新乡市恒远振动机械有限公司

第2章 振动筛工作原理及工作参数

目前,直线振动筛在矿山工业中广泛应用,特别是在选煤厂,常用于煤炭的脱泥、脱水、脱介和筛分作业,本文主要阐述其动力学参数的确定方法。

2.1工作原理

直线振动筛利用同步异向旋转的双不平衡振动器激振,振动器中的2组偏心质量m1=m2,作同步反向运转。在各瞬时位置中,2组偏心质量产生的离心力沿振动方向的分力总是互相叠加,而在其法向,离心力的分力总是互相抵消,从而形成单一方向的激振力,使筛箱作往复直线振动。筛箱运动轨迹与水平线成45°,振动筛的参振部分由4组支承装置支承,在激振力的作用下,物料在筛面上作连续斜上抛运动,物料在抛起时被松散,在与筛面相遇时碰撞,小颗粒透筛,从而实现物料的分级、脱水、脱泥、脱介的目的。工作原理见图8。

图8  工作原理示意图

2.2　运动参数 

运动学参数的确定直线振动筛的运动学参数包括振幅A、振动次数n、筛面倾角α和振动方向角β,这些参数直接影响直线振动筛的筛分效率和处理能力,所以必须合理选择。

2.2.1振幅A

振幅的选择是根据被筛物料的粒度及性质来选取。对于粒度较大的物料,选用较大的振幅;对于粒度较细的物料,选用较小的振幅。直线振动筛的振幅A=3.5～6 mm。

2.2.2筛面倾角α

筛面与水平面之间的夹角,称为筛面倾角。筛面倾角与振动筛的处理量及筛分效率密切相关。随着筛面倾角的加大,物料在筛面上的运动速度加快,处理量随之加大;但物料在筛面上停留时间缩短,筛分效率降低。直线振动筛用于筛50 mm以上物料时,α=5～10°;用于40 mm以下中、细物料筛分时α=0°;用于脱泥、脱介、脱水时α=-5～0°。

2.2.3振动方向角β

振动方向线与筛面之间的夹角称为振动方向角β。β值小,物料运动速度快,处理能力高,适于易筛物料;β值大,物料运动速度慢,得到充分筛分,适于难筛物料。直线振动筛的取值范围β=30～60°,对于国产直线振动筛全部取β=45°。该值不但有良好的适应各种筛分的性能,而且还可以获得较好的运动速度和较高的生产率。

2.2.4工作频率和工作振幅的确定

工作频率和工作振幅的确定振动筛工艺效果通常由振动强度决定,振动强度一旦确定,就要选择合理的振幅和频率。通常用于分级作业的振动筛一般选用低频大振幅;用于脱水、脱介作业的振动筛应选用高频小振幅;用于潮湿小颗粒黏性物料的筛分作业应选用低频大振幅。实践证明,振动筛的工作频率不应低于700 r/min。考虑到不同筛机的不同用途,将筛机的工作频率控制在800～900 r/min。当振动强度在4和4.5时,筛机的振幅A和频率n的分配情况见图9。

图9  振幅和频率分配图

2.2.5振动强度确定

机械指数是筛箱的较大加速度与重力加速度的比值,即K=Aω²/gn。该值是表示振动强度的重要指标,K值越大,机械所受的动载荷越大,更有利于工艺指标的提高,但高取值将会导致加速度和惯性力大幅度上升,势必造成筛机的寿命下降。

2.2.6振动方向角与物料沿筛面移动速度

振动方向角确定从物料沿筛面移动速度考虑,优质振动方向角与机械指数有关。对难筛分或腐蚀性大的物料,方向角β宜大,易碎性物料方向角宜小。一般取β=35～50°。一般设计的振动筛的振动方向角为45°。

2.3结构设计

振动筛是由筛箱、振动器、支撑装置和传动装置组成。

2.3.1筛箱结构

筛箱是筛机的主要工作部件,它支撑振动器,传递激振力,承受物料冲击。负荷特性要求筛框具有足够的强度、刚度,并具有良好的动态性能。大型筛机筛箱的主要构件是侧板、加强梁、出入料端梁和横梁。侧板采用整块钢板下料,通过高强度抗扭剪型螺栓与加强肋及支座连接,使侧板形成空间网状结构。整个侧板无任何焊缝,从而避免了热加工所产生的残余应力。横梁包括安装振动器的驱动梁及下横梁。考虑与振动器及侧板的连接,驱动梁采用双工字厚钢板焊接结构,具有较好的力学特性。横梁采用刚度好的OC结构,并在上面部分配有密封挡板,挡板及横梁密封部分没有螺栓孔,可以防止液体流入密封大梁内而造成腐蚀,降低机器寿命。纵梁托架设计成整体部件,无需焊接。入料箱内衬表面及其筛箱两侧都铺有耐磨耐腐蚀材料以防止磨损和腐蚀。主要构件间的联接均采用抗扭剪型高强度螺栓。

2.3.2振动器

大型振动筛采用箱式振动器,选用偏心块外置式整体结构,该结构的优点是重量轻、结构紧凑、传动件润滑集中、整体精度易保证、防松性能好、安全性高。箱体由高质量球墨铸铁制成,寿命长而且非常耐用;为增加传动的平稳性和减少噪声,齿轮采用高精度螺旋齿轮传动;为克服螺旋齿轮的轴向力,轴承采用的进口双列向心球面滚子轴承,轴承采用可靠的飞溅式稀油润滑,轴承寿命可大大提高;为防止箱体漏油,密封采用可靠的双层骨架式密封结构,这样设备可在恶劣环境下工作并起到保护作用;箱体采用特殊磁性油塞,用来捕捉箱体内部金属细屑;在运行中,可方便地调节振动器偏心块上的配重块,根据筛机的要求获得更高或更低的激振力和振幅。

2.3.3支承装置与减振装置

支承装置分为金属螺旋弹簧支承装置、橡胶弹簧支撑装置及复合弹簧支撑装置。考虑到复合弹簧既具有橡胶弹簧的非线性,弹簧内阻较大的优点,又具有金属螺旋弹簧承载能力大的优点。一般认为其在过共振区时具有较低的振幅,不再需要阻尼器,其稳定性和承载能力优于橡胶弹簧,固有频率虽然高于金属弹簧但低于橡胶弹簧,并具备结构简单,噪声低的特点。故确定选用复合弹簧支撑装置。

2.3.4传动装置

筛机采用非直线传动装置,此装置固定在一柱状电机架上。电动机经三角胶带减速后,再通过轴承座把动力传递给振动器,可以有效地补偿筛子振动和停车共振引起的径向跳动。

2.4构件材质选择

主要构件材质的选择在选煤厂,振动筛侧板开裂与断梁的现象发生,大都由于应力集中引起的,还有就是由于强度不够造成的,除此以外,构件材质的稳定性差也是造成筛机可靠性差的原因之一。因此,对于振动筛主要构件的材质不仅仅具备较高的强度,更重要的是具备一定的韧性和焊接性能,不得有任何缺陷。而压力容器钢20g正是这样一种钢材,由于其应用在锅炉等压力容器制造上,关系到人身安全,因此还绝对保证了性能的稳定。该筛主要构件板材一律用优质锅炉钢板20g。一般的小型筛机采用Q235A钢板，该材质焊接性好。

2.5筛机动态性能的试验模态分析

筛机动态性能的试验模态分析为进一步掌握筛机的动态性能,对大型矿用直线振动筛样机进行试验模态分析。采用频宽0～50 Hz的随机激振法进行测试,测试左右两侧板Z方向的结构静态响应,得出两侧板Z方向的频响曲线(见图10)。

图10 侧板Z方向的频响曲线

通过频响曲线可以看出:侧板其中一阶固有频率为4.0 Hz,另一阶固有频率为23.4 Hz,而该筛机的工作频率为14.2 Hz,固有频率与工作频率相差9.2 Hz,这说明了筛机动态性能较好,刚度较大。

测试检验振动筛工作振幅和振动器温度是直接影响工作可靠性的2项指标,按照《煤用直线振动筛》企业标准规定:当A=5 mm时,振动筛工作振幅同侧前后相差不大于0·75 mm,筛箱两侧板对称点的振幅差值不应超过0·5 mm;振动器轴承较高温度不应超过75℃,温升不应超过45℃。SZKX4248筛机制成后,对其运行进行测试,振幅测试选点如图11所示,测试值如表2.1所示。

图11 测试选点图

表2.1   振幅测试值

测点	1	2	3	4	5	6
振幅mm	4.6	4.7	4.5	4.5	4..3	4.4

由表2.1中数据可知,筛机两侧对称点振幅差为0～0.1 mm。同侧前后振幅差较大为0.3 mm。

第3章主要参数的选择计算

3.1振动筛激振力的确定

激振力P=MAω²

式中 M———该振动筛的参振部分质量,

A———筛子工作振幅,

ω———筛子工作振动频率,

3.2偏心块回转半径及质量的确定

偏心块回转半径及质量的确定根据偏心块的形状及尺寸如图12所示,从手册中可查到偏心距

l=eYS=38.179(R3-r3)sinα(R2-r2)α

式中R、r———偏心块偏心部分外、内半径,mm;

α———角度,通常取α=60°。

单个偏心块偏心质量

m=18Prω²

振动筛振幅可以调节,采用主偏心块增加配重板方式,根据生产实际需要,增减配重板,达到合理的振幅值。

图12  偏心块结构

3.3激振中心的确定

激振中心的确定根据该筛的对称性结构,建立垂直于筛面的平

面坐标系,坐标系原点选取在筛箱左下角。如图13所示。

图13 激振中心计算坐标系

x=∑(Wi,xi)∑Wi

y=∑(Wi,yi)∑Wi

式中Wi———第i个构件的重量,N;

∑Wi———i个构件重量总和,N。

由于筛机激振力方向不与筛机整体重心重合而是偏移一定的距离,实际重心的确定,在计算的基础上根据筛上物料的分布特性做了适当的调整。其偏移距D取值的大小在这里不作详细的阐述,本筛机偏移距D=250～300 mm。

3.4筛分物料产量的计算

Q=3600BHVmρ

式中 Q---- 振动筛的产量，t/h

H-------振动筛中筛分物料的厚度，m

Vm------物料运行速度，m/s

3.5振动电机功率

振动系统功耗主要表现在偏重惯性力所引起的轴颈摩擦上,其它还有各种阻尼消耗及电机自耗。

偏重惯性力:p₀=∑m₀ω²R;（1）

偏重转一圈消耗摩擦功:A=fp₀πd;  （2）

其中,f—轴颈摩擦系数,常为0.0025～0.01;d—主轴颈直径(m)。

振动电机所需功率N=KAn/(60×102)(kW)(3)

式中,n—电机转速(r/min);K———考虑其它功耗的储备系数,常取1.2～1.5。有N式选择振动电机的功率。由(1)(2)(3)式,可以确定所需振动电机参数,从而选定其型号。                 

3.6振动筛中弹簧的选取

隔振弹簧的总刚度：

Ky =

式中m---机体质量，kg

Z————频率比，Z= w/w_n.通常取=3—5

w_n———固有频率, y——垂直坐标方向的位移，m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

 

[1]闻邦椿,刘风翘.振动机械的理论及应用[M].北京:机械工业

出版社, 1982.

[2]严峰.筛分机械[M].北京:煤炭工业出版社,1995.

[3]成大先.机械设计手册[K].北京:化学工业出版社, 1998.

[4]《较新中国选矿设备手册》.北京机械工业出版社，2006.

[5]《新编矿山选矿设计手册》出 版 社:北京冶金出版社，2006.

[6] 选煤手册--工艺与设备.煤炭工业出版社，1993.

[7]中国知网. http://www.cnki.net/index.htm.