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单梁振动筛的研究和应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-03-16  浏览次数:175
核心提示:本文作者:李爱民 (徐州建筑职业技术学院) 筛分技术是矿物加工工程的重要组成部分,在煤炭、冶金、石油、化工和建材等部门
 

本文作者:李爱民 (徐州建筑职业技术学院)

   

        筛分技术是矿物加工工程的重要组成部分,在煤炭、冶金、石油、化工和建材等部门的应用十分广泛。在煤炭行业,煤炭的筛选加工是合理利用煤炭资源的一个重要环节,这个环节功能的完善与否,有时直接影响着煤炭深度加工的经济效益。目前,随着采煤机械化程度的提高,煤粉量增加,加之环保要求的洒水除尘,使得井下原煤水分的迅速提高,达到10%以上。这样,使得潮湿细粒级黏性物料的筛分成为煤炭筛分作业中必不可少的内容,潮湿细粒级黏性物料的干法筛分是当前国内外研究筛分技术的难点。

      对于筛煤的筛分,国内外先后设计了十几种新型的筛分设备,如旋转慨率筛、弛张筛、等厚筛(香蕉筛)、概率筛、琴弦筛、快速滚轴筛、梯流筛、肢节筛和琴弦概率筛等。从现场使用情况看,潮湿煤炭的细粒级筛分技术有所进展,但仍然是目前国内外还未完全解决的问题。主要表现在:机械强度与工艺效果不能兼得,例如:普通圆振动筛、等厚筛、旋转概率筛及概率筛等,机械强度较可靠,但对难筛煤的处理不够理想;琴弦筛、弛张筛及螺旋分级筛等,机械强度和筛分效果上也存在一些问题,但工艺效果较前者好,为更好解决难筛物料的筛分问题而研制出的振动筛——单梁振动筛,是根据颗粒不同的大小进行有效筛分的筛分设备。

     单梁振动筛作为一种新型的振动筛分机械,其运动参数和机械结构能够满足筛分设备大型化的要求,有效地解决了潮湿细粒级黏性物料的筛分问题。

1 、单梁振动筛的结构

      单梁振动筛是根据等厚筛、圆振筛等筛饥的优点,大胆创新而发明的一种筛分效率高、不易堵孔、结构简单、维修方便、强度大、价格校低的产品。单梁振动筛的工作原理见图1。

       这种筛机的理论依据是高频率、低振幅振动,它具有比一般振动筛高一倍的抛射强度,这点是目前世各国振动筛部难以做到的,配以楼梯形筛板,它可用于大粒级筛分,完全不堵孔,配以活动杆筛板,它可以用于细粒级筛分,也消除了筛孔的堵塞。

       由于受轴承极限转速的限制、筛框结构强度的影响,目前大型振动筛不能高频化,因此在结构上,我们一般将筛子分成2~4段,每段长2m,这样所需的激振力就成倍下降,设备装机功率可降低50%。每段筛子只有1根横梁,它既是筛面的支撑梁又是安装激振器的激振梁,激振梁安装在弹簧上,筛机的侧板是不参振的(也可参振),这样就大大减轻了单位面积振动筛的参振重量(可减少50%),这就为筛机的大型化和高频化打下基础。单梁振动筛如设计成二次减振,对地基的动负荷几乎为零,由于高度限制只是采用了一次减振。该筛机安装有变频器,以适应物料、水分的变化,保持不堵孔。

      激振器两轴上的偏心质量和偏心距均相等,并且以y—y轴线为对称,y—y轴线通过筛箱的质心。两轴作同步反向回转时,每一瞬时两轴上偏心质量所产生的离心惯陛力,沿x—x方向的分力总是互相抵消,而沿y—y方向的分力总是相互叠加,这就形成了单一的y—y方向的简谐力。该力作用在筛箱上,驱动筛箱作轨迹为直线的往复振动。当双不平衡重的质量运转到图1(a)、(c)的位置时,所产生的离心惯性力是完全叠加的,激振力达到最大值;当转到图1(b)、(d)的位置时,它们的离心惯性力完全抵消,激振力为零。在任意时刻,双不半衡重所处的位置如图 1(e)所示,由此可以求出双不平衡重产生的激振力随时间变化的函数关系式

mo为每个偏心块的质量;P为不平衡重所产生的激振力幅值;t为转动时间;r为不半衡重质心回转半径;ω为不平衡重的回转角速度;Py为在振动方向上的激振力。

由上式可见,当激振器做同步反向回转的时候,产生定向的简谐力,此力通过筛箱的质心,使筛箱作定向往复直线振动。

2、单梁振动筛力学模型的建立

        当分析一个振动机体的特性时,首先要建立它的力学模型,以代表这个系统结构的动态特性以及外部激振情况。为了便于分析计算,建立模型时,需要对振动系统作一些简化,忽略次要因素,其简化原则可归纳为如下儿点:1)质量集中;2)刚度集中;3)阻尼集中

  根据上述简化分析,单梁振动筛的力学模型见图2。

它是由作定向振动的质量、连接振动质量与基础之间的弹性元件K和振动过程产生的阻尼等构成的一个弹件系统。

参照力学模型,当激振器工作时,作用在振动质体M上的力有:

(1)、激振器产生的定向简谐力:

       在激振器产生定向的简谐力作用下,振动质体M产生定向振动。系统振动时。筛箱、弹簧将相应地产生惯性力、弹簧力和阻尼力。

(2)、振动质体的惯性力:大小与筛箱运动的加速度戈成正比,方向与加速度方向相反,即

(3)、弹簧恢复力  它的大小与筛箱运动位移成正比,方向与位移方向相反。

(4)、阻尼力包括弹簧的内阻力和一般阻力,其大小与筛箱运动的速度成正比,方向与速度方向相反。

 根据达朗贝尔原理,作用在振动质量M上的合力应等于零,即振动方程为

  式中:M为筛箱及筛箱一起振动的质量和;M1为筛箱及附件的实际质量;Mm为筛面上物料的质量;Km为筛面上物料的结合系数,一搬取

的位移、速度和加速度;K为弹簧刚度。

       惯性振动筛在强迫振动条件下工作,自由振动部分由于阻尼很快衰减,故只考虑强迫振动,

则上述微分方程的特解为

x=Asin(ωt-α) (2)

      式中:α为由于阻尼力作用,位移滞后于激振力的相位差。

  筛箱运动的速度、加速度由上式求导得

    式中的常数A反映了筛箱在振动中偏离平衡位置的最大位置,即振幅。,将式(2)~(4)代入

式(1),得筛箱的振幅

    在工程上,由于阻尼力比较小,为了方便计算常忽略阻尼力。则式(1)可以写成

    上式表示了单梁振动筛的振幅和该振动系统各动力学因素之间的关系。

3、单梁振动筛的现场应用

        姚桥煤矿采用的是徐州大陆振动机械有限公司生产的4D LJZ2167型激振筛,它由4个的单梁激振筛组成,筛面由4个单独的支撑座通过橡胶弹簧减振,整个筛体的支撑都在底架上,底架与地基的接触面较大,从而减少了筛体振动对地基的冲击力,同时也减少了对地基的破坏。该没备于2003年12月2日正式运转,随后我们对其进行了测试。12月20日,当物料水分为10%时,该筛的通过量为700t/h,此次筛机振幅为6.8 mm,频率为960次/min,达到了该矿最大的每小时处理量,并无堵孔现象。从运转情况看,4D LJZ2 167型振动筛运行可靠,筛分效率高,平均每天运行22 h,从未出现影响生产的机械及电气事故。振动筛的筛分效率可达到98%以上,尤其对于水分高,粘度大的难筛原煤,筛分效率也达到92%以上,进入跳汰机的末煤量接近于0,有效地保证了跳汰机的洗选效果。

4、结语

        理论研究和工业应用表明,对于水分高、黏度大的难筛原煤,单梁振动筛可以获得良好的筛分效果和较大的处理能力,是一种有效的筛分设备;在筛分过程中仅筛面振动,筛箱和机架不参振,降低了筛机的参振质量,多段筛面独立不同步运动大大减轻了筛子对地基的动负荷。总的说来该设备在现场使用得非常成功。

   

  参考文献:

1、闻邦椿,刘凤翘:振动筛、振动给料机、振动输送机的设计与调试北京:化学工业出版社,1989

 

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