馳張振動篩的振動分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

鮑光華，洪 順，肖放萍，趙孟陽

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用與篩分設(shè)備密切相關(guān)，尤其是現(xiàn)代化礦山企業(yè)，以大型機械設(shè)備為主，顯著的提升了資源的開發(fā)利用效率[1]。張弛篩是一種新型的篩分設(shè)備，具有不易堵塞、高產(chǎn)率和高效率的優(yōu)點，而被廣泛的應(yīng)用我國礦山開采中。但是，我國對于張弛篩設(shè)備的研究程度相對薄弱，主要以進口的方式滿足國內(nèi)市場的需求[2]。

為了提高國產(chǎn)張弛篩的整體性能，某礦山自引入該機械設(shè)備以來進行了實踐應(yīng)用，根據(jù)運行狀況、故障發(fā)生率等進行了振動分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為提高機械設(shè)備的穩(wěn)定性能奠定基礎(chǔ)。

1 張弛振動篩的振動分析

張弛振動篩是以機械設(shè)備的一張一弛運動而實現(xiàn)礦石物料篩分目的的，因此，礦石物料的顆粒大小對振動篩的振動方式影響較大。此外，研究振動篩的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程必須對影響振動篩分效果的因素進行分析，進而提出改進措施。

1.1 入篩物料對振動篩分效果的影響

入篩物料對張弛振動篩篩分效果的影響主要包括以下幾個方面：①含水率，即物料的濕度，由于物料表面吸附的水分使得篩分困難，顯著的降低了篩分效果；②含泥量，含泥量的高低對黏度較大的物料篩分影響較大，容易出現(xiàn)物料之間結(jié)團現(xiàn)象，尤其是部分小顆粒物料，容易造成篩分堵塞，且在濕度較大的條件篩分質(zhì)量較差；③粒度特性，篩分表面上的物料顆粒大小、形狀以及物料比重等對振動篩分影響較大，當物料粒徑過大時容易使得物料卡在篩孔中，進而出現(xiàn)堵塞問題。

1.2 篩面工藝結(jié)構(gòu)對振動篩分效果的影響

篩面工藝結(jié)構(gòu)對張弛振動篩的篩分效果影響明顯，尤其是篩面長度、寬度、傾斜角、孔隙大小等，主要包括以下幾方面[3]：①篩面的寬度與長度，若設(shè)備的篩面寬度越大，則篩分量越大，當篩面的長度越長，則篩分設(shè)備的效率越高，但是當篩分設(shè)備的寬度和長度增加時，設(shè)備的整體框架穩(wěn)定性越差，明顯的縮短了篩分設(shè)備的使用壽命，因此需要結(jié)合礦山實際情況確定篩分設(shè)備篩面的寬度和長度；②篩面的傾斜角，當篩面具有一定的傾斜角時，礦石物料容易在篩面上滑落，傾角越大，礦石物料在篩面的運動越快，單位處理礦石量顯著增加，但是明顯的縮短了物料的篩面上的停留時間縮短，使得礦石物料篩分不徹底；③篩面孔隙大小、形狀等的影響，篩面的孔隙大小與礦石處理要求息息相關(guān)，應(yīng)根據(jù)礦石選冶要求進行設(shè)計；孔隙形狀常見的有圓形、長方形和正方形，若篩分物料形狀有更高要求時，一般選擇圓形和正方形孔，若礦石物料以長方形或者扁平狀為主時，多采用長方形篩分孔。

1.3 篩面運動形式對振動篩分效果的影響

篩面的運動形式主要是利用篩面的振動轉(zhuǎn)頻、振幅等因素實現(xiàn)的，一般來說，振動形式能夠影響礦石物料的運動軌跡，進而影響篩分效果，且具有“篩面振動越強烈，篩分效果越好”的特征。常見的篩面運動形式包括橢圓振動、圓周振動和直線往復(fù)振動幾種形式。其中，直線振動無法提供給物料垂直方向上的振動，因此該運動方式不利于松散堆積物的篩分，多用于粒度較大的物料篩分；圓周運動是比較常見的運動形式，具有較大振動頻率，為礦石物料的篩分提供充足的能量，能夠有效的篩分物料，但是該運行形式篩分效率較低；橢圓運行形式是在直線運動和圓周運動的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，顯著的改善了物料的傳輸效果，其篩分效率也優(yōu)于前兩種運動方式。

1.4 基于Matlab模擬的振動分析

上文根據(jù)張弛振動篩的實際實踐總結(jié)了影響振動篩篩分效果的影響因素，但是張弛振動篩設(shè)備的運行狀況十分復(fù)雜，采用單一的分析方法無法準確的找出振動篩的結(jié)構(gòu)的缺陷。鑒于此，本文以Matlab數(shù)值計算軟件為基礎(chǔ)，通過仿真模擬機器的仿真運動實現(xiàn)張弛振動篩的振動篩分分析目的。當張弛振動篩在空載狀態(tài)下，采用多次測量的方式進行了振動分析，根據(jù)振動曲線可知，在空載條件下振動篩的運動形式以勻速的圓周運動為主，仿真模擬運動與實際運動相符合。

2 張弛振動篩的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用

2.1 張弛篩結(jié)構(gòu)優(yōu)化

張弛篩結(jié)構(gòu)優(yōu)化是提升振動篩整體性能的基礎(chǔ)，本次涉及的結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要包括：①凸輪軸系，該結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)圓周運動與直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)篩面一張一弛運動的前提，本次優(yōu)化過程中將軸承座與彈簧板相互連接，并鍛造在一起，并將內(nèi)軸承之間的偏心差控制在180°，能夠有效的提升軸運動的平衡性；②驅(qū)動系統(tǒng)，是主要的動力來源，本次結(jié)構(gòu)優(yōu)化將連接部位的螺母采用非金屬內(nèi)嵌式螺母，使得驅(qū)動系統(tǒng)具有更好的放松性能，能夠有效的緩解因長期振動而導(dǎo)致螺母松懈引起的安全事故；③底架，主要對張弛篩起支撐作用，本次采用標準鋼型底架，將傾角控制在21°，并在底架右側(cè)第一根立柱外側(cè)連接電機支架，不僅能夠確保原裝置的精度要求，而且能夠有效的提升設(shè)備的穩(wěn)定性；同時，電機支架采用相同的標準鋼型，滑道采用槽鋼，將連接板焊接時旋轉(zhuǎn)15°～25°，能夠有效的提升底架連接的適宜性；④外箱體，主要位于凸輪軸系和內(nèi)箱體上，與內(nèi)箱體之間形成相對運動，是實現(xiàn)篩網(wǎng)一張一弛運動的基礎(chǔ)，本次雨花將外箱體兩側(cè)的側(cè)板采用槽鋼，中間通過梯形梁連接，左側(cè)橫向連接板與凸輪軸系的外軸承座連接在一起，且外箱體的連接螺母采用非金屬內(nèi)嵌件鎖緊螺母，能夠有效的提升外箱體的放松性能；此外，為了增加梯形梁的穩(wěn)定性和減少梯形梁的重量，可采用空心結(jié)構(gòu)，能夠有效的緩解物料對梯形兩側(cè)的沖擊力；⑤內(nèi)箱體，該結(jié)構(gòu)與外箱體的結(jié)構(gòu)相似，但是內(nèi)箱體與凸輪軸系的內(nèi)承座固定的儀器，確保內(nèi)外箱體上的梯形梁在同一水平線上，在篩網(wǎng)下部設(shè)置兩側(cè)襯墊，能夠有效的緩解物料對料棚的損傷，進而降低張弛振動篩出現(xiàn)故障的幾率；此外，在箱體中設(shè)置通孔，并與凸輪軸系中整體內(nèi)軸承座連接固定，能夠提升箱體的精度，并在箱體入料口處裝置不銹鋼耐磨板，能夠有效的提升張弛振動篩的使用壽命；⑥篩罩，該結(jié)構(gòu)能夠有效的防止篩分物料以及粉塵的飛濺，具有防塵作用，本次優(yōu)化將框架以及支腿等均采用空心方管，能夠有效的降低篩罩的重量，同時在框架的上部增設(shè)小蓋板，并與雅閣相連接，能夠有效的提升篩罩的防塵能力；⑦軸系保護罩，該結(jié)構(gòu)的主要功能在于確保凸輪軸系中的偏心軸不收碰撞，并且對操作人員起保護作用。

2.2 張弛篩關(guān)鍵元件結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能

張弛篩關(guān)鍵元件結(jié)構(gòu)優(yōu)化是提升振動篩整體性能的基礎(chǔ)，本次主要通過以下幾個方面實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①篩面結(jié)構(gòu)及性能分析，上文已述及，篩面長度和寬度對篩分效果影響較大，當篩面長度越長時，礦石物料在篩面上運動的時間越長，篩分越徹底；篩分寬度越大，篩分效率越高，但是篩面長度和寬度與篩分設(shè)備的穩(wěn)定性和成本息息相關(guān)，因此，經(jīng)過模擬分析和礦山實際需求后，確定篩分寬度為200mm，長度為9m，并將篩孔分為三個階段，在礦石物料走向上依次設(shè)置2片12×12的小方孔篩面，此時物料基本處于靜止狀態(tài)；第二階段設(shè)置12片12×28的長方孔篩面，此時物料處于逐漸放松階段；第三階段設(shè)置8片13×13的大方孔篩面，此時礦石物料放松處于篩分分層階段，能夠有效的提升篩分效果；②偏心軸結(jié)構(gòu)的性能，為了降低該部位的質(zhì)量，以第三段軸心為主，將第一部分的軸徑設(shè)置為90mm，其偏心距為0mm；將第二部分的軸徑設(shè)置為135mm，偏心距為6mm，能夠有效的提升該部分的性能；③圓柱橡膠的性能分析，圓柱橡膠主要起支撐作用，根據(jù)模擬分析得出，當圓柱橡膠的邵氏硬度為52HA時，圓柱橡膠的整體性能最佳；④彈簧板的性能分析，經(jīng)過模擬分析后，認為彈簧的抗彎抗拉特性與彈簧斷面組織相關(guān)，以長纖維狀物質(zhì)組成的彈簧具有更加良好的抗彎抗拉特性。

2.3 應(yīng)用效果分析

根據(jù)本文提出的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式進行了張弛振動篩優(yōu)化設(shè)計，并將其引用于某礦山的生產(chǎn)實踐中，將改進后的張弛振動篩投產(chǎn)5個月以來，張弛振動篩的故障率下降極為顯著，下降率可達62.8%。同時，改進后張弛振動篩的工作效率顯著上升，其篩分效果良好，說明本次結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理的方式是合理的。

3 結(jié)束語

綜上所述，張弛振動篩是以機械設(shè)備的一張一弛運動而實現(xiàn)礦石物料篩分目的的，其運動方式包括直線型、圓周型和橢圓型三種類型，其中后者的運動篩分效果優(yōu)于前兩種運動方式。

經(jīng)過空載條件下的模擬分析，其運動狀態(tài)與理論運行形式一致，說明張弛振動篩的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的。為提高振動篩篩分質(zhì)量和使用壽命等，本文從不同的方面分析了影響振動篩篩分效果的因素，進而對關(guān)鍵元件進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在實踐應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果，說明本次改進是合理的。