洗煤廠高可靠性馳張篩的研制

1 立項(xiàng)背景

由于井下煤炭開(kāi)采時(shí)降塵灑水的影響，開(kāi)采出的原煤水分難以控制，對(duì)篩分效率造成很大的影響。普通弛張篩進(jìn)行深度篩分時(shí)，由于煤泥顆粒小、比表面積大、振動(dòng)篩篩分強(qiáng)度不夠，物料極易堵塞篩孔。另外，振動(dòng)篩作業(yè)環(huán)境較差，導(dǎo)致了振動(dòng)篩故障發(fā)生概率提高，復(fù)雜的工作環(huán)境導(dǎo)致監(jiān)測(cè)困難。振動(dòng)篩作為非線性彈簧支撐和旋轉(zhuǎn)偏心輪激勵(lì)的大型機(jī)械機(jī)構(gòu)，在交變負(fù)荷下長(zhǎng)期連續(xù)工作，箱體承受交變激振力，而側(cè)板和篩梁分布的慣性力產(chǎn)生較大動(dòng)應(yīng)力，考慮環(huán)境中受到物料沖擊、煤泥水和介質(zhì)液體的侵蝕，篩箱工作環(huán)境極其惡劣，使得激振器較容易出現(xiàn)故障；加上不可避免的會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力集中區(qū)域工作應(yīng)力超過(guò)金屬的強(qiáng)度極限，或者由于疲勞應(yīng)力長(zhǎng)期積累超過(guò)承受極限，就會(huì)產(chǎn)生篩箱的橫梁斷裂、側(cè)板撕裂等事故；較大的往復(fù)激振力加上惡劣的工況導(dǎo)致減震機(jī)構(gòu)發(fā)生故障也是較常見(jiàn)的。

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合煤礦洗煤廠使用環(huán)境和使用強(qiáng)度，項(xiàng)目研制了篩分率高、處理量大、不易堵塞篩孔、結(jié)構(gòu)優(yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定的高可靠性馳張篩。通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩智能控制，構(gòu)建專家系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的情況進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，可以提前發(fā)現(xiàn)即將出現(xiàn)的問(wèn)題并加以處理，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，避免因?yàn)樵O(shè)備損壞造成巨大損失。

2 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

（1）弛張篩的仿真實(shí)驗(yàn)與優(yōu)化

通過(guò)對(duì)弛張篩進(jìn)行了有限元分析（如圖1），側(cè)板、承重梁、浮動(dòng)篩箱等關(guān)鍵部位進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證滿足使用要求的前提下，降低了馳張篩整體的重量，有利于節(jié)能，提高了設(shè)備的可靠性。新型弛張篩具有篩面加速度大、篩分率高、處理量大、不易堵塞篩孔、結(jié)構(gòu)優(yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定及高可靠性等特點(diǎn)。

圖1 弛張篩有限元網(wǎng)格模型

（2）免維護(hù)梁式激振器的研制

研制了免維護(hù)梁式激振器（如圖2），該激振器無(wú)需通過(guò)呼吸帽進(jìn)行氣體交換，可避免粉塵異物進(jìn)入箱體，同時(shí)將潤(rùn)滑油道內(nèi)置自動(dòng)注油器，采用飛濺式潤(rùn)滑，保證齒輪和軸承充分潤(rùn)滑，不僅能保護(hù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還可提高可整體壽命。這樣可以保證梁式激振器在無(wú)潤(rùn)滑油外泄正常使用的情況下安全運(yùn)行十年以上，進(jìn)而降低設(shè)備的維修成本。

圖2 激振器結(jié)構(gòu)圖

（3）基于無(wú)線傳感物聯(lián)云技術(shù)的激振器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

在弛張篩關(guān)鍵設(shè)備(如電機(jī)、齒輪箱等)上安裝加速度、速度、位移、溫度、電流功率等傳感器，通過(guò)無(wú)線

傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集站；采集站將振動(dòng)和溫度數(shù)據(jù)通過(guò)4G、WFI、有線等網(wǎng)絡(luò)傳給后臺(tái)智能化健康管理云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，后臺(tái)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析激振器的振動(dòng)和溫度數(shù)據(jù)、出具分析報(bào)告。然后通過(guò)手機(jī)APP等方式推送給設(shè)備管理人員，實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）研制了洗煤廠高可靠性的馳張篩，通過(guò)對(duì)弛張篩側(cè)板、承重梁、浮動(dòng)篩箱等關(guān)鍵部位進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了馳張篩整體的重量及噪音，增加振幅，提高了篩分效率。

（2）設(shè)計(jì)了新型梁式激振器，直接安裝于側(cè)板上，使激振力直接作用于側(cè)板上，加裝了自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，延長(zhǎng)了使用壽命。

（3）開(kāi)發(fā)了無(wú)線傳感技術(shù)的馳張篩在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度、振幅、噪音的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，提高了馳張篩運(yùn)行的可靠性。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）處理量達(dá)到400t/h；

（2）設(shè)備篩分效率≥85%；

（3）噪音低于75 dB（距設(shè)備1 m 內(nèi)），有效的降低了噪音污染；

（4）主要結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)壽命達(dá)到十年以上。

5 研究成果及應(yīng)用效果

本項(xiàng)目已授權(quán)實(shí)用新型專利權(quán)1 項(xiàng)，成果在同煤集團(tuán)北辛窯洗煤廠進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)（見(jiàn)圖3），已穩(wěn)定運(yùn)行11800多小時(shí)，累計(jì)選煤700多萬(wàn)噸，無(wú)故障次數(shù)，篩分效率達(dá)到85.5%。與原來(lái)選煤廠使用的弛張篩相比，所研制的弛張篩故障率大幅下降，可靠性和篩分效率明顯提升，得到了用戶的高度肯定。該成果填補(bǔ)了弛張篩在線故障診斷和使用維護(hù)領(lǐng)域的空白。開(kāi)發(fā)的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，診斷初期裂紋，為制定維修計(jì)劃提供決策依據(jù)，確保生產(chǎn)的有序進(jìn)行。同時(shí)能夠提高洗煤廠生產(chǎn)效率，減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了成本與時(shí)間，降低了安全事故，保護(hù)了員工的生命與財(cái)產(chǎn)安全，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

圖3 洗煤廠工業(yè)性試驗(yàn)