【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的設(shè)計(jì) 具有重大的現(xiàn)實(shí)與經(jīng)濟(jì)意義。 同時(shí)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)道了 很多知識(shí)，不但鍛煉了獨(dú)立思考的能力，而且提高了自我的設(shè)計(jì)理念 [1]。 振動(dòng)篩的發(fā)展史 用篩分機(jī) 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(guó)煤炭工業(yè)的文獻(xiàn)記載，在 1589 年提到煤的篩分。為了向市場(chǎng)提供各種顆粒的商品煤，廣泛的對(duì)煤進(jìn)行篩分，是到 19 世紀(jì)下半業(yè)才盛行起來(lái)。 固定篩是古老的 篩分機(jī)。當(dāng)時(shí)，有的固定篩用若干木條構(gòu)成，也叫棒篩，后來(lái)出現(xiàn)了有傳動(dòng)機(jī)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(dòng)篩和振動(dòng)篩也先后問(wèn)世 [7]。 與固定篩相比，雖然輥軸篩，圓筒篩和搖動(dòng)篩的工作效率有較大的改善，而且仍不失為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)就開(kāi)始被逐漸淘汰。固定篩不消耗動(dòng)力和非常 2 簡(jiǎn)單可靠的結(jié)構(gòu)，仍具有很強(qiáng)的生命力，目前仍大量用于初步篩分。 振動(dòng)篩采用拋射式篩分，篩子每振動(dòng)一次，物料便被拋射一次，相對(duì)篩面沖擊一次，被篩分物 料的折中特點(diǎn)使得振動(dòng)篩的篩分效率高，生產(chǎn)能力大，因此被廣泛使用。 在振動(dòng)篩產(chǎn)生以后，人們開(kāi)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(gè)顆粒為研究對(duì)象而發(fā)展起來(lái)的，一般稱(chēng)為單顆粒運(yùn)動(dòng)理論。該理論系統(tǒng)的描述了振動(dòng)篩對(duì)物料進(jìn)行拋射式篩分時(shí)，單個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)而提出了篩分機(jī)特性值，即振動(dòng)強(qiáng)度 K，和篩分特性值，即拋射強(qiáng)度 VK 。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，人們發(fā)覺(jué)按照上述篩分理論設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩，對(duì)細(xì)物料進(jìn)行篩分時(shí)的生產(chǎn)能力太小，遂意識(shí)到以單個(gè)顆粒物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)代表 成群的物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有交大的片面性。隨著研究工作的深入，自 1965 年開(kāi)始逐步建立起顆粒在篩面上的運(yùn)動(dòng)理論。該理論以力群為研究對(duì)象，根據(jù)物體在碰撞時(shí)傳遞能量的原理，提出了篩面上整個(gè)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(guān)于振動(dòng)強(qiáng)度小于 的臨界值。在此基礎(chǔ)上，建立了薄層篩分法和變傾角篩分法，研制出等厚振動(dòng)篩。 用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究碎散物料在篩面上透篩概率，稱(chēng)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(dǎo)下設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩稱(chēng)為摩根森概率篩 [8]。 在力群運(yùn)動(dòng)理論的知道下，近代 振動(dòng)篩的拋射強(qiáng)度和振動(dòng)強(qiáng)度普遍提高。如德國(guó)和美國(guó)直線振動(dòng)篩 K 值達(dá) ，有的甚至達(dá) ， VK 值達(dá) 以上。振動(dòng)概率篩 K 值達(dá) ～ 7， 弛張篩 K 值甚至達(dá)到 30。這些參數(shù)強(qiáng)化的振動(dòng)篩適應(yīng)了近代篩分作業(yè)的特點(diǎn) —— 細(xì)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(jí)，脫水效率提高等。 隨著工業(yè)企業(yè)的發(fā)展和篩分機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步，自 70 年代以來(lái)，世界上一些國(guó)家先后研制出了大型振動(dòng)篩，篩寬在 以上的已不罕見(jiàn)。 3 如日本身剛所生產(chǎn)的振動(dòng)篩達(dá) 2m ，德國(guó) 公司生產(chǎn)的振動(dòng)篩寬達(dá) ，面積約為 50 2m 。振動(dòng)篩大型化標(biāo)志著篩分機(jī)技術(shù)已達(dá)到先進(jìn)水平。 零部件標(biāo)準(zhǔn)化，通用化和產(chǎn)品系列化，生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化，是近代機(jī)械工業(yè)的重要標(biāo)志，篩分機(jī)械也不例外。如德國(guó) 公司生產(chǎn)的 USK 圓振動(dòng)篩和 USL直線振動(dòng)篩，其激振器可以通用，同一個(gè)篩框既可以裝分級(jí)篩面，也可裝脫水篩面。又如美國(guó)振動(dòng)篩，其基形已經(jīng)穩(wěn)定，主要力量放在改進(jìn)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化制造和應(yīng)用新技術(shù)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(chǎng)組裝，極大地方便了制造，運(yùn)輸和維修。 前蘇聯(lián)早在 60 年代中期就組織了篩分機(jī)產(chǎn)品整頓，統(tǒng)一基型，減少雜亂型號(hào)，在此基礎(chǔ)上 提高產(chǎn)品的系列化程度。國(guó)外許多篩分機(jī)械公司都是科研，設(shè)計(jì)，制造和銷(xiāo)售的聯(lián)合體，專(zhuān)業(yè)化程度高，產(chǎn)品繼承性好，經(jīng)過(guò)多年改進(jìn)，使產(chǎn)品逐步完善和提高 [9]。 振動(dòng)篩在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 建國(guó) 50多年來(lái)，我國(guó)的篩分設(shè)備走過(guò)了一個(gè)從無(wú)到有，從小到大，從落后到先進(jìn)的發(fā)展過(guò)程，前后經(jīng)歷了測(cè)繪仿制，自行研制和引進(jìn)提高 3個(gè)階段 。 (1)仿制階段 ， 上世紀(jì) 50年代，我國(guó)的篩分設(shè)備極為落 后，生產(chǎn)上使用的都是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的 TYII型圓振動(dòng)篩；波蘭的 Wp1型和 Wp2型吊式直線振動(dòng)篩。為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展， 國(guó)內(nèi)各個(gè) 制造單位，通過(guò)對(duì)以上幾種進(jìn)口篩機(jī)進(jìn)行測(cè)繪仿制，形成了國(guó)產(chǎn)型號(hào)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(guó)篩分機(jī)械的基礎(chǔ)。 (2)自行研制階段， 1967年由洛陽(yáng)礦山機(jī)械研究所、鞍山礦山機(jī)械廠、北京煤礦設(shè)計(jì)院、沈陽(yáng)煤礦設(shè)計(jì)院、平頂山選煤設(shè)計(jì)研究院組成了聯(lián)合設(shè)計(jì)組，制定了我國(guó)第一個(gè)煤用單、雙軸振動(dòng)篩系列型譜，并進(jìn)行了 ZDM(DDM)系列單軸振動(dòng)篩和 ZSM(DSM)系列雙軸振動(dòng)篩的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。 1980年，鞍礦廠完成了這四種基型篩的制造，并通過(guò)了技術(shù)鑒定，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng) 4 用，這標(biāo)志著我國(guó)篩分機(jī)械走上了自行研制發(fā)展的道路。 (3)引進(jìn)提高階段 ， 上世紀(jì) 80年代以來(lái)，冶金和煤炭系統(tǒng)不斷從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的振動(dòng)篩產(chǎn)品。在煤炭行業(yè)：山東兗州礦務(wù)局興隆莊選煤廠引進(jìn)了美國(guó)RS公司的 TI傾斜篩和 TH 水平篩；河北開(kāi)灤礦務(wù)局 各莊選煤廠引進(jìn)了德國(guó)KHD公司制造的 USK 圓振動(dòng)篩、 USL直線振動(dòng)篩；山西礦務(wù)局選煤廠和淮北礦務(wù)局臨渙選煤廠從日本神戶制鋼所引進(jìn)的 H L W型直線振動(dòng)篩等 。這些篩機(jī)技術(shù)參數(shù)先進(jìn)、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(jì)70年代國(guó)際振動(dòng)篩的技術(shù)水平。在引進(jìn)篩機(jī)產(chǎn)品的同時(shí)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)振動(dòng)篩的專(zhuān)業(yè)廠 —— 鞍礦廠先后派譴專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員去美國(guó)和德國(guó)進(jìn)行技術(shù)考察，并進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)。 1980年鞍礦廠從美國(guó) RS公司引進(jìn) TI和 TH型振動(dòng)篩制造技術(shù)，轉(zhuǎn)化為國(guó)內(nèi)型號(hào)定為 YA系列圓振動(dòng)篩和 ZKX系列直線振動(dòng)篩，在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。此外， 1986年洛礦廠也從日本神戶制鋼所引進(jìn)了 HLW型振動(dòng)篩制造技術(shù)，轉(zhuǎn)化后國(guó)內(nèi)型號(hào)定為 ZK系列振動(dòng)篩，該篩結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，最大規(guī)格的篩分面積達(dá) 27m2，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的直線振動(dòng)篩。國(guó)外振動(dòng)篩產(chǎn)品和制造技術(shù)的引進(jìn)，拓寬了我國(guó)篩分機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員視野，他們從中了解和學(xué)習(xí)到了先進(jìn)國(guó)家設(shè)計(jì)制造振動(dòng)篩的理論、方法、設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝，生產(chǎn)管理，業(yè)務(wù)水平也大大提高 。 普通振動(dòng)篩是采用中等料層厚度篩分法進(jìn)行篩分，然而，隨著篩分技術(shù)的發(fā)展，新的篩分理論不斷出現(xiàn)，相應(yīng)生產(chǎn)出新的篩分設(shè)備 。 于此同時(shí) ， 我國(guó) 篩分 機(jī)械的制造水平也有了很大的提高。 對(duì)以往工程中常用的振動(dòng)篩 ,大都采用單質(zhì)體集中質(zhì)量力學(xué)模型 ,對(duì)有二次隔振功能的振動(dòng)篩和彈性連桿式振動(dòng)篩 ,通常采用雙質(zhì)體集中質(zhì)量力學(xué)模型 ， 目前一般采用剛性平板力學(xué)模型進(jìn)行解析求解 ,研究振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和各階固有模態(tài)時(shí) ,也采用連續(xù)體力學(xué)模型 。 對(duì)于大型振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)的彈性體力學(xué)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(shì)看 ,振動(dòng)篩的減振是利用繼電器控制和單板計(jì)算機(jī)控制共振振幅 ,用繼電器控制雖然減振效果 5 好 ,但線路復(fù)雜 ,調(diào)試?yán)щy ,線圈容易出現(xiàn)故障 ,所以目前應(yīng)用受到制 . 如果用單板計(jì)算機(jī)控制 ,實(shí)驗(yàn)表明 ?？梢韵拗乒舱裾穹鶠檎９ぷ鲿r(shí)振幅的 115 倍以內(nèi) 。國(guó)內(nèi)外一般 采用激振電機(jī) ,但由于激振電機(jī)與篩箱一起振動(dòng) ,所以要求電機(jī)具有較高的耐振 性能 。 目前我國(guó)篩分機(jī)械的生產(chǎn)已形成較大規(guī)模，主要生產(chǎn)廠家有 30 多個(gè)，可供應(yīng) 200 多個(gè)品種，年累計(jì)產(chǎn)量 20xx 臺(tái)左右，產(chǎn)值近億元，基本上滿足了各部門(mén)對(duì)篩分機(jī)械的要求。 振動(dòng)篩的工作原理、分類(lèi)及特點(diǎn) 振動(dòng)篩的工作原理 將顆粒大小不同的碎散物料群 ， 多次通過(guò)均勻布孔的單層或多層篩面 ，分成若干不同級(jí)別的過(guò)程成為篩分 。 理論上大于篩孔的顆粒留在篩面上 ， 稱(chēng)為該篩面的篩上物 ， 小于篩孔的顆粒透過(guò)篩孔 ， 稱(chēng)為該篩面的篩下物。 碎散物料的篩分過(guò)程 ,可以看作由兩個(gè)階段組成 :一是小于篩孔尺寸的細(xì)顆粒通過(guò)粗顆粒所 組成的物料層到達(dá)篩面 ； 二是細(xì)顆粒透過(guò)篩孔。要想完成上述兩個(gè)過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)。為此 ， 篩箱應(yīng)具有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)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(kāi) ， 保持細(xì)顆粒透篩之路暢通。 實(shí)際的篩分過(guò)程是 :大量粒度大小不同 ,粗細(xì)混雜的碎散物料進(jìn)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(xì)粒 ,大部分小于篩孔尺寸的顆粒 ,分布在整個(gè)料層的各處。由于篩箱的振動(dòng) ,篩上物料層被松散 ,使大顆粒本來(lái)就存在的間隙被進(jìn)一步擴(kuò)大 ,小顆粒乘機(jī)穿過(guò)間隙 ,轉(zhuǎn)移到下層或運(yùn)輸機(jī)上。由于小顆粒間隙小 ， 大顆粒并不能穿過(guò) ， 因此 ， 大顆粒在運(yùn)動(dòng)中 ， 位置不斷升高 。 于是原來(lái)雜亂無(wú)章排列的顆粒群發(fā)生了分離 ， 即按顆粒大小進(jìn)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(dá)篩面的細(xì)顆粒 ， 小于篩孔者透篩 ， 最終實(shí)現(xiàn)了粗、細(xì)粒分離 ， 完成篩分過(guò)程。然而 ， 充分的分離是沒(méi)有的 ， 在篩分時(shí) ， 一般都有一部分篩下物留在篩上物中。 細(xì)粒透篩時(shí)，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(guò)篩面下層的顆粒間隙就更難。 振 動(dòng)篩一般分為三大類(lèi)為圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩、直線運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩和共振篩。 直線振動(dòng)篩的工作原理 直線振動(dòng)篩是采用慣性激振器來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)的，其振源有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)激振器，激振器有兩 個(gè)軸，每個(gè)軸有一個(gè)偏心重，而且以相反的方向旋轉(zhuǎn)，又稱(chēng)雙軸振動(dòng)篩 。當(dāng)兩個(gè)偏心重的圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)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(gè)往復(fù)的激振力，使篩箱在 y 軸方向上產(chǎn)生往復(fù)的直線軌跡振動(dòng) ，如圖 11。 還有一種情況是振源采用的是振動(dòng)電機(jī)，這時(shí)需要布置兩臺(tái)，他們的軸線方向必須與振動(dòng)篩縱向軸線方 向一致。兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)對(duì)稱(chēng)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(dòng)時(shí)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(dòng)篩原理圖 ? — — 不平衡重的回轉(zhuǎn)角速度，單位為 rad/s； yP — — 在振動(dòng)方向上的激振力 , 單位為 N； 0m — — 每個(gè)偏心塊的質(zhì)量，單位為 kg 。 由上式可見(jiàn)，雙軸慣性激振器，當(dāng)作同步反向回轉(zhuǎn)的時(shí)候，產(chǎn)生定向的簡(jiǎn)諧力，此力通過(guò)篩箱的質(zhì)心，使篩箱作定向往復(fù)直線振動(dòng)。 直線振動(dòng)篩的篩面傾角通常在 010? 以 內(nèi) ，篩面的振動(dòng)振動(dòng)角度一般為045 ，篩面在激振器的作用下作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。顆粒在篩面的振動(dòng)下產(chǎn)生拋射與回落，從而使物料在篩面的振動(dòng)過(guò)程中不斷向前運(yùn)動(dòng)，物料的拋射與下落都對(duì)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(dòng)角度，物料的拋射系數(shù)有關(guān)。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(shè)計(jì) 振動(dòng)篩方案的列舉 本次設(shè)計(jì)的直線振動(dòng)篩用于煤的初步篩分， 振動(dòng)頻率為 Hz1000~800 、篩孔尺寸為 mm50 ，生產(chǎn)率為 h/T50? 。受振動(dòng)篩工作條件的要求，確定兩種設(shè) 計(jì)方案。 方案一： ZKX 型直線振動(dòng)篩如圖 21。 圖 21 ZKX 型直線振動(dòng)篩 方案二： ZKB 型直線振動(dòng)篩如圖 22。 方案分析 ZKB 型 直線振動(dòng)篩是采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng) ， 同步傳動(dòng) ， 主振動(dòng)彈簧為橡膠彈簧 ， 電機(jī)經(jīng)輪胎式聯(lián)軸器從篩箱側(cè)直接帶動(dòng)兩主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 。 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 維修方便運(yùn)轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲和振動(dòng) ， 故障相對(duì)少些 ， 維修量小 。 ZKX 型 直線振動(dòng)篩主振彈簧為圓柱形螺旋彈簧 ， 采用箱式激振器單電機(jī)齒輪強(qiáng)迫傳動(dòng) ， 運(yùn)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(qiáng)的噪 9 圖 22 ZKB 型直線振動(dòng)篩 聲和振動(dòng)同時(shí)由于激振箱內(nèi)使用稀油潤(rùn)滑回轉(zhuǎn)軸的密封要求比較高。安裝技術(shù)要求也較高 ， 維修質(zhì)量難以保證 。 ZKB 型 振動(dòng)篩常見(jiàn)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(dòng)篩常見(jiàn)故障 ： 噪聲嚴(yán)重 、 篩箱后箱板篩板下面的底梁振裂 、電動(dòng)機(jī)軸斷裂 、 電動(dòng)機(jī)經(jīng)常燒壞 、 電機(jī)底座螺栓被振斷 、 電機(jī)支撐架斷裂 、激振器傳動(dòng)齒輪及軸承易損壞 、 主振彈簧折斷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)出現(xiàn)跑料現(xiàn)象 。 方案確定 綜合上述 兩 種方案 ,ZKB 型 振動(dòng)篩 是 采用 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng) ,同步傳動(dòng)，主振動(dòng)彈簧 為橡膠彈簧， 選用塊偏心式激振器、萬(wàn)向傳動(dòng)軸等先進(jìn)高可靠性部件 ,篩箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 ,具有整體剛度大、參數(shù)選擇合理、維護(hù)方便、篩分效率高 ，運(yùn)轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲和振動(dòng) 等優(yōu)點(diǎn) 。所以，采用 ZKB 型直線振動(dòng)篩。