рама из профильной стали), просеивающих поверхностей (одна, две или три деки), вибровозбудителя (дебалансный вал с подшипниками), привода (электродвигатель через клиноременную передачу или карданный вал), пружинных опор (виброизоляция от фундамента), загрузочного и разгрузочного лотков.

Размеры короба определяют производительность: ширина × длина. Стандартные типоразмеры по ГОСТ 5765: 1250×2500, 1500×3750, 1750×4500, 2000×5000, 2500×6000 мм. Чем шире грохот, тем больше пропускная способность. Чем длиннее, тем выше эффективность грохочения (больше время нахождения материала на сите).

Параметры вибрации

Параметр	Типичный диапазон	Влияние
Амплитуда (двойная)	4–12 мм	Больше амплитуда → интенсивнее движение материала → выше производительность, но ниже эффективность (материал «прыгает» над ситом)
Частота	700–1200 об/мин	Выше частота → больше попыток прохождения через ячейку → выше эффективность для мелких фракций
Угол наклона	0–25°	Больше угол → быстрее сход материала → выше производительность, но ниже эффективность. Стандарт: 15–20° для инерционных.
Направление колебаний	Круговое / линейное	Круговое — универсально. Линейное — лучше для влажных материалов (меньше залипание).

Оптимальная комбинация параметров подбирается для каждого конкретного применения. Общее правило: для крупных фракций (>40 мм) — большая амплитуда, низкая частота; для мелких фракций (<10 мм) — малая амплитуда, высокая частота.

Расчёт производительности грохота

Удельная производительность грохота Q (т/ч на 1 м² сита) зависит от размера ячейки, свойств материала и параметров вибрации. Базовая формула по методике ГОСТ 5765:

Q = q × F × k₁ × k₂ × k₃ × k₄ × k₅

где: q — базовая удельная производительность (т/ч·м²), зависит от размера ячейки (из таблиц стандарта); F — рабочая площадь сита (м²); k₁ — коэффициент содержания подрешётного класса в исходном питании (0,4–1,4); k₂ — коэффициент содержания «трудных» зёрен (0,5–1,0); k₃ — коэффициент влажности (0,75–1,0, для мокрого грохочения — 1,25); k₄ — коэффициент эффективности (0,5–1,0, при E=90% — k₄≈0,8); k₅ — коэффициент формы зерна и типа сита (0,8–1,2).

Пример: грохочение щебня на фракции 0–20 и 20–40 мм. Ячейка 20 мм. q = 15 т/ч·м² (из таблиц). F = 1,75 × 4,5 = 7,875 м². Содержание класса 0–20 мм в питании = 45% → k₁ = 1,0. Содержание «трудных» зёрен (15–25 мм) = 30% → k₂ = 0,85. Сухой материал → k₃ = 1,0. Требуемая эффективность 90% → k₄ = 0,8. Стальная сетка → k₅ = 1,0. Q = 15 × 7,875 × 1,0 × 0,85 × 1,0 × 0,8 × 1,0 ≈ 80 т/ч.

Специальные виды грохотов

Барабанные (троммели). Вращающийся цилиндрический барабан с перфорацией. Для сортировки грунта, компоста, бытовых отходов, гравия. Производительность: 50–500 т/ч. Низкая эффективность (70–80%), но надёжность и простота.
Скальперы (питатели-грохоты). Вибрационный грохот с тяжёлой колосниковой декой, совмещающий функции питателя и предварительного грохота. Устанавливается между бункером и дробилкой. Отсеивает мелочь до дробления, увеличивая производительность дробилки на 20–40%.
Высокочастотные грохоты. Частота: 1500–3600 об/мин, амплитуда: 0,5–2 мм. Для тонкого грохочения (0,1–5 мм): обезвоживание шлама, классификация песка. Сита — полиуретановые или полимерные.
Flip-flow (грохоты с эластичными ситами). Просеивающая поверхность — эластичные полиуретановые маты, которые растягиваются и сжимаются при вибрации, «выстреливая» застрявшие зёрна. Для липких, влажных и трудногрохотимых материалов (глинистый грунт, влажная руда). Бренды: Hein Lehmann Liwell, Sandvik Screnex, Metso EF серии.
Обезвоживающие грохоты. Горизонтальные или слабонаклонные, с линейными колебаниями. Для удаления воды из песка, угля, руды. На выходе — продукт с влажностью 12–18% (вместо 25–30% без обезвоживания).

Просеивающие поверхности: износ и замена

Сито — основной расходный элемент грохота. Ресурс зависит от типа материала и абразивности:

Стальная проволочная сетка — 500–2000 часов. Дешёвая, легко заменяется. Для неабразивных материалов (известняк, доломит).
Сетка из пружинной стали (65Г, 60С2А) — 1500–4000 часов. Для абразивных (гранит, базальт). Самоочищающаяся (вибрация проволоки).
Полиуретановые модульные панели — 3000–15000 часов. В 3–10 раз дольше стальных. Снижение шума. Стоимость выше в 2–3 раза, но экономически выгоднее за счёт ресурса.
Резиновые панели — 2000–8000 часов. Для крупных ячеек (30–100 мм). Демпфируют удары крупных кусков.

Критерий замены: увеличение размера ячейки на 10–15% от номинала (выход некондиции), обрыв проволок (≥3 обрыва на 1 м²), сквозной износ полиуретановых панелей.

Грохоты на белорусских предприятиях

На карьерах ОАО «Нерудпром» (Микашевичи) эксплуатируются инерционные грохоты ГИТ-52 (2000×5000 мм, 3 деки) и ГИТ-72 (2500×6000 мм) для товарного грохочения гранитного щебня на фракции 5–10, 10–20, 20–40, 40–70 мм. ОАО «Доломит» использует грохоты для сортировки доломитового щебня и муки. Дорожно-строительные организации применяют мобильные грохоты (Metso ST, Sandvik QA, Terex Finlay) для работы на временных площадках.

Стоимость грохотов: стационарный ГИТ-52 (российский) — 30–60 тыс. BYN; европейский грохот Metso/Sandvik аналогичного размера — 150–400 тыс. BYN; мобильный грохот — 200–700 тыс. BYN. Полиуретановые сита на грохот 2000×5000 — комплект 5–15 тыс. BYN (ресурс 6–18 месяцев).

Грохот — на первый взгляд простое оборудование, но его влияние на экономику предприятия огромно. Правильный подбор типа, размера ячеек, параметров вибрации и материала сит определяет выход товарной продукции, энергозатраты и себестоимость каждой тонны щебня или песка.

Грохоты в технологических схемах обогащения

На обогатительных фабриках грохоты выполняют не только функцию сортировки, но и ряд технологических операций, определяющих качество и себестоимость конечного продукта:

Предварительное грохочение (скальпирование) — установка колосникового грохота перед первичной дробилкой. Цель: отделить мелочь (0–100 мм), которая уже не нуждается в крупном дроблении, и направить её на вторую стадию. Результат: производительность щёковой дробилки увеличивается на 20–40%, износ футеровки снижается, энергопотребление падает. На карьерах Беларуси скальпирование — стандартная операция.
Контрольное грохочение — после каждой стадии дробления: отделение готового продукта (подрешётный) от материала, требующего дальнейшего дробления (надрешётный — возврат в дробилку). Это элемент замкнутого цикла дробления. Без контрольного грохочения невозможно получить щебень стандартных фракций.
Товарное (финальное) грохочение — разделение готового дроблёного материала на товарные фракции: 0–5, 5–10, 10–20, 20–40, 40–70 мм. Требования к точности: содержание сверхмерных зёрен (крупнее верхнего предела фракции) — ≤10% по ГОСТ 8267; содержание подмерных (мельче нижнего предела) — ≤5–10%.
Обезвоживание — удаление воды из промытого материала (песка, щебня). Горизонтальные грохоты с линейными колебаниями, мелкая ячейка (0,5–2 мм), полиуретановые или резиновые сита. Остаточная влажность: 12–18% (вместо 25–30% без обезвоживания). Для получения товарного песка, соответствующего ГОСТу по влажности.
Промывка — подача воды на грохот для удаления глинистых и пылевидных частиц из щебня. Система форсунок над ситом, расход воды: 1–3 м³/т. Для щебня, предназначенного для высокопрочных бетонов (содержание пылевидных ≤1%). Сточная вода с глиной → отстойник → повторное использование.

Натяжение и крепление сит

Надёжность крепления сита к коробу грохота — ключевой фактор, определяющий ресурс сита и качество грохочения. Ослабленное сито вибрирует с отличной от короба частотой, что приводит к преждевременному разрушению (усталостные трещины в проволоке) и ухудшению грохочения (зёрна «зависают» на поверхности).

Методы крепления:

Крючковые (Hook Strip) — сито натягивается между поперечными балками с помощью стальных крючков и продольных натяжных полос. Натяжение — болтами с пружинными шайбами. Классический метод для стальных сеток. Натяжение проверяется: сито при ударе молотком должно звенеть (не дребезжать). Подтяжка — каждые 50–100 часов работы.
Модульное крепление (Modular Panels) — полиуретановые или резиновые панели фиксируются на раме грохота с помощью клиновидных замков (Trellex Screenex, Metso Poly-Met, Sandvik WS). Замена — быстрая (панель снимается вручную, без инструмента). Ресурс: в 3–10 раз выше стальных сеток. Стоимость: в 2–4 раза выше, но общая стоимость владения (TCO) — ниже за счёт ресурса и скорости замены (минимум простоя).
Самоочищающиеся сита (Piano Wire, Spring Wire) — продольные проволоки из пружинной стали (60С2А, 65Г), натянутые с высоким усилием. Вибрация проволок отбрасывает застрявшие зёрна. Для липких и влажных материалов. Ячейка: 10–100 мм.

Диагностика и мониторинг грохотов

Современные грохоты оснащаются системами мониторинга для предотвращения аварийных остановов и оптимизации работы:

Вибродиагностика — датчики вибрации (акселерометры) на подшипниковых узлах и коробе. Контролируемые параметры: амплитуда, частота, направление колебаний. Отклонение амплитуды более ±15% от номинала — сигнал о проблемах: дисбаланс дебалансного вала, износ подшипников, трещина короба, ослабление крепления сита.
Температура подшипников — датчики PT100 или инфракрасные термометры. Норма: 40–65 °C. Аварийная: >80 °C (перегрев — дефект смазки, разрушение сепаратора, чрезмерная нагрузка). Автоматический останов при превышении.
Уровень загрузки — ультразвуковые или радарные датчики уровня материала на сите. При перегрузке (слишком толстый слой) — сигнал на питатель для снижения подачи. Оптимальная толщина слоя на сите: не более 2–4 диаметров наибольшего куска для верхнего сита, 1–2 диаметра для нижнего.
Системы видеонаблюдения — камеры внутри грохота для визуального контроля состояния сит, распределения материала и обнаружения засоров. С ИК-подсветкой для пыльных условий.

Расчёт площади сита

Полная методика расчёта площади просеивающей поверхности для конкретной задачи включает определение базовой удельной производительности и корректировку на условия работы. Пример полного расчёта:

Задача: грохочение гранитного щебня после конусной дробилки КСД-1200. Исходное питание: 150 т/ч. Требуется разделить на фракции 0–20 мм и 20–40 мм. Ячейка сита: 20 мм. Содержание класса 0–20 мм в питании: 50% (75 т/ч подрешётного). Влажность: 2% (сухой).

Расчёт: Базовая удельная производительность q для ячейки 20 мм = 18 т/ч·м² (из таблиц ГОСТ 5765). Коэффициенты: k₁ = 1,1 (содержание подрешётного 50%); k₂ = 0,85 (содержание трудных зёрен 15–25 мм — 25%); k₃ = 1,0 (сухой); k₄ = 0,8 (эффективность 90%); k₅ = 1,0 (стальная сетка).

Требуемая площадь: F = Q / (q × k₁ × k₂ × k₃ × k₄ × k₅) = 150 / (18 × 1,1 × 0,85 × 1,0 × 0,8 × 1,0) = 150 / 13,46 = 11,1 м².

Выбор грохота: ГИТ-52 (2000×5000 мм) — площадь сита 10 м² (одна дека). Близко к расчётной, но с недостаточным запасом. Рекомендуется: ГИТ-52 с увеличенной длиной (2000×6000 мм, 12 м²) или ГИТ-72 (2500×5000 мм, 12,5 м²). Запас площади 10–15% — стандартная практика для компенсации неравномерности питания.

Энергопотребление и оптимизация

Мощность привода грохота: 7,5–55 кВт (в зависимости от размера). Удельное энергопотребление: 0,05–0,15 кВт·ч/т — значительно ниже, чем у дробилок (0,5–4 кВт·ч/т). Однако вибрационные нагрузки на фундамент и несущие конструкции — значительны. Динамическая нагрузка от грохота: 3–10 кН (вертикальная составляющая). Фундамент должен быть рассчитан на эту нагрузку с учётом коэффициента динамичности 2,0–3,0.

Оптимизация работы грохота: правильный угол наклона (увеличение на 2° может повысить производительность на 10–15%, но снизить эффективность на 3–5%); выбор типа сита (полиуретановые для влажных и липких; пружинные для среднеабразивных; стальные для сухих неабразивных); настройка амплитуды (увеличение с 4 до 6 мм повышает производительность на 25%, но ускоряет износ подшипников). Оптимум — баланс между производительностью и ресурсом оборудования.