上振式橢圓振動(dòng)篩振幅偏差的改進(jìn)實(shí)踐

（南昌礦山機(jī)械有限公司，江西 南昌 330000）

資源開(kāi)發(fā)與利用是社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，如何提高礦產(chǎn)資源的綜合利用率是一直探索的熱點(diǎn)問(wèn)題。礦山篩分設(shè)備的廣泛應(yīng)用提高了金屬資源的綜合利用率，有效的延長(zhǎng)了礦山服務(wù)年限；同時(shí)，篩分作業(yè)使得脈石礦石按照不同的粒徑篩選出來(lái)，作為不同的骨料進(jìn)行綜合利用，提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；礦山遺棄廢料的篩分處理及綜合應(yīng)用有效緩解了資源壓力，同時(shí)為建設(shè)綠色礦山奠定了基礎(chǔ)[1，2]。因此，加強(qiáng)礦山篩分設(shè)備的研究工作有助于提升資源的利用率以及恢復(fù)礦山生態(tài)環(huán)境，其研究具有重要意義。本文主要以上振式橢圓振動(dòng)篩為研究對(duì)象，分析其振幅偏差對(duì)篩分質(zhì)量的影響，進(jìn)而提出改進(jìn)措施，為提高設(shè)備的篩分能力提供參考。

1 上振式橢圓振動(dòng)篩概況

自礦山引入上振式橢圓振動(dòng)篩以來(lái)，雖然顯著的提升了資源的綜合利用率，但是機(jī)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性等方面仍然存在較大的差距，尤其是振動(dòng)篩振幅偏差問(wèn)題，因此，根據(jù)礦山資源開(kāi)采實(shí)踐優(yōu)化上振式橢圓振動(dòng)篩的振幅偏差問(wèn)題，有助于提高振動(dòng)篩的整體性能，進(jìn)而提高礦產(chǎn)資源的利用率，為礦山企業(yè)創(chuàng)造更多的利益。上振式橢圓振動(dòng)篩主要由振動(dòng)器、二次隔振系統(tǒng)、篩框、傳動(dòng)裝置和撓性聯(lián)軸器等組成，其工作原理主要為三軸機(jī)械式強(qiáng)制同步激振原理[3]。其中，三軸震動(dòng)器對(duì)稱的安裝在兩側(cè)板上部位置，且兩臺(tái)三軸振動(dòng)器的中心線組成的平面必須平行于篩面；理論上篩箱在震動(dòng)器的作用下以橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，但是根據(jù)礦山實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在振動(dòng)篩運(yùn)行時(shí)設(shè)備兩側(cè)的振動(dòng)篩的振幅不一致，振幅偏差可達(dá)2.3mm，進(jìn)而造成儀器設(shè)備損壞嚴(yán)重，降低了工作率，嚴(yán)重者導(dǎo)致篩體出現(xiàn)裂縫。因此，為了提高振動(dòng)篩工作效率以及減少振動(dòng)篩損壞幾率，如何確保振動(dòng)篩兩邊的振幅一致至關(guān)重要。

2 振動(dòng)篩工作原理及振幅偏差原因

2.1 振動(dòng)篩工作原理

振動(dòng)篩的工作原理主要為三軸機(jī)械式強(qiáng)制同步激振原理，對(duì)振動(dòng)篩而言，當(dāng)振動(dòng)篩中的振動(dòng)頻率、參振質(zhì)量、偏心距和彈簧剛度等參數(shù)確定時(shí)，振動(dòng)篩在工作條件下產(chǎn)生的振幅是恒定的，同時(shí)，振動(dòng)篩在不同的運(yùn)動(dòng)條件指令下按照不同的運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)。因此，利用振動(dòng)篩中的調(diào)節(jié)功能，根據(jù)礦山物料差異等，可調(diào)節(jié)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，此時(shí)可使得礦山物料根據(jù)相應(yīng)指令在工作面上以不同的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)，最終篩選出可以再利用的礦石資源等[4，5]。總體上，上振式橢圓振動(dòng)篩由激振器、篩箱和支撐彈簧等組成，其運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力主要由1臺(tái)順時(shí)針電機(jī)和1臺(tái)逆時(shí)針電機(jī)的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

2.2 振幅偏差原因分析

自礦山引進(jìn)上振式橢圓振動(dòng)篩以來(lái)，雖然提高了資源再利用率，但是經(jīng)過(guò)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)振動(dòng)篩兩側(cè)的振幅不一致，極易造成篩體破損。導(dǎo)致振幅偏差的原因主要包括以下幾個(gè)方面：①振動(dòng)篩設(shè)備自身存在問(wèn)題，即振動(dòng)篩的生產(chǎn)過(guò)程中因焊接或者鋼材等導(dǎo)致振動(dòng)篩本身出現(xiàn)負(fù)偏差等，進(jìn)而造成振動(dòng)篩設(shè)備兩側(cè)質(zhì)量不均衡，在實(shí)際工作中出現(xiàn)振幅偏差；②彈簧是振動(dòng)篩中的重要組成部分，其彈簧剛度對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的支撐力度不一致，進(jìn)而導(dǎo)致振動(dòng)篩兩側(cè)出現(xiàn)偏差，但是對(duì)于多個(gè)彈性元件支撐系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)法準(zhǔn)確的確定調(diào)整方案，必須借助有限元等模型進(jìn)行綜合分析。鑒于此，本文以Autodesk Inventor三維軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，建立了相應(yīng)的幾何模型，將其簡(jiǎn)化成振動(dòng)篩模型兩側(cè)的簡(jiǎn)諧力，并將其施加在振動(dòng)篩模型上。根據(jù)模型試驗(yàn)，并設(shè)置左側(cè)的彈性剛度分別為225N/mm、225N/mm、225N/mm、225N/mm和225N/mm，則對(duì)應(yīng)的右側(cè)彈性剛度值分別為225N/mm、184N/mm、147N/mm、314N/mm和265N/mm，其對(duì)應(yīng)的右側(cè)振幅值分別為10mm、9.35mm、9.03mm、14.59mm和11.78mm。

由上述模擬數(shù)據(jù)可知，第一組試驗(yàn)兩側(cè)的彈性剛度一致，右側(cè)振幅與左側(cè)振幅一致，均為10mm；第二組試驗(yàn)兩側(cè)的彈性剛度不一致，且右側(cè)的彈性剛度小于左側(cè)的彈性剛度，導(dǎo)致右側(cè)對(duì)篩體的支撐力小于左側(cè)的，進(jìn)而使得右側(cè)的振幅大于第一組試驗(yàn)右側(cè)的振幅；第三組試驗(yàn)兩側(cè)的彈性剛度也不一致，且右側(cè)的彈性剛度小于左側(cè)的彈性剛度，對(duì)應(yīng)的右側(cè)振幅大于第一組試驗(yàn)右側(cè)的振幅；第四組試驗(yàn)兩側(cè)的彈性剛度變化較大，其中右側(cè)的彈性剛度大于左側(cè)的彈性剛度，導(dǎo)致右側(cè)的振幅小于第一組試驗(yàn)右側(cè)振幅；第五組試驗(yàn)右側(cè)的彈性剛度略大于左側(cè)的，但右側(cè)的振幅較第一組試驗(yàn)右側(cè)振幅明顯減小。綜上所述，若想減少振動(dòng)篩兩側(cè)振幅偏差問(wèn)題，應(yīng)該在振幅較大的一側(cè)相應(yīng)增加彈簧的彈性剛度，能夠有效的避免振幅偏差問(wèn)題。

同時(shí)，為了有效解決上振式橢圓振動(dòng)篩振幅偏差問(wèn)題，必須分析振動(dòng)篩的激振力變化與振動(dòng)篩兩側(cè)振幅變化規(guī)律，同理以Autodesk Inventor三維軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，建立了相應(yīng)的幾何模型，由于是分析振動(dòng)篩的激振力變化與振動(dòng)篩兩側(cè)振幅變化規(guī)律，因此，必須確保振動(dòng)篩兩側(cè)彈簧的彈性剛度值均一致，在模擬試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)定振動(dòng)篩兩側(cè)的彈簧剛度值均為225N/mm，進(jìn)而進(jìn)行下一步模擬分析。模型有限元分析過(guò)程中第一組試驗(yàn)中設(shè)置前左和前右的施加偏心質(zhì)量位置距離中心均為50mm，中左與中右的施加偏心質(zhì)量位置距離中心均為0mm，此時(shí)振動(dòng)篩組成的有限元模型中的兩側(cè)振幅完全一致，即對(duì)稱性良好；第二組試驗(yàn)中設(shè)置前左偏心質(zhì)量施加位置為距離中心位置為10mm，前右偏心質(zhì)量施加位置距離中心位置為50mm，此時(shí)振動(dòng)篩兩側(cè)的振幅不一致，出現(xiàn)明顯偏差，其中右側(cè)的振幅值可達(dá)10.8mm。根據(jù)上述有限元模型分析可以得出，上振式橢圓振動(dòng)篩隨著振動(dòng)器激振力的持續(xù)增大而振幅逐漸增大，因此，在彈性剛度相同的條件下可通過(guò)調(diào)整對(duì)應(yīng)側(cè)偏心塊的厚度進(jìn)行調(diào)整該側(cè)的振幅變化。

3 調(diào)整方案及應(yīng)用

調(diào)整方案是提高上振式橢圓振動(dòng)篩工作穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，因此，本文根據(jù)上述的有限元模型分析得出了如下的認(rèn)識(shí)：①以Autodesk Inventor三維軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)建立了相應(yīng)的三維力學(xué)模型，有直觀的分析振幅偏差原因奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)有限元模型分析了解了彈性剛度、震動(dòng)質(zhì)量、偏心塊質(zhì)量等與振動(dòng)篩振幅之間的變化關(guān)系，為進(jìn)一步確定振動(dòng)篩的調(diào)整方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；同時(shí)，為振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)參數(shù)改進(jìn)以及振動(dòng)篩設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了可靠的理論數(shù)據(jù)支撐；②上振式橢圓振動(dòng)篩的異常工作狀態(tài)主要體現(xiàn)在振動(dòng)篩兩側(cè)的振幅不一致方面，根據(jù)本文有限元模擬分析可知，調(diào)整兩側(cè)振幅偏差的方法主要有兩個(gè)方面，一是調(diào)整支撐彈簧的彈性剛度，使得振動(dòng)篩兩側(cè)的振幅一致；二是通過(guò)調(diào)整偏心塊質(zhì)量改變激振力，進(jìn)而改善振動(dòng)篩兩側(cè)振幅不一致問(wèn)題；③振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)異常一般是多種情況的疊加作用，而非單一因素所致，因此，在調(diào)整過(guò)程中需注意上述問(wèn)題的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)篩子運(yùn)行狀態(tài)、彈簧耗損等，需及時(shí)更換易耗零部件，能夠有效的延長(zhǎng)上振式橢圓振動(dòng)篩的使用壽命。

基于上述有限元分析數(shù)據(jù)以及振動(dòng)篩兩側(cè)振幅不一致原因，根據(jù)礦山上振式橢圓振動(dòng)篩機(jī)械設(shè)備特征等，選擇改變偏心塊質(zhì)量進(jìn)而消除振幅不一致問(wèn)題，即通過(guò)振動(dòng)篩兩側(cè)偏心塊質(zhì)量變化，使得振動(dòng)篩兩側(cè)振幅盡可能一致。因此，本次在振動(dòng)篩右側(cè)的偏心塊質(zhì)量增加2mm，使得兩側(cè)的振幅控制在9mm左右，通過(guò)實(shí)踐表明，振動(dòng)篩兩側(cè)的振幅偏差小于1mm，說(shuō)明本次調(diào)整方案行之有效，不僅消除了振動(dòng)篩兩側(cè)振幅不一致現(xiàn)象，而且提高了礦山資源篩分利用效率，提高了礦山企業(yè)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，上振式橢圓振動(dòng)篩出現(xiàn)振幅偏差的原因主要包括兩個(gè)，一是彈簧彈性剛度問(wèn)題，二是激振力問(wèn)題。因此，解決振動(dòng)篩兩側(cè)振幅偏差問(wèn)題的解決措施主要包括兩個(gè)方面，一是調(diào)整支撐彈簧的彈性剛度，使得振動(dòng)篩兩側(cè)的振幅一致；二是通過(guò)調(diào)整偏心塊質(zhì)量改變激振力，進(jìn)而改善振動(dòng)篩兩側(cè)振幅不一致問(wèn)題。本文通過(guò)建立三維力學(xué)有限元模型的方法，有效的簡(jiǎn)化了分析振幅偏差的方法，同時(shí)提高了抓住主要矛盾的效率，本文的研究成果為同類問(wèn)題的改進(jìn)提供了一定的參考價(jià)值。