3.6m×7.0m大型振動篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工業(yè)應(yīng)用

趙 峰，李春花，常文濤

(兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，振動篩已在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用和推廣，特別是近年來隨著選煤市場和選煤工藝的改進，振動篩所具有的技術(shù)進步優(yōu)勢逐步被整個行業(yè)認同?？v觀我國振動篩的發(fā)展歷程，先后經(jīng)歷了仿制、引進消化及自行研發(fā)3個階段，尤其近些年我國在吸收國內(nèi)外先進技術(shù)及借鑒行業(yè)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷進行自主創(chuàng)新，在理論與技術(shù)上都取得了巨大成就，有些已經(jīng)達到或接近世界領(lǐng)先水平，且大型振動篩的可靠性有了顯著提高。目前我國煤礦難篩物料的篩分主要采用進口弛張篩，而大量的普通煤炭企業(yè)由于資金有限，進口弛張篩價格高且維護費用高，只能采用普通振動篩進行難篩物料篩分，篩分效果很差。基于以上現(xiàn)狀，設(shè)計一種能取代弛張篩的新型振動篩用于難篩物料篩分意義重大。

1 研究開發(fā)內(nèi)容

1.1 振動篩類型確定

3.6m×7.0m振動篩是最新研制的大型振動篩，主要用于物料分級，能適應(yīng)300 mm以下的給料粒度要求。

1.2 確定基型

(1)確定振動器型式。3.6m×7.0m大型振動篩使用箱式激振器產(chǎn)生激振力。激振器采用進口SKF大游隙軸承，承載力大，使用壽命長。激振器密封性強、散熱快、不漏油、耐用度高、維修更換方便。

(2)確定篩框型式。篩框是空間結(jié)構(gòu)，主要是對下橫梁斷面形式，篩面固定形式，主梁形式，給、排料嘴結(jié)構(gòu)形式，側(cè)板結(jié)構(gòu)形式等進行分析對比后確定。3.6m×7.0m大型振動篩篩箱主梁采用倒T型梁焊接結(jié)構(gòu)，具有較大的剛度和強度[1-2]。下橫梁采用型鋼制造，表面噴涂FST-8601超重防腐耐磨材料，能起到保護和緩沖作用，延長下橫梁的使用壽命。篩箱所有焊接部件都進行消除應(yīng)力處理，篩箱使用壽命得到有效保障。

(3)確定減振裝置。3.6m×7.0m大型振動篩采用座式減振裝置，主要由底座，主彈簧和上座等組成[3]。上座與篩箱相聯(lián)。座式減振裝置中的主彈簧采用金屬螺旋彈簧，其工作可靠，并具有良好的動性能，可以設(shè)計的相當柔軟，從而有效降低篩子對基礎(chǔ)的動負荷。

1.3 振動篩參數(shù)的確定

振動篩參數(shù)包括振動篩的主參數(shù)和振動參數(shù)。振動篩主參數(shù)包括：篩面的長度7 000 mm、寬度3 600 mm、篩面面積50.4 m2、篩孔尺寸(上層25×25，下層13×26)和篩面傾角10°。 振動篩振動參數(shù)包括：工作振幅：10 mm；工作頻率：15 Hz和振動方向角45°。

1.4 初步確定振動篩參振質(zhì)量

參振質(zhì)量是篩子參加振動部分的總質(zhì)量。由于參振質(zhì)量在圖紙未完成之前是未知的，只能按估算出的參振質(zhì)量來計算振動篩所需的振動力以及軸承。待全部圖紙完成后，精確計算出參振質(zhì)量，并對原先估算進行修正。初步計算參振質(zhì)量按下式：

M=m·F= 850×50.4=42840(kg)

式中：M為振動篩參振質(zhì)量，kg；m為振動篩單位面積參振質(zhì)量，kg/m2；F為篩箱面積，m2。根據(jù)經(jīng)驗，對于雙層篩，按m=850 kg/m2考慮。

1.5 計算振動篩所需激振力

P=MAω2=42840×0.01×94.22=3801.47(kN)

式中：P為激振力，N；A為振動篩振幅，m；ω為振動篩角頻率，rad/s。

上式雖未考慮彈簧剛度的影響，但按此式計算出的激振力基本能夠滿足設(shè)計需要。

1.6 計算偏心塊(或偏心軸)

偏心塊是產(chǎn)生激振力的部件，它的參數(shù)將決定篩子激振力的大小[1]。偏心塊結(jié)構(gòu)型式也較多，比較常見的偏心塊為扇形(圖1)，也有采用矩形偏心塊的。不論是采用偏心塊、偏心軸或塊軸偏心式激振方式，均可按下式近似計算偏心參數(shù)。

mr=MA=42840×0.01=428.4(kg·m)

式中：m為偏心塊或偏心軸的總質(zhì)量，kg；r為偏心塊的偏心半徑，m；M為振動篩參振質(zhì)量，kg；A為振動篩工作振幅，m。

mr實際上就是偏心質(zhì)量產(chǎn)出的偏心力矩。偏心力矩是影響振動篩振幅的重要參數(shù)，與頻率無關(guān)，偏心力矩確定后，就可據(jù)此設(shè)計出偏心塊(或偏心軸)[3]。

圖1 偏心塊結(jié)構(gòu)示意

1.7 振動器設(shè)計技術(shù)要求

振動器結(jié)構(gòu)型式、軸承選型以及偏心塊參數(shù)確定后，就可設(shè)計振動器了。振動器技術(shù)要求：

(1)軸承：采用SKF振動設(shè)備專用軸承(22330CCJA/W33/VA405)；

(2)箱體為鑄鋼270—500。

(3)鑄件采用V法鑄造，鑄件無鑄造缺陷。

(4)齒輪材質(zhì)20CrNi2MoA，加工精度5級，采用德國NILES公司高精度數(shù)控成型磨齒機磨齒。

(5)出廠測試：試車8 h，主要測試項目為噪聲、軸承溫度等。 噪聲小于85 dB(國家標準)，爭取小于80 dB。溫升不超過30°。

1.8 篩框設(shè)計

篩框設(shè)計主要包括：上、下橫梁間距布置，梁和側(cè)板參數(shù)確定等。

(1)下橫梁間距。下橫梁的作用是支承篩面，同時增加篩框整體剛度。在滿足篩框剛度條件下，下橫梁間距盡量大些，但考慮到支承篩面的作用，下橫梁間距太大，篩面受力將受到影響，因此，下橫梁間距不能太大，也不能太小，否則會增加篩子的參振質(zhì)量。確定下橫梁間距為1 000 mm。

(2)上橫梁間距及位置。上橫梁作用僅僅是增加篩框整體剛度，因此，在滿足篩框整體剛度條件下，上橫梁之間的距離應(yīng)盡量大些。上橫梁在篩面之上布置，需與篩面有一定距離，否則，大塊物料不易通過。確定上橫梁間距為1 000 mm。

(3)下橫梁參數(shù)。對于采用無縫鋼管的下橫梁，參數(shù)是指鋼管直徑與厚度，需通過受力分析確定下橫梁參數(shù)。下橫梁受力比較復(fù)雜，采用有限元分析才能精確計算。但通常計算是把下橫梁作為一個簡支梁，受力主要包括橫梁自身以及物料的慣性力和重力。

(4)篩箱側(cè)板參數(shù)。基本上所有篩框上零部件都與側(cè)板連接，有些基型的振動器也直接安裝在側(cè)板上，減振裝置也與側(cè)板相連，因此，側(cè)板是篩框中非常重要的部件[4]。若設(shè)計不好，側(cè)板容易開裂，進而造成整個篩框報廢。側(cè)板厚度的精確計算仍采用有限元方法，通常也可采用簡化計算方法，即側(cè)板作為簡支梁，支點為前后兩個支座，受力主要是振動器的激振力。

(5)篩框的優(yōu)化設(shè)計。對于大、中型振動篩，各部件的連接應(yīng)盡量采用高強度螺栓或虎克鉚釘；篩框各部件如給料箱、后擋板、排料嘴等應(yīng)盡量采用彎折件，盡量減少焊縫，若必需焊接，應(yīng)盡量避免橫向焊縫；篩框上所有部件因與篩框同時振動，因此，都是受力結(jié)構(gòu)件，都要考慮受力的合理性；側(cè)板受力部位要考慮加強，方法為型鋼加強或鋼板補強；考慮到振動篩受力的復(fù)雜性以及惡劣的工作條件，橫梁與側(cè)板強度計算通常安全系數(shù)要達到10以上；篩框所有連接部件的連接孔要去毛刺后裝配。

1.9 彈簧剛度

彈簧剛度按下式計算：

K=M(ω/λ)242840×(94.2/7)=576504(N/m)

式中：ω為工作角頻率；λ為減振比，橡膠彈簧取4～5，螺旋彈簧取6～8。

1.10 電機功率計算

N=0.0007MAn=0.0007×42840×

5×900=134945(kW)

式中：M為參振質(zhì)量，kg；A為單振福，m；n為轉(zhuǎn)速，r/min。

1.11 振動篩篩面研究

無論是金屬篩面或聚氨酯篩面，篩面都有一定的彈性，只是彈性大小有區(qū)別。普通聚氨酯篩面的彈性通常大于金屬篩面，但其彈性還遠不能解決物料堵孔問題[5]。普通聚氨酯篩面必須具有一定的硬度，否則強度和耐磨性不足[4-5]。因此，選用了一種特殊的聚氨酯材料，不但有足夠的彈性，還擁有一定的強度和耐磨性，從而滿足設(shè)計需要。3.6m×7.0m大型振動篩采用新型HW12 結(jié)構(gòu)篩板。其采用新穎的扣接結(jié)構(gòu)，與其相配套的是全新的梁結(jié)構(gòu)和新結(jié)構(gòu)軌座。這種新型結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點就是在保證足夠連接強度的情況下，安裝和更換篩板方便快捷，既提高了工作效率，又減輕了勞動強度。此外，HW12結(jié)構(gòu)篩板在標準篩板的尺寸上也是進行大量研究的。篩板規(guī)格的確定既考慮了篩分面積最大化，又避免因部分篩面破損更換篩板而造成過大的浪費，做到篩板使用效率的最大化。這是一種具有高彈性聚氨酯篩面的振動篩，由于篩面具有非常高的彈性，篩面隨著篩箱正常振動的過程中還產(chǎn)生了一個上下往復(fù)的附加振動，從而迫使篩面上的物料產(chǎn)生很高的上拋加速度(約50g)來解決篩面堵孔問題。

2 工業(yè)性試驗

該篩于2017年12月在轉(zhuǎn)龍灣選煤廠進行工業(yè)性試驗，并與進口弛張篩進行了對比試驗。經(jīng)過半年的試驗對比，其數(shù)據(jù)見表1。

表1 3.6m×7.0m大型振動篩與進口弛張篩試驗數(shù)據(jù)對比

從表1看出，該篩篩分工藝效果與振動式弛張篩接近，但比振動式張篩具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低，工作更可靠的優(yōu)勢。

3 結(jié) 語

3.6m×7.0m大型振動篩的研制成功為煤炭、焦炭、冶金等方面的深度篩分提供了一種理想的設(shè)備。