大型香蕉篩結(jié)構(gòu)仿真與性能測(cè)試分析

黃 勇，趙環(huán)帥

(1.唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河北 唐山 063299； 2.唐山陸凱科技有限公司， 河北 唐山 063020；3.中國冶金礦山細(xì)粒篩分機(jī)械工程技術(shù)研究中心， 河北 唐山 063020)

香蕉篩是我國煤炭行業(yè)物料分級(jí)中重要的篩分設(shè)備之一。近年來，為了適應(yīng)我國大型選煤廠不斷新建及擴(kuò)建的發(fā)展現(xiàn)狀，香蕉篩的大型化逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)。香蕉篩的跨度是決定處理能力的主要因素，在某種意義上而言，香蕉篩的大型化也就是篩機(jī)跨度的大型化[1-3]. 隨著篩機(jī)跨度的增加，篩機(jī)橫梁、側(cè)板、驅(qū)動(dòng)梁等主要零部件在工作時(shí)的動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)呈倍數(shù)增加。因此，香蕉篩的大型化對(duì)篩機(jī)的強(qiáng)度和剛度提出了更高的要求。目前，大型香蕉篩由于篩機(jī)在設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度存在不足或工作時(shí)存在物料的磨損和腐蝕等多種原因，在現(xiàn)場使用過程中，容易出現(xiàn)篩機(jī)側(cè)板開裂、橫梁斷裂等問題，同時(shí)篩下橫梁的磨損和腐蝕嚴(yán)重等問題也普遍存在，導(dǎo)致篩機(jī)使用壽命較短，不但影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，而且占用了大量的維修費(fèi)用和維修時(shí)間，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研制大型、可靠的香蕉篩，增加篩機(jī)單位面積處理能力、提高篩分效率、延長使用壽命對(duì)煤炭篩分領(lǐng)域未來的發(fā)展具有重要意義。

1 工作原理

2LKBB3661香蕉篩利用雙質(zhì)量相等的不平衡偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生激振力，雙偏心塊在齒輪約束下同步異向旋轉(zhuǎn)過程中，在各個(gè)運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置，兩個(gè)偏心塊產(chǎn)生的沿振動(dòng)方向的激振分力相互疊加，而在其法線方向的激振分力相互抵消，只形成沿振動(dòng)方向的單一簡諧激振力，驅(qū)動(dòng)整機(jī)按一定的頻率和振幅做往返直線運(yùn)動(dòng)。在激振力作用下，物料沿振動(dòng)方向被不斷地拋起落下，使物料在篩面上向前輸送，同時(shí)快速地散開和分層，細(xì)粒物料靠近篩面透過篩孔，以實(shí)現(xiàn)物料的分級(jí)、脫泥、脫水等目的[4-5].

2LKBB3661香蕉篩篩面按照等厚篩分的原理設(shè)計(jì)，篩面分為兩層，兩層篩面從入料端依次呈25°、21°、17°、9°、5°共5段角度，物料在不同角度段運(yùn)動(dòng)速度不同，拋擲指數(shù)與運(yùn)動(dòng)方向也不同，從而快速松散分層，使細(xì)粒物料靠近篩面而完成透篩。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2LKBB3661香蕉篩主要由箱式激振器、篩箱、驅(qū)動(dòng)總成、聚氨酯篩板(不銹鋼焊接篩板)、減振彈簧等組成(圖1)，其主要結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)為：

2.1 箱式激振器

箱式激振器的高激振力設(shè)計(jì)，保證了物料高效的篩分效率。箱式激振器為高效率斜齒輪傳動(dòng)激振器，壽命長，噪音低(僅78～80 dB). 采用進(jìn)口大游隙調(diào)心滾子軸承，稀油飛濺潤滑。激振器不帶通氣帽，避免外界粉塵或異物進(jìn)入激振器；高磁性油塞能夠吸附激振器內(nèi)部金屬細(xì)屑；通過增減偏心輪上的配重塊可以改變激振器的激振力。

1—減振彈簧 2—箱式激振器 3—篩箱 4—驅(qū)動(dòng)總成 5—聚氨酯篩板(不銹鋼焊接篩板)圖1 2LKBB3661香蕉篩篩機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 篩 箱

篩箱主要由側(cè)板、激振器驅(qū)動(dòng)梁、橫梁等部件組成，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

1) 篩箱激振器主梁采用無縫中空箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)設(shè)加強(qiáng)筋板，強(qiáng)度高。全部焊縫經(jīng)熱處理后去除應(yīng)力。激振器與驅(qū)動(dòng)梁連接面采用特殊精密結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保加工精度。

2) 篩箱橫梁在設(shè)計(jì)時(shí)采用高強(qiáng)度合金鋼無縫矩形管。在考慮正常載荷的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)不可預(yù)知的外部惡劣環(huán)境影響，預(yù)留較大安全系數(shù)。橫梁整體采用世界先進(jìn)的聚脲噴涂工藝，對(duì)其表面進(jìn)行噴涂處理，使橫梁更耐磨、更耐沖刷、防腐效果更優(yōu)。為了適應(yīng)更惡劣的工作環(huán)境，進(jìn)一步延長設(shè)備使用壽命，在橫梁沖刷嚴(yán)重部位，為橫梁設(shè)計(jì)了特殊的防護(hù)裝置，該防護(hù)裝置由合金鋼板和高耐磨橡膠板粘接組合而成，與橫梁鉚接在一起。對(duì)橫梁起到全方位的保護(hù)作用，并且損壞時(shí)更換容易，避免橫梁被沖刷磨損斷裂，導(dǎo)致整個(gè)篩機(jī)損壞。

3) 篩箱側(cè)板是由高精度數(shù)控機(jī)床切割而成，制作側(cè)板的鋼板采用整張合金鋼鋼板，不得進(jìn)行拼接、焊接并且表面不得有劃傷及彎曲。側(cè)板上所有連接孔采用數(shù)控高精度機(jī)床加工，保證了側(cè)板所有連接孔加工精度及之間的位置精度；在側(cè)板應(yīng)力較大的部位，增加加強(qiáng)角鋼與加強(qiáng)板，提高側(cè)板的強(qiáng)度與剛度。為減少焊接應(yīng)力，側(cè)板所有部位的連接均采用虎克鉚釘。

2.3 驅(qū)動(dòng)總成

驅(qū)動(dòng)總成主要是驅(qū)動(dòng)激振器運(yùn)轉(zhuǎn)，為篩機(jī)提供動(dòng)力源。該裝置由電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、驅(qū)動(dòng)軸、軸承座組件、十字萬向軸組成。電動(dòng)機(jī)安裝在可調(diào)的支撐上，方便傳動(dòng)皮帶張緊，電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行皮帶連接，將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸通過十字萬向軸與激振器連接，該驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)長期連續(xù)運(yùn)行，低噪音，免維護(hù)。

2.4 聚氨酯篩板

聚氨酯篩板采用國際最先進(jìn)的設(shè)備和原材料，并且根據(jù)各種工況進(jìn)行專業(yè)的材料配方及網(wǎng)孔孔型設(shè)計(jì)。聚氨酯篩板具有高彈性的特點(diǎn)，可有效解決在各種篩分過程中，物料糊住篩面和卡住篩孔等問題，也可以根據(jù)現(xiàn)場需要選用不銹鋼焊接篩板。

3 結(jié)構(gòu)仿真分析

在2LKBB3661香蕉篩設(shè)計(jì)過程中，建立篩箱的三維仿真模型，見圖2. 對(duì)2LKBB3661香蕉篩的材質(zhì)進(jìn)行設(shè)定，其中泊松比為0.3、楊式模量為200 GPa、抗拉強(qiáng)度為235 MPa. 為提高主要結(jié)構(gòu)件分析的準(zhǔn)確性，對(duì)激振器驅(qū)動(dòng)梁進(jìn)行單獨(dú)網(wǎng)格劃分，共劃分了236 786個(gè)網(wǎng)格，經(jīng)仿真分析后，應(yīng)力分析結(jié)果見圖3.

圖2 三維仿真模型圖

圖3 應(yīng)力分布圖

從圖3可以看出，篩箱工作時(shí)最大應(yīng)力集中在出料端彈簧支撐座上部和中部篩板安裝型鋼，但最大應(yīng)力為16.02 MPa，遠(yuǎn)小于鋼材的屈服應(yīng)力。因此，篩箱整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度可靠，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

4 性能測(cè)試分析

2019年6月，按照相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，LKBB3661香蕉篩經(jīng)河北省礦山機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站進(jìn)行了性能檢測(cè)(圖4)，從其主要技術(shù)參數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)(表1)看出，LKBB3661香蕉篩振動(dòng)方向角、篩箱振幅、篩箱兩側(cè)面對(duì)稱點(diǎn)振動(dòng)方向角差技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，而篩箱兩側(cè)面對(duì)稱點(diǎn)振幅差、軸承溫升、軸承最高溫度、篩箱兩側(cè)面對(duì)稱點(diǎn)彈簧高度差、空載噪聲、篩箱橫向擺動(dòng)技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)低于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。

5 結(jié) 語

2LKBB3661香蕉篩經(jīng)結(jié)構(gòu)仿真與性能測(cè)試表明，該篩機(jī)結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定，其應(yīng)力較小，遠(yuǎn)小于鋼材的屈服強(qiáng)度，且主要檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了或遠(yuǎn)低于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。同時(shí)，該香蕉篩具有篩分效率高、壽命長、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，在未來的篩分作業(yè)中可顯著提升資源利用率，具有廣泛的推廣與應(yīng)用價(jià)值。

圖4 性能測(cè)試現(xiàn)場圖

表1 性能檢測(cè)結(jié)果表