JSN-2B型泥漿凈化機振篩系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

苗越賓， 劉永強， 郭樹霞

(河南省煤田地質(zhì)局四隊，河南 鄭州450000)

0 引言

JSN-2B型泥漿凈化機是針對地質(zhì)勘探、路橋、樁基工程等行業(yè)對鉆進用泥漿的特殊要求研發(fā)制作的。它采用二級除砂，由大容量旋流器與小型振動篩組合而成，可同時實現(xiàn)除砂、除泥和泥漿回收3種功能。采用75WGL潛污泵供漿，經(jīng)旋流器可清除粒徑1 mm以上的較大顆粒,再由振動篩進行篩選、分離。

該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟適用，在我隊煤勘鉆機施工中普遍使用。但其振篩系統(tǒng)在凈化泥漿過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障且不易維修，經(jīng)過研究分析，決定對JSN-2B型泥漿凈化機振篩系統(tǒng)進行改造，從根本上解決問題。

1 JSN-2B型泥漿凈化機的構(gòu)造及工作原理

JSN-2B型泥漿凈化機由機架、振篩和旋流器3部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 JSN-2B型泥漿凈化機

工作時，先開動泥漿凈化機的電機，電機經(jīng)過三角皮帶傳輸帶動安裝在振篩中心軸上的偏心輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生激振力，使振篩產(chǎn)生振動。然后再開動污水泵使泥漿以一定的壓力和流速進入旋流器，進行旋流分離，密度大的巖粉顆粒和粘稠泥漿沿著旋流器內(nèi)壁旋流而下，密度小的泥漿經(jīng)過旋流后由上出口排出。經(jīng)過旋流的粘稠泥漿和顆粒在篩子的振動下進行分離，分離后的水分通過循環(huán)槽回流到泥漿池，分離后的巖粉收集后清理，完成泥漿凈化工作。

JSN-2B型泥漿凈化機性能參數(shù)如表1所示。

表1 JSN-2B泥漿凈化機性能參數(shù)表

2 JSN-2B型泥漿凈化機存在的問題及原因分析

2.1 振動方式采用偏心輪結(jié)構(gòu)，運行不平穩(wěn)，零部件易損

該泥漿凈化機傳動方式為帶傳動，振篩系統(tǒng)由電動機、偏心輪、扭動套張緊軸和篩子組成。激振器安裝在振篩中心軸兩端，電機安裝在機架上，在振篩凈化泥漿過程中，設(shè)備長期運轉(zhuǎn)會造成三角皮帶松弛，運行不平穩(wěn)，振動噪音大，同時中心軸兩端軸承頻繁受到偏心輪產(chǎn)生的沖擊載荷影響，徑向游隙偏大，軸承易發(fā)熱或者損壞。

2.2 篩網(wǎng)不容易張緊，更換頻率高

JSN-2B型泥漿凈化機使用的張緊軸有4根，分別張緊面篩網(wǎng)和底部襯網(wǎng)兩種篩網(wǎng)，張緊過程中任何一個張緊軸上不緊都會造成篩網(wǎng)松弛，使篩網(wǎng)與振動篩體在運動中不同步，從而產(chǎn)生相對摩擦力和沖擊力，造成篩網(wǎng)頻繁因磨損更換，正常張緊兩張網(wǎng)時，篩網(wǎng)用量為3張/月，張緊軸上不緊時，篩網(wǎng)用量增至5張/月，增加維修工作量，影響泥漿凈化效果。

2.3 維修及配件更換困難

JSN-2B型泥漿凈化機在維修與配件更換的不便之處主要集中在更換三角皮帶，更換軸承和篩網(wǎng)3個方面。

(1)更換三角皮帶時，需要卸掉皮帶護罩，由于泥漿凈化機長期接觸泥漿，螺栓特別容易銹蝕，造成皮帶護罩拆卸困難。另外，維護設(shè)備時要經(jīng)常調(diào)節(jié)皮帶的張緊度，皮帶過緊軸承容易發(fā)熱，長時間運行易損壞；皮帶過松容易打滑，振動篩的激振頻率降低，造成振篩效率低，泥漿凈化效果不好。

(2)更換軸承時，需要拆掉皮帶護罩和偏心輪、偏心輪護罩等，一方面螺栓的銹蝕易造成拆卸困難，同時拆卸偏心輪時需用專用工具，野外施工條件限制會大幅增加設(shè)備的維修時間，并且軸承的裝卸需嚴格按照規(guī)程操作，否則將嚴重影響軸承使用壽命。

(3)更換篩網(wǎng)時，需要拆動4根張緊軸，換掉篩網(wǎng)后要重新使張緊軸兩兩張緊，由于不易調(diào)節(jié)，兩張篩網(wǎng)的張緊度不一致，篩網(wǎng)受力不均，造成兩張篩網(wǎng)在使用中有不同程度的磨損，但在更換時需要同時去掉，一定程度上造成浪費。特別是在冬季施工，篩網(wǎng)頻繁更換，也給維修帶來很多不便。

2.4 底座穩(wěn)定性不高

JSN-2B型泥漿凈化機機架形狀近四方體，用5號角鋼焊接而成，外形尺寸為1110 mm×815 mm×1500 mm，由于較重的旋流器在上部，設(shè)備重心在中上部，且底座接觸地面的面積小，設(shè)備顯得頭重腳輕，運轉(zhuǎn)起來穩(wěn)定性不高。

3 振篩系統(tǒng)改造方案及結(jié)構(gòu)選型

3.1 改造方案

(1)使用振動電機代替原有的電機和偏心輪，省去三角皮帶、軸承、偏心輪和護罩等部件，不產(chǎn)生維修及更換的費用，結(jié)構(gòu)變得簡單，維修保養(yǎng)更方便。同時振動電機有激振頻率高，故障率低，運行噪聲低等優(yōu)點，可通過調(diào)整轉(zhuǎn)子軸兩端偏心塊夾角調(diào)整激動力大小，通過安裝方式改變激振力的方向。

(2)使用復(fù)合篩網(wǎng)代替原有的兩張篩網(wǎng)，只用一根張緊軸便可實現(xiàn)復(fù)合篩網(wǎng)張緊，換掉原有的4套張緊軸，篩網(wǎng)張緊簡便快捷。

(3)在機架底部加槽鋼，增加與地面的接觸面積，提高運行穩(wěn)定性。在振動篩兩端加裝穩(wěn)固裝置，防止振動篩在啟動和停止過程中，受電機轉(zhuǎn)速變化的影響，底座壓縮彈簧振幅突然變大，造成4套彈簧脫離原有固定位置的現(xiàn)象。

3.2 具體實施方案

(1)改造后的2B型泥漿凈化機由振動電機作為動力，把電動機和偏心輪去掉不用。根據(jù)振篩系統(tǒng)參振部分的的實際質(zhì)量66 kg，承載泥漿物料的質(zhì)量約40 kg，選用YZD-3-4型，功率為0.18 kW的振動電機激振力3 kW,轉(zhuǎn)速1460 r/min。

(2)振動電機的安裝：在偏心輪軸的外管中心位置焊接振動電機安裝底座(如圖2所示)，振動電機安裝底座以垂直Y軸向上偏轉(zhuǎn)15°角與偏心輪軸的外管焊接牢固，以保證振動電機的激振力方向，使篩分的巖粉沿一定的角度和振幅順利下落，達到工作要求。同時安裝振動電機防雨罩，防止從旋流器流出的泥漿打濕電機造成設(shè)備損壞。振動電機安裝完成后，要打開振動電機兩端的防護罩，把偏心塊重力調(diào)在同一條直線上，上緊螺栓，防止振動電機兩端的偏心塊偏心角度不一致造成激振力失衡。振動電機工作時，要注意偏心輪的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向不對會造成分離的巖屑反向運動。

圖2 底座加固

(3)使用復(fù)合網(wǎng)和一根張緊軸替代原來的2張篩網(wǎng)和4根張緊軸，其他部件按原來的使用不作改動。復(fù)合篩網(wǎng)一端壓制成鉤邊，另一端纏繞在張緊軸上，安裝方便快捷。篩網(wǎng)張緊完成后，開動振動篩，再進行二次張緊，使篩網(wǎng)具有一定鋼性，可大幅提高其使用壽命。改造后JSN-2B型泥漿凈化機的篩網(wǎng)安裝簡便，故障率低，篩網(wǎng)使用壽命提高。

(4)底座加固用5號角鋼焊4個連接耳板，與2根12.6號槽鋼用螺栓緊固聯(lián)接，在松軟地層可預(yù)埋地下，增加設(shè)備運行的穩(wěn)定性，底座加固如圖2所示；振篩穩(wěn)定采用在振篩兩端與底座間加裝拉環(huán)，振篩拉環(huán)如圖3所示。

圖3 振篩拉環(huán)

改造前、后的泥漿凈化機結(jié)構(gòu)對比如圖4所示。

圖4 JSN-2B型泥漿凈化機改造前后對比圖

4 使用效果

按照上述方案，我單位于2015年開始改造第一臺凈化機，改造前該凈化機處理泥漿能力為60～80 m3/h，分離固相粒度0.02～8 mm，改造后處理泥漿能力達到100 m3/h。經(jīng)過在煤勘鉆機甘肅土紅灣項目(孔號25-2)1年多的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，除正常更換篩網(wǎng)外，其他部件均能正常使用。經(jīng)過與設(shè)備廠家溝通，同意按改造后設(shè)備生產(chǎn)1臺投入新疆阜康項目(孔號FZC-1)使用，并對現(xiàn)有的3臺凈化機進行升級改造，改造后的JSN-2B型泥漿凈化機如圖5所示。

經(jīng)實踐驗證，改造后的泥漿凈化機在使用過程中有效降低了維修輔助時間，節(jié)約了使用成本，取得了可觀的經(jīng)濟效益，改造前后使用效果見表2。

圖5 改造后的泥漿凈化機實物圖

項目維修時間/(h·月-1)改造材料成本(部件、人工)/元平均篩網(wǎng)更換周期/(張·月-1)改造前1235003改造后412001節(jié)約 823002

5 結(jié)語

通過我隊在甘肅和新疆2口井的實踐應(yīng)用，改造后的JSN-2B型泥漿凈化機有效解決了勘探施工現(xiàn)場泥漿凈化設(shè)備零件易損、維修困難等問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，激振頻率高，噪音小，運行平穩(wěn)等優(yōu)點。同時，我們把改造后的使用情況和效果對比，對設(shè)備供應(yīng)廠家河北省煤田機械廠進行反饋，2017年廠家按照優(yōu)化設(shè)計方案生產(chǎn)JNS-2B型泥漿凈化機10臺，先后在煤勘、有色等地勘施工單位投入使用，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且取得了良好的經(jīng)濟效益。