【文章內(nèi)容簡介】 的設計 具有重大的現(xiàn)實與經(jīng)濟意義。 同時通過畢業(yè)設計讓我學道了 很多知識，不但鍛煉了獨立思考的能力，而且提高了自我的設計理念 [1]。 振動篩的發(fā)展史 用篩分機 把碎散物料篩分成不同的顆粒，已經(jīng)有悠久的歷史。從英國煤炭工業(yè)的文獻記載，在 1589 年提到煤的篩分。為了向市場提供各種顆粒的商品煤，廣泛的對煤進行篩分，是到 19 世紀下半業(yè)才盛行起來。 固定篩是古老的 篩分機。當時，有的固定篩用若干木條構(gòu)成，也叫棒篩，后來出現(xiàn)了有傳動機構(gòu)的棒條篩。這就是沿用至今的輥軸篩。為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，圓筒篩，搖動篩和振動篩也先后問世 [7]。 與固定篩相比，雖然輥軸篩，圓筒篩和搖動篩的工作效率有較大的改善，而且仍不失為結(jié)構(gòu)簡單和工作可靠，但是卻步能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，早在 60 年代，這些篩子在我國就開始被逐漸淘汰。固定篩不消耗動力和非常 2 簡單可靠的結(jié)構(gòu)，仍具有很強的生命力，目前仍大量用于初步篩分。 振動篩采用拋射式篩分，篩子每振動一次，物料便被拋射一次，相對篩面沖擊一次，被篩分物 料的折中特點使得振動篩的篩分效率高，生產(chǎn)能力大，因此被廣泛使用。 在振動篩產(chǎn)生以后，人們開始重視建立和發(fā)展篩分理論。早期的篩分理論形成于 50 年代初，它是以單個顆粒為研究對象而發(fā)展起來的，一般稱為單顆粒運動理論。該理論系統(tǒng)的描述了振動篩對物料進行拋射式篩分時，單個顆粒的運動情況，進而提出了篩分機特性值，即振動強度 K，和篩分特性值，即拋射強度 VK 。 經(jīng)過長期實踐，人們發(fā)覺按照上述篩分理論設計的振動篩，對細物料進行篩分時的生產(chǎn)能力太小，遂意識到以單個顆粒物料的運動狀態(tài)代表 成群的物料運動狀態(tài)具有交大的片面性。隨著研究工作的深入，自 1965 年開始逐步建立起顆粒在篩面上的運動理論。該理論以力群為研究對象，根據(jù)物體在碰撞時傳遞能量的原理，提出了篩面上整個料層中不同位置顆粒的速度變化規(guī)律，突破了單顆料理論關于振動強度小于 的臨界值。在此基礎上，建立了薄層篩分法和變傾角篩分法，研制出等厚振動篩。 用統(tǒng)計學方法研究碎散物料在篩面上透篩概率，稱為概率篩分理論。該理論是由瑞典的摩根森于 1951 年最先提出的，故在該理論指導下設計的振動篩稱為摩根森概率篩 [8]。 在力群運動理論的知道下，近代 振動篩的拋射強度和振動強度普遍提高。如德國和美國直線振動篩 K 值達 ，有的甚至達 ， VK 值達 以上。振動概率篩 K 值達 ～ 7， 弛張篩 K 值甚至達到 30。這些參數(shù)強化的振動篩適應了近代篩分作業(yè)的特點 —— 細粒物料增多，水分和黏性增大，以及篩分粒度下降和要求的分級，脫水效率提高等。 隨著工業(yè)企業(yè)的發(fā)展和篩分機設計制造技術的進步，自 70 年代以來，世界上一些國家先后研制出了大型振動篩，篩寬在 以上的已不罕見。 3 如日本身剛所生產(chǎn)的振動篩達 2m ，德國 公司生產(chǎn)的振動篩寬達 ，面積約為 50 2m 。振動篩大型化標志著篩分機技術已達到先進水平。 零部件標準化，通用化和產(chǎn)品系列化，生產(chǎn)專業(yè)化，是近代機械工業(yè)的重要標志，篩分機械也不例外。如德國 公司生產(chǎn)的 USK 圓振動篩和 USL直線振動篩，其激振器可以通用，同一個篩框既可以裝分級篩面，也可裝脫水篩面。又如美國振動篩，其基形已經(jīng)穩(wěn)定，主要力量放在改進結(jié)構(gòu)，簡化制造和應用新技術的方面。有的篩子除激振器外，篩框也作成 單體結(jié)構(gòu)，可以在現(xiàn)場組裝，極大地方便了制造，運輸和維修。 前蘇聯(lián)早在 60 年代中期就組織了篩分機產(chǎn)品整頓，統(tǒng)一基型，減少雜亂型號，在此基礎上 提高產(chǎn)品的系列化程度。國外許多篩分機械公司都是科研，設計，制造和銷售的聯(lián)合體，專業(yè)化程度高，產(chǎn)品繼承性好，經(jīng)過多年改進，使產(chǎn)品逐步完善和提高 [9]。 振動篩在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 建國 50多年來，我國的篩分設備走過了一個從無到有，從小到大，從落后到先進的發(fā)展過程，前后經(jīng)歷了測繪仿制，自行研制和引進提高 3個階段 。 (1)仿制階段 ， 上世紀 50年代，我國的篩分設備極為落 后，生產(chǎn)上使用的都是從前蘇聯(lián)引進的 TYII型圓振動篩；波蘭的 Wp1型和 Wp2型吊式直線振動篩。為適應生產(chǎn)的發(fā)展， 國內(nèi)各個 制造單位，通過對以上幾種進口篩機進行測繪仿制，形成了國產(chǎn)型號為 SZZ系列的自定中心篩、 SZ系列的慣性篩和 SSZ 系列的直線篩等，初步奠定了我國篩分機械的基礎。 (2)自行研制階段， 1967年由洛陽礦山機械研究所、鞍山礦山機械廠、北京煤礦設計院、沈陽煤礦設計院、平頂山選煤設計研究院組成了聯(lián)合設計組，制定了我國第一個煤用單、雙軸振動篩系列型譜，并進行了 ZDM(DDM)系列單軸振動篩和 ZSM(DSM)系列雙軸振動篩的產(chǎn)品設計工作。 1980年，鞍礦廠完成了這四種基型篩的制造，并通過了技術鑒定，在工業(yè)上得到了廣泛的應 4 用，這標志著我國篩分機械走上了自行研制發(fā)展的道路。 (3)引進提高階段 ， 上世紀 80年代以來，冶金和煤炭系統(tǒng)不斷從國外引進先進的振動篩產(chǎn)品。在煤炭行業(yè)：山東兗州礦務局興隆莊選煤廠引進了美國RS公司的 TI傾斜篩和 TH 水平篩；河北開灤礦務局 各莊選煤廠引進了德國KHD公司制造的 USK 圓振動篩、 USL直線振動篩；山西礦務局選煤廠和淮北礦務局臨渙選煤廠從日本神戶制鋼所引進的 H L W型直線振動篩等 。這些篩機技術參數(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理、工作平穩(wěn)、可靠耐用，基本上代表了 2 0世紀70年代國際振動篩的技術水平。在引進篩機產(chǎn)品的同時，國內(nèi)生產(chǎn)振動篩的專業(yè)廠 —— 鞍礦廠先后派譴專業(yè)技術人員去美國和德國進行技術考察，并進行技術引進。 1980年鞍礦廠從美國 RS公司引進 TI和 TH型振動篩制造技術，轉(zhuǎn)化為國內(nèi)型號定為 YA系列圓振動篩和 ZKX系列直線振動篩，在國內(nèi)得到廣泛應用。此外， 1986年洛礦廠也從日本神戶制鋼所引進了 HLW型振動篩制造技術，轉(zhuǎn)化后國內(nèi)型號定為 ZK系列振動篩，該篩結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，最大規(guī)格的篩分面積達 27m2，是當時國內(nèi)最大的直線振動篩。國外振動篩產(chǎn)品和制造技術的引進，拓寬了我國篩分機械設計制造人員視野，他們從中了解和學習到了先進國家設計制造振動篩的理論、方法、設計技術、制造工藝，生產(chǎn)管理，業(yè)務水平也大大提高 。 普通振動篩是采用中等料層厚度篩分法進行篩分，然而，隨著篩分技術的發(fā)展，新的篩分理論不斷出現(xiàn)，相應生產(chǎn)出新的篩分設備 。 于此同時 ， 我國 篩分 機械的制造水平也有了很大的提高。 對以往工程中常用的振動篩 ,大都采用單質(zhì)體集中質(zhì)量力學模型 ,對有二次隔振功能的振動篩和彈性連桿式振動篩 ,通常采用雙質(zhì)體集中質(zhì)量力學模型 ， 目前一般采用剛性平板力學模型進行解析求解 ,研究振動篩結(jié)構(gòu)強度、剛度和各階固有模態(tài)時 ,也采用連續(xù)體力學模型 。 對于大型振動篩結(jié)構(gòu)的彈性體力學模型 ,目前大都采用離散化數(shù)值方法 ,例如有限元模態(tài)分析法 。 從發(fā)展的趨勢看 ,振動篩的減振是利用繼電器控制和單板計算機控制共振振幅 ,用繼電器控制雖然減振效果 5 好 ,但線路復雜 ,調(diào)試困難 ,線圈容易出現(xiàn)故障 ,所以目前應用受到制 . 如果用單板計算機控制 ,實驗表明 。可以限制共振振幅為正常工作時振幅的 115 倍以內(nèi) 。國內(nèi)外一般 采用激振電機 ,但由于激振電機與篩箱一起振動 ,所以要求電機具有較高的耐振 性能 。 目前我國篩分機械的生產(chǎn)已形成較大規(guī)模，主要生產(chǎn)廠家有 30 多個，可供應 200 多個品種，年累計產(chǎn)量 20xx 臺左右，產(chǎn)值近億元，基本上滿足了各部門對篩分機械的要求。 振動篩的工作原理、分類及特點 振動篩的工作原理 將顆粒大小不同的碎散物料群 ， 多次通過均勻布孔的單層或多層篩面 ，分成若干不同級別的過程成為篩分 。 理論上大于篩孔的顆粒留在篩面上 ， 稱為該篩面的篩上物 ， 小于篩孔的顆粒透過篩孔 ， 稱為該篩面的篩下物。 碎散物料的篩分過程 ,可以看作由兩個階段組成 :一是小于篩孔尺寸的細顆粒通過粗顆粒所 組成的物料層到達篩面 ； 二是細顆粒透過篩孔。要想完成上述兩個過程 ， 必須具備最基本的條件 ， 就是物料和篩面之間要存在著相對運動。為此 ， 篩箱應具有適當?shù)倪\動特性 ， 一方面使篩面上的物料層成為松散狀態(tài) ； 另一方面 ， 使堵在篩孔上的粗顆粒閃開 ， 保持細顆粒透篩之路暢通。 實際的篩分過程是 :大量粒度大小不同 ,粗細混雜的碎散物料進入篩面后 ,只有一部分顆粒與篩面接觸 ,而在接觸篩面的這部分物料中 ,不全是小于篩孔的細粒 ,大部分小于篩孔尺寸的顆粒 ,分布在整個料層的各處。由于篩箱的振動 ,篩上物料層被松散 ,使大顆粒本來就存在的間隙被進一步擴大 ,小顆粒乘機穿過間隙 ,轉(zhuǎn)移到下層或運輸機上。由于小顆粒間隙小 ， 大顆粒并不能穿過 ， 因此 ， 大顆粒在運動中 ， 位置不斷升高 。 于是原來雜亂無章排列的顆粒群發(fā)生了分離 ， 即按顆粒大小進行了分層 ， 形成了小顆粒在下 ， 粗顆粒居 6 上的排列規(guī)則。到達篩面的細顆粒 ， 小于篩孔者透篩 ， 最終實現(xiàn)了粗、細粒分離 ， 完成篩分過程。然而 ， 充分的分離是沒有的 ， 在篩分時 ， 一般都有一部分篩下物留在篩上物中。 細粒透篩時，雖然顆粒都小于篩孔，但它們透篩的難易程度不同，和篩孔相比，顆粒越易，和篩孔尺寸相近的顆粒，透篩就較難，透過篩面下層的顆粒間隙就更難。 振 動篩一般分為三大類為圓運動振動篩、直線運動振動篩和共振篩。 直線振動篩的工作原理 直線振動篩是采用慣性激振器來產(chǎn)生振動的，其振源有電動機帶動激振器，激振器有兩 個軸，每個軸有一個偏心重，而且以相反的方向旋轉(zhuǎn)，又稱雙軸振動篩 。當兩個偏心重的圓盤轉(zhuǎn)動時，兩個偏心重產(chǎn)生的離心力 F，在x 軸的分量總是抵消，在 y 軸的分量相加，其結(jié)果在 y 軸方向產(chǎn)生一個往復的激振力，使篩箱在 y 軸方向上產(chǎn)生往復的直線軌跡振動 ，如圖 11。 還有一種情況是振源采用的是振動電機，這時需要布置兩臺，他們的軸線方向必須與振動篩縱向軸線方 向一致。兩臺振動電機對稱布置在篩箱的上方，下部和兩側(cè)均可以。 trmP y ?? s in20?? ?? trm ?? sin20 tP ?sin? (11) 式中 m —— 不平衡重的質(zhì)量和， ?? 0mm ，單位為 kg ； P — — 不平衡重塊所產(chǎn)生的激振力，單位為 N； T — — 轉(zhuǎn)動時間，單位為 s； r — — 不平衡重質(zhì)心回轉(zhuǎn)半徑 , 單位為 m； 7 ωtPyP0ωωtP yP 0ωyxxy 圖 11 振動篩原理圖 ? — — 不平衡重的回轉(zhuǎn)角速度，單位為 rad/s； yP — — 在振動方向上的激振力 , 單位為 N； 0m — — 每個偏心塊的質(zhì)量，單位為 kg 。 由上式可見，雙軸慣性激振器，當作同步反向回轉(zhuǎn)的時候，產(chǎn)生定向的簡諧力，此力通過篩箱的質(zhì)心，使篩箱作定向往復直線振動。 直線振動篩的篩面傾角通常在 010? 以 內(nèi) ，篩面的振動振動角度一般為045 ，篩面在激振器的作用下作直線往復運動。顆粒在篩面的振動下產(chǎn)生拋射與回落，從而使物料在篩面的振動過程中不斷向前運動，物料的拋射與下落都對篩面有 沖擊，致使小于篩孔的顆粒被篩選分離。篩子的篩分效率及生產(chǎn)能力同篩面的傾角，篩面的振動角度，物料的拋射系數(shù)有關。為了保證篩分效率高，篩子的生產(chǎn)能力大，必須選擇合適的 yK 值。 8 第 2 章 總體方案的 設計 振動篩方案的列舉 本次設計的直線振動篩用于煤的初步篩分， 振動頻率為 Hz1000~800 、篩孔尺寸為 mm50 ，生產(chǎn)率為 h/T50? 。受振動篩工作條件的要求，確定兩種設 計方案。 方案一： ZKX 型直線振動篩如圖 21。 圖 21 ZKX 型直線振動篩 方案二： ZKB 型直線振動篩如圖 22。 方案分析 ZKB 型 直線振動篩是采用雙電機驅(qū)動 ， 同步傳動 ， 主振動彈簧為橡膠彈簧 ， 電機經(jīng)輪胎式聯(lián)軸器從篩箱側(cè)直接帶動兩主軸轉(zhuǎn)動 。 傳動結(jié)構(gòu)簡單 ， 維修方便運轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生較強的噪聲和振動 ， 故障相對少些 ， 維修量小 。 ZKX 型 直線振動篩主振彈簧為圓柱形螺旋彈簧 ， 采用箱式激振器單電機齒輪強迫傳動 ， 運轉(zhuǎn)中容易產(chǎn)生因加工 ， 裝配方面存在誤差而引發(fā)較強的噪 9 圖 22 ZKB 型直線振動篩 聲和振動同時由于激振箱內(nèi)使用稀油潤滑回轉(zhuǎn)軸的密封要求比較高。安裝技術要求也較高 ， 維修質(zhì)量難以保證 。 ZKB 型 振動篩常見故障 ： 輪胎式聯(lián)軸器的膠皮損壞 、 主振橡膠彈簧易壞 。 ZKX 型 振動篩常見故障 ： 噪聲嚴重 、 篩箱后箱板篩板下面的底梁振裂 、電動機軸斷裂 、 電動機經(jīng)常燒壞 、 電機底座螺栓被振斷 、 電機支撐架斷裂 、激振器傳動齒輪及軸承易損壞 、 主振彈簧折斷運轉(zhuǎn)時還會出現(xiàn)跑料現(xiàn)象 。 方案確定 綜合上述 兩 種方案 ,ZKB 型 振動篩 是 采用 雙電機驅(qū)動 ,同步傳動，主振動彈簧 為橡膠彈簧， 選用塊偏心式激振器、萬向傳動軸等先進高可靠性部件 ,篩箱結(jié)構(gòu)設計合理 ,具有整體剛度大、參數(shù)選擇合理、維護方便、篩分效率高 ，運轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生較強的噪聲和振動 等優(yōu)點 。所以，采用 ZKB 型直線振動篩。