單振源共振式篩篩孔尺寸對(duì)工藝效果影響實(shí)驗(yàn)研究

趙環(huán)帥 ，黃勇

（1.中國(guó)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；2.唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

振動(dòng)篩是現(xiàn)代礦物加工中的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于礦山、煤炭、建材、冶金、制藥等各種行業(yè)。目前，在振動(dòng)篩技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，各種結(jié)構(gòu)新穎、適合不同用途的振動(dòng)篩大量涌現(xiàn)，但其中大部分是以線性振動(dòng)為主，對(duì)于非線性共振技術(shù)應(yīng)用較少[1-2]。共振篩出現(xiàn)于在20 世紀(jì)20 年代，并于上世紀(jì)50 年代正式于工業(yè)生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)是在接近系統(tǒng)共振區(qū)進(jìn)行工作，即工作頻率接近其本身的自振頻率，因此，共振篩可以采用較小的激振力或動(dòng)力消耗來(lái)驅(qū)動(dòng)較大面積或重量的篩箱。我國(guó)對(duì)于共振篩技術(shù)的研究主要集中于本世紀(jì)前后，比如：陳予恕、金志勝、霍拳忠等[3-4]在上世紀(jì)90 年代初就進(jìn)行了采用理論與實(shí)驗(yàn)方法研究大型雙質(zhì)量非線性共振篩動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，奠定了該設(shè)備動(dòng)力學(xué)研究的基本方向；張功學(xué)、孟志強(qiáng)等[5]從影響共振式機(jī)械固有頻率各因素的隨機(jī)性、激振頻率的隨機(jī)性及共振準(zhǔn)則的模糊性出發(fā)推導(dǎo)出了表達(dá)共振區(qū)模糊子集的隸屬函數(shù)及計(jì)算共振式機(jī)械模糊可靠度的計(jì)算公式；楊帥、王太勇[6]運(yùn)用剛體動(dòng)力學(xué)的基本理論，對(duì)一種大型非線性共振篩建立了動(dòng)力學(xué)模型，分析并驗(yàn)證了設(shè)備剛體運(yùn)動(dòng)的固有頻率；辛?xí)暂x、曹樹(shù)謙等[7-8]針對(duì)雙層共振篩強(qiáng)度計(jì)算時(shí)慣性力難以施加的問(wèn)題，提出了一種分別計(jì)算上下篩體強(qiáng)度的有限元建模技術(shù)，并對(duì)30 m2雙層非線性共振篩模態(tài)計(jì)算及動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)；近幾年，國(guó)外內(nèi)的一些學(xué)者開(kāi)始研究反共振振動(dòng)篩、雙質(zhì)體振動(dòng)篩的相關(guān)理論與技術(shù)[9-12]，也有部分共振篩在現(xiàn)場(chǎng)使用情況的介紹，但總體來(lái)看，由于共振篩技術(shù)仍有待完善與提高，且共振篩制造與裝配要求較高、操作與調(diào)試較難、受給料量變化的影響較大，近些年一直未能在現(xiàn)場(chǎng)得到大范圍的推廣。但由于共振篩技術(shù)自身的優(yōu)點(diǎn)，符合未來(lái)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)，因此，根據(jù)現(xiàn)代共振理論的最新研究成果，開(kāi)展共振篩技術(shù)方面的研究，提高其結(jié)構(gòu)可靠性、性能穩(wěn)定性及工藝效果，在未來(lái)篩分技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。本文以單振源共振篩為例，研究其在0.074 ～ 0.15 mm篩孔尺寸下，處理量與入料細(xì)度（-0.074 mm）、篩下細(xì)度（-0.074 mm）、篩上細(xì)度（-0.074 mm）、篩下產(chǎn)率、篩分效率等相關(guān)指標(biāo)的關(guān)系，以期為企業(yè)與用戶合理采用提供借鑒與參考。

1 工作原理及結(jié)構(gòu)組成

單振源共振篩利用雙自由度共振原理，以振動(dòng)電機(jī)組為振動(dòng)源，篩箱組合在振動(dòng)電機(jī)組的作用下形成直線振動(dòng)，同時(shí)由于篩箱內(nèi)部的振動(dòng)排的自身慣性，使振動(dòng)排產(chǎn)生一個(gè)滯后于篩箱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（敲擊篩網(wǎng)達(dá)到清網(wǎng)），且此振動(dòng)頻率與篩機(jī)振動(dòng)頻率處于近共振工作狀態(tài)，從而使篩箱內(nèi)篩網(wǎng)和網(wǎng)上物料同時(shí)受到來(lái)自兩個(gè)不同振動(dòng)方向的振動(dòng)，二者合成而產(chǎn)生共振式復(fù)合振動(dòng)。單振源共振篩主要有機(jī)架、篩箱單元組合、篩上篩下收料槽、彈性裝置（剪切彈簧）、底座、檢修臺(tái)、給料箱、電控柜、振動(dòng)電機(jī)組組成，其主要結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)為：

（1）篩箱及篩箱單元組合

篩箱單元組合由單層或多層篩箱、振動(dòng)電機(jī)組、連接梁等部件組成。若干個(gè)篩箱通過(guò)連接梁采用緊固件進(jìn)行剛性連接，篩面與水平面成適當(dāng)傾角以便于物料的流動(dòng)。篩箱間距既要便于觀察篩面物料情況、更換篩網(wǎng)等操作，又要減小占地面積和空間高度。振動(dòng)電機(jī)組安裝在上層篩箱上。篩箱單元組合部件具有剛度高、工藝性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕等特點(diǎn)。

篩箱主要包括篩框、篩網(wǎng)、托網(wǎng)、篩網(wǎng)張緊裝置、托網(wǎng)張緊裝置、振動(dòng)系統(tǒng)（共振彈簧座、共振彈簧硫化件、振動(dòng)排）等部件。根據(jù)設(shè)備耐磨、防腐能力的需求和成本的考慮，可以選擇篩箱表面噴涂油漆或噴涂聚氨酯處理，后者具有更高的耐磨、防腐能力。

篩網(wǎng)由工作網(wǎng)和托網(wǎng)組成。工作網(wǎng)主要包括不銹鋼細(xì)絲編織復(fù)合網(wǎng)和聚氨酯條縫式柔性篩網(wǎng)兩種，兩種篩網(wǎng)具有良好的互換性。聚氨酯柔性篩網(wǎng)耐磨性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)達(dá)6 個(gè)月左右，價(jià)格相對(duì)較高；不銹鋼絲編織復(fù)合網(wǎng)由兩層不同孔徑的篩網(wǎng)復(fù)合而成，此種篩網(wǎng)開(kāi)孔率高達(dá)33%左右，質(zhì)量輕，篩分效率高達(dá)70% ～ 75%，價(jià)格較低。托網(wǎng)與振動(dòng)帽直接接觸，其為鋼絲繩芯聚氨酯網(wǎng)，主要作用是傳遞和均布激振力、保護(hù)工作網(wǎng)、提高工作網(wǎng)的剛度。為了方便更換篩網(wǎng)，篩箱中托網(wǎng)和工作網(wǎng)的張緊機(jī)構(gòu)采用快速裝卸張緊機(jī)構(gòu)。

（2）彈性裝置

彈性裝置采用了隔振及阻尼的協(xié)同效應(yīng)，降低了動(dòng)載荷對(duì)基礎(chǔ)的沖擊，達(dá)到了較佳的減振效果。彈性裝置由若干個(gè)橡膠彈簧組成，把篩箱或篩箱單元組合彈性支撐在機(jī)架上，同時(shí)緩沖篩箱或篩箱單元組合工作時(shí)對(duì)地基的動(dòng)載荷，尤其是在啟動(dòng)和停車過(guò)程中通過(guò)共振區(qū)時(shí)形成的共振動(dòng)載荷，減振系數(shù)達(dá)90%，并充分利用橡膠彈簧各方向剛度不同的特性，使彈性系統(tǒng)既能有效減輕對(duì)地基動(dòng)載荷，也能有效抑制篩箱或篩箱單元組合的橫向振動(dòng)。

（3）機(jī)架

機(jī)架為型鋼框架結(jié)構(gòu)，是篩機(jī)各部件的安裝骨架。機(jī)架通過(guò)二次減振彈簧直接放置于地面上。

（4）篩上篩下物收料槽

篩上篩下物收料槽為鋼板制造的箱形結(jié)構(gòu)，用于收集每層篩箱篩分后的篩上和篩下物料。為提高其耐磨性和耐腐蝕性，礦漿直接沖刷的內(nèi)表面噴涂聚氨酯襯或耐磨橡膠板。

（5）電控柜

通過(guò)電控柜對(duì)各種振動(dòng)參數(shù)采用變頻控制，對(duì)各種篩分系統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

單振源共振篩實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要設(shè)備包括單振源共振篩、攪拌桶、渣漿泵、電磁流量計(jì)、緩沖給料箱，整套系統(tǒng)安裝在鋼結(jié)構(gòu)架上，分三層平臺(tái)布置，其中一層為車間自身水泥地面，二、三層為特制鋼結(jié)構(gòu)平面。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

單振源共振篩實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用細(xì)粒級(jí)濕法閉路循環(huán)篩分系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)流程為：首先物料與水由攪拌桶給入，均勻攪拌后經(jīng)渣漿泵打入緩沖給料箱，然后靜壓給入單振源共振篩進(jìn)行篩分，篩上物與篩下物返回?cái)嚢柰埃撓到y(tǒng)單次實(shí)驗(yàn)需要物料200 ～ 500 kg，入料、篩上物、篩下物可單獨(dú)取樣，進(jìn)行篩分效率考察。由于受空間高度局限，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的篩機(jī)采用單層FG 1014 單振源共振篩，即單振源共振篩的上篩箱，其工作原理、振動(dòng)參數(shù)與復(fù)合單振源共振篩完全一致，具有代表性，其有效篩分寬度為1 m、有效篩分長(zhǎng)度為1.4 m、有效篩分面積為1.4 m2。

2.3 結(jié)果及分析

由于在礦山、煤炭等行業(yè)濕法分級(jí)中，單振源共振篩篩孔一般在0.074 ～ 0.3 mm，因此為了考察篩孔尺寸對(duì)工藝效果的影響，在單振源共振篩實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中篩孔分別取常用的0.074、0.1、0.12、0.15、0.2、0.3 mm，處理量分別取2、4、6、8、12、14、16、18、20 t/(m2·h)，對(duì)應(yīng)的料漿流量分別為3.5、7.0、10.5、14、17.5、21、24.5、28、31.5、35 m3，濃度40%。，經(jīng)實(shí)驗(yàn)后測(cè)定入料細(xì)度(-0.074 mm)、篩下細(xì)度(-0.074 mm)及篩上細(xì)度(-0.074 mm)，并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率等相關(guān)指標(biāo)。

（1）0.074 mm 篩孔時(shí)工藝效果

當(dāng)篩孔尺寸為0.074 mm 時(shí)， 保持一定的入料細(xì)度（-0.074 mm）（約75%），經(jīng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度（-0.074 mm）、篩上細(xì)度（-0.074 mm）進(jìn)行測(cè)試、并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率，見(jiàn)圖1。

圖1 處理量與篩分效果關(guān)系（0.074 mm 篩孔）Fig. 1 Relationship between throughput and screening effects(0.074 mm screening hole)

從圖1 看出，隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度(-0.074 mm)基本保持恒定，篩上細(xì)度(-0.074 mm)逐漸增大，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為75%以上時(shí)，處理量可以達(dá)到8.8 t/(m2·h)。

（2）0.1 mm 篩孔時(shí)工藝效果

當(dāng)篩孔尺寸為0.1 mm 時(shí)， 保持一定的入料細(xì)度（-0.074 mm）（約65%），經(jīng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度（-0.074 mm）、篩上細(xì)度（-0.074 mm）進(jìn)行測(cè)試、并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率，見(jiàn)圖2。

圖2 處理量與篩分效果關(guān)系（0.1 mm 篩孔）Fig. 2 Relationship between throughput and screening effects(0.1 mm screening hole)

從圖2 看出，隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度(-0.074 mm)基本保持恒定，篩上細(xì)度(-0.074 mm)逐漸增大后趨于平緩，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小后稍微增大。當(dāng)篩分效率為75%以上時(shí)，處理量可以達(dá)到11 t/(m2·h)。

（3）0.12 mm 篩孔時(shí)工藝效果

當(dāng)篩孔尺寸為0.12 mm 時(shí)， 保持一定的入料細(xì)度(-0.074 mm)(約65%)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度(-0.074 mm)、篩上細(xì)度(-0.074 mm)進(jìn)行測(cè)試、并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率，見(jiàn)圖3。

圖3 處理量與篩分效果關(guān)系（0.12 mm 篩孔）Fig. 3 Relationship between throughput and screening effects(0.12 mm screening hole)

從圖3 看出，隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度(-0.074 mm)基本保持恒定，篩上細(xì)度(-0.074 mm)逐漸增大，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為75%以上時(shí)，處理量可以達(dá)到13.5 t/(m2·h)。

（4）0.15 mm 篩孔時(shí)工藝效果

當(dāng)篩孔尺寸為0.15mm 時(shí)， 保持一定的入料細(xì)度（-0.074 mm）（約65%），經(jīng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度（-0.074 mm）、篩上細(xì)度（-0.074 mm）進(jìn)行測(cè)試、并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率，見(jiàn)圖4。

圖4 處理量與篩分效果關(guān)系（0.15 mm 篩孔）Fig. 4 Relationship between throughput and screening effects(0.15 mm screening hole)

從圖4 看出，隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度(-0.074 mm)基本保持恒定，篩上細(xì)度(-0.074 mm)逐漸增大，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為75%以上時(shí)，處理量可以達(dá)到16 t/(m2·h)。

（5）0.2 mm 篩孔時(shí)工藝效果

當(dāng)篩孔尺寸為0.2 mm 時(shí)， 保持一定的入料細(xì)度（-0.074 mm）（約65%），經(jīng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度（-0.074 mm）、篩上細(xì)度（-0.074 mm）進(jìn)行測(cè)試、并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率，見(jiàn)圖5。

圖5 處理量與篩分效果關(guān)系（0.2 mm 篩孔）Fig. 5 Relationship between throughput and screening effects(0.2 mm screening hole)

從圖5 看出：隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度（-0.074 mm）基本保持恒定，篩上細(xì)度（-0.074 mm）逐漸增大，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為75%以上時(shí)，處理量可以達(dá)到17.8 t/m2·h。

（6）0.3 mm 篩孔時(shí)工藝效果

當(dāng)篩孔尺寸為0.3 mm 時(shí)， 保持一定的入料細(xì)度（-0.074 mm）（約65%），經(jīng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度（-0.074 mm）、篩上細(xì)度（-0.074 mm）進(jìn)行測(cè)試、并計(jì)算出篩下產(chǎn)率、篩分效率，見(jiàn)圖6。

圖6 處理量與篩分效果關(guān)系（0.3 mm 篩孔）Fig. 6 Relationship between throughput and screening effects(0.3 mm screening hole)

從圖6 看出：隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度(-0.074 mm)基本保持恒定，篩上細(xì)度(-0.074 mm)逐漸增大，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為75%以上時(shí)，處理量可以達(dá)到19.3 t/(m2·h)。

（7）篩孔尺寸與處理量的關(guān)系

由以上0.075、0.1、0.12、0.15、0.2、0.3 mm的篩分工藝效果可得表1，在篩分效率為75%時(shí)篩孔尺寸與處理量的關(guān)系見(jiàn)圖7。

表1 篩孔尺寸與處理量Table 1 mesh size and throughput

圖7 篩孔尺寸與處理量關(guān)系Fig. 7 Relationship between mesh size and throughput

從圖7 看出：隨著篩孔尺寸的逐漸變大，處理量快速變大，而后在篩孔達(dá)到0.2 mm 以后，隨著篩孔增大，處理量逐漸趨于平緩，在篩孔滿足75%的篩分效率下，處理量可達(dá)到8.8 ～ 19.3 t/(m2·h)。

3 結(jié) 論

（1）單振源共振篩在處理量分別?。?、4、6、8、12、14、16、18、20 ）t/(m2·h)，篩孔分別?。?.075、0.1、0.12、0.15、0.2、0.3）mm 時(shí)，篩下細(xì)度(-0.074 mm)、篩上細(xì)度(-0.074 mm)、篩下產(chǎn)率與篩分效率基本呈相似的變化趨勢(shì)，隨著處理量的逐漸增大，篩下細(xì)度(-0.074 mm)基本保持恒定，篩上細(xì)度(-0.074 mm)逐漸增大，篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。

（2）單振源共振篩在篩孔尺寸為0.074、0.1、0.12、0.15、0.2、0.3 mm，隨著篩孔尺寸的逐漸變大，處理量快速增大，當(dāng)篩孔達(dá)到0.2 mm 以后，隨著篩孔尺寸的變大，處理量逐漸趨于平緩，且篩分效率為75%時(shí)，處理量可達(dá)到8.8 ～ 19.3 t/(m2·h)。

（3）在對(duì)各種礦業(yè)資源的大規(guī)模開(kāi)采過(guò)程中，產(chǎn)品精加工的要求越來(lái)越精細(xì)，對(duì)于合理利用能源及減少污染具有重要作用。本實(shí)驗(yàn)僅研究了單振源共振篩在篩孔為（0.074、0.1、0.12、0.15、0.2、0.3 mm）時(shí)的工藝效果，尚具有一定的局限性。因此，今后開(kāi)展單振源共振篩精細(xì)物料（尤其粒度為 -150 μm的物料）分級(jí)回收工藝效果的研究，為單振源共振篩進(jìn)一步推廣與合理采用提供借鑒與參考，具有非常重要的意義。