ZWP1000型臥式振動卸料離心脫水機(jī)通過利用遠(yuǎn)共振線性振動原理，采用橡膠彈簧、整體支座、特殊密封結(jié)構(gòu)和適當(dāng)施加主軸承預(yù)緊力等技術(shù)措施，解決了老式臥振存在的振動參數(shù)不穩(wěn)定、主軸承和彈簧易損壞、支座易開裂和箱體漏油嚴(yán)重等問題，提高了設(shè)備工作可靠性。
        1　前　言
　　目前，國內(nèi)選煤廠對13～0．5mm粒級末煤的脫水主要使用臥式振動卸料離心脫水機(jī)（簡稱臥振離心機(jī)）和立式刮刀卸料離心脫水機(jī)。與立式刮刀卸料離心脫水機(jī)相比，臥振離心機(jī)具有占用空間小、重量輕、能耗低、易磨損件少、篩籃更換方便和對煤的粉碎率低等特點。但是，國產(chǎn)臥振離心機(jī)在使用中普遍存在著振動參數(shù)不穩(wěn)定、主軸承和彈簧易損壞、支座易開裂和箱體漏油嚴(yán)重等問題。鑒于上述情況，煤科總院唐山分院承擔(dān)了“提高臥式振動離心脫水機(jī)工作可靠性的研究”課題，并列入國家“九五”攻關(guān)項目。新研制的ZWP1000型臥振離心機(jī)于1998年9月安裝在開灤礦務(wù)局趙各莊礦選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)，至今已正常運轉(zhuǎn)半年多，未發(fā)生故障，脫水效果良好，各項技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到了攻關(guān)目標(biāo)的要求。課題于1999年2月通過國家煤炭工業(yè)局現(xiàn)場技術(shù)鑒定，鑒定認(rèn)為：整機(jī)技術(shù)性能達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，可以定型，批量生產(chǎn)，推廣應(yīng)用。
2　工作原理
　　ZWP1000型臥振離心機(jī)（圖1）工作時篩籃既繞軸線旋轉(zhuǎn)又沿軸向振動，濕煤經(jīng)過給料管進(jìn)入篩籃的底部形成一個煤層，煤層在離心力和振動力共同作用下，貼著篩面均勻地向篩籃大端移動，在移動過程中，煤中的水透過煤層和篩縫甩到機(jī)殼內(nèi)，流向排液口排出，脫水后的煤從篩籃大端甩出，落入排料口向下排出。

圖1　ZWP1000型臥振離心機(jī)工作原理圖
1—隔振橡膠彈簧；2—機(jī)架；3—支座；4—盤形彈簧；5—皮帶輪；6—主軸承；7—主軸；8—激振器；9—箱體；10—連接彈簧；11—機(jī)殼；12—篩籃；13—給料管；14—排料口
3　技術(shù)特征
　ZWP1000型臥振離心機(jī)的主要工藝指標(biāo)及地腳、外部連接尺寸與老式臥振離心機(jī)（WZL1000型）相同。其技術(shù)特征見表1。

表1技術(shù)特征

項　　目　　　 數(shù)　值
入料粒度（mm） 0.5～13
入料水分（％） ＜30
處理能力（t/h） 100
產(chǎn)品外在水分（％）  5～9
篩籃大端直徑（mm）  1000
篩籃半錐角（°） 13
篩網(wǎng)縫隙（mm） 0.5
篩籃轉(zhuǎn)速r/min 380
振動頻率（Hz）  23～28
單振幅（mm） 2～3
主電動機(jī)功率（kW） 22
振動電動機(jī)功率（kW）  5.5
外形尺寸（mm） 2150×1875×1765
機(jī)器重量（kg） 2680

4　振動系統(tǒng)研究
　　老式WZL1000型臥振離心機(jī)采用的是慣性激振的非線性振動系統(tǒng)。該振動系統(tǒng)特性曲線見圖2，A點是其工作點，離心機(jī)在近共振區(qū)工作，其振幅受動力學(xué)參數(shù)的影響很大。當(dāng)離心機(jī)入料方式和入料量發(fā)生變化時，都會引起離心機(jī)振幅的改變，這就需要有經(jīng)驗的技術(shù)人員隨時調(diào)整振幅。振幅的調(diào)整是比較麻煩的，給生產(chǎn)帶來很大的不便。

圖2　WZL1000振動系統(tǒng)特性曲線

        ZWP1000型臥振離心機(jī)則采用了慣性激振的線性振動系統(tǒng)。該振動系統(tǒng)特性曲線見圖3，圖3中A點是其工作點，離心機(jī)遠(yuǎn)離共振區(qū)工作，其振幅受動力學(xué)參數(shù)的影響很小。即使離心機(jī)入料方式和入料量發(fā)生較大變化也不會引起離心機(jī)振幅的明顯變化。該機(jī)振幅穩(wěn)定，不需調(diào)整，從而解決了老式臥振離心機(jī)振動參數(shù)不穩(wěn)定，調(diào)整頻繁而且困難的問題。

圖3　ZWP1000振動系統(tǒng)特性曲線

        5　關(guān)鍵部件的研究設(shè)計
        5.1　連接彈簧設(shè)計
　　臥振離心機(jī)振動系統(tǒng)系雙質(zhì)量振動系統(tǒng)（圖4、圖5）。它的關(guān)鍵部件是第一質(zhì)量m1（機(jī)殼、支座和機(jī)架等）和第二質(zhì)量m2（篩籃、主軸和激振器等）之間的連接彈簧。通過分析發(fā)現(xiàn)，該彈簧同時受到三個方向的負(fù)荷，其一是振動系統(tǒng)彈性力；其二是第二質(zhì)量m2的重力和皮帶拉力等組成的徑向合力；其三是振動電機(jī)皮帶拉力產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。老式WZL1000型臥振離心機(jī)采用金屬板彈簧作為連接彈簧，這種彈簧只在離心機(jī)軸線方向有較好的彈性，其他方向彈性很差，當(dāng)機(jī)體由于物料不平衡產(chǎn)生橫向晃動時金屬板彈簧很容易損壞。為此，我們依據(jù)橡膠彈簧能同時承受多個方向負(fù)荷的特點，設(shè)計了橡膠彈簧作為ZWP1000型臥振離心機(jī)的連接彈簧，從而解決了WZL1000型臥振離心機(jī)連接彈簧易損壞的問題。

5.2　主軸承計算
　　臥振離心機(jī)采用一對推力向心球面滾子軸承（圖1），用以支承主軸旋轉(zhuǎn)和承受主軸上各零件產(chǎn)生的軸向慣性力。由于軸向慣性力的方向是變化的，所以在主軸末端用圓螺母和盤形彈簧將主軸承內(nèi)外圈預(yù)先壓緊，并使預(yù)緊力大于軸向慣性力，以防止離心機(jī)工作時主軸承內(nèi)圈和外圈分開發(fā)生撞擊而損壞。但是，預(yù)緊力不能太大，否則將會降低主軸承的使用壽命。經(jīng)過分析計算發(fā)現(xiàn)，WZL1000型臥振離心機(jī)主軸承易損壞的主要原因是所加的預(yù)緊力不合理，軸承承載能力明顯不足。因此，ZWP1000型臥振離心機(jī)采取了適當(dāng)施加主軸承預(yù)緊力和選用高質(zhì)量軸承兩項措施，顯著提高了主軸承使用壽命。
5.3　支座和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　為了解決WZL1000型臥振離心機(jī)支座易開裂的問題，ZWP1000型臥振離心機(jī)把支座設(shè)計成整體結(jié)構(gòu)，并且把原來兩支座之間的振動電機(jī)移到外面。這樣，既增加了支座強(qiáng)度，避免了支座開裂現(xiàn)象，又使得振動電機(jī)的調(diào)整方便易行，杜絕了由于振動電機(jī)調(diào)整不當(dāng)而被燒毀的現(xiàn)象。
　　WZL1000型臥振離心機(jī)箱體漏油嚴(yán)重，主要是因為其密封點多、密封措施不得當(dāng)以及密封件不合格等原因造成的。為了解決這一問題，ZWP1000型臥振離心機(jī)采取了以下幾項措施：①用橡膠彈簧取代WZL1000型臥振離心機(jī)金屬板彈簧，減少密封點；②動密封處采用特殊的密封結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)密封措施；③選用高質(zhì)量的密封元件。

6　電控系統(tǒng)研究
　　研究發(fā)現(xiàn)，臥振離心機(jī)的一些故障是由于離心機(jī)不按順序起停車以及缺少電器保護(hù)措施造成的。為此，研究了一套臥振離心機(jī)電器控制系統(tǒng)（圖6）。該系統(tǒng)能實現(xiàn)以下功能：①按順序自動啟車；②按順序自動停車；③如果其中1臺電機(jī)因故停止，其它電機(jī)也停止并且關(guān)閉入料閥門；④當(dāng)油壓不在0.05～0．5MPa正常范圍內(nèi)時報警，即油壓低于0.03MPa或高于0.55MPa時，則離心機(jī)按順序自動停車并關(guān)閉入料閥門；⑤當(dāng)任何一個電機(jī)過電流時，離心機(jī)按順序自動停車并關(guān)閉入料閥門。

圖6　電控系統(tǒng)示意框圖

7　工業(yè)性試驗
7.1　試驗條件
　　開灤礦務(wù)局趙各莊礦選煤廠設(shè)計年處理能力為210萬t，工藝上采用重介排矸、跳汰、浮選聯(lián)合流程，跳汰精煤入雙層分級篩，0.5～13mm末精煤入臥振離心機(jī)脫水。該廠末精煤脫水工藝流程見圖7。

圖7　趙各莊礦選煤廠末精煤脫水工藝流程圖

        趙各莊礦選煤廠裝備5臺WZL1000型臥振離心機(jī)用于末精煤脫水，但該設(shè)備故障率高，經(jīng)常影響選煤生產(chǎn)。該廠1998年9月拆除了2號位離心機(jī)，安裝了1臺ZWP1000型臥振離心機(jī)，使用情況良好，至今未發(fā)生故障，用戶非常滿意。
7.2　機(jī)械性能檢測
　　“國家選煤機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”對ZWP1000型臥振離心機(jī)機(jī)械性能進(jìn)行了全面檢測。結(jié)果是該機(jī)各項技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，其中機(jī)器噪聲和軸承溫升兩項指標(biāo)比WZL1000型臥振離心機(jī)顯著降低：
　　噪聲：ZWP1000型臥振離心機(jī)的噪聲為84.5dB（A），降低了約15dB(A)。
　　軸承溫升：ZWP1000型臥振離心機(jī)軸承溫升為28℃，降低了約12℃。
7.3　工藝效果檢查
　　在生產(chǎn)過程中，曾經(jīng)6次對ZWP1000型臥振離心機(jī)工藝效果進(jìn)行全面采樣分析（表2）。表3、表4分別為第6次試樣的篩分及小篩分試驗結(jié)果。
　　表2　離心機(jī)工業(yè)性試驗結(jié)果（％）

表3　離心機(jī)入料和產(chǎn)品篩分結(jié)果

?！〖墸╩m） 入　　料 產(chǎn)　　品
γ Ad  γ  Ad
13～6 18．63 10．41 　15．71 10．16
6～3 20．59 9．96 　22．86 9．47
3～0．5 51．96 10．52 　54．29 10．04
＜0．5 8．82 12．55 　7．14 11．77
合計  100 10.56 100  10.05

表4　離心機(jī)離心液小篩分結(jié)果

粒級（mm） γ Ad
0．500～0．250 16．40 11．34
0．250～0．125 9．00 12．13
0．125～0．075 18．80 13．02
0．075～0．045 9．20 12．62
＜0．045　 46．60 19．38
合計 100 15.59

8　結(jié)　論
　　ZWP1000型臥振離心機(jī)是在WZL1000型臥振離心機(jī)基礎(chǔ)上研制的遠(yuǎn)共振線性振動離心機(jī)，其主要工藝指標(biāo)及地腳、外部連接尺寸與WZL1000型臥振相同，運轉(zhuǎn)可靠性較之顯著提高，無故障運轉(zhuǎn)時間在2000h以上。該機(jī)解決了現(xiàn)有國產(chǎn)臥振振動參數(shù)不穩(wěn)定、主軸承和彈簧易損壞、支座易開裂和箱體漏油嚴(yán)重、可靠性不高等問題，是WZL1000型臥振的理想替代產(chǎn)品。
　　該機(jī)用于趙各莊礦選煤廠－13mm末精煤脫水，處理能力達(dá)到80t/h以上，產(chǎn)品水分為6.1％～7．5％，平均離心機(jī)液濃度為4.39％，平均脫水效率71.63％，工藝指標(biāo)優(yōu)良。
　　該機(jī)振動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低，這對減少選煤廠設(shè)備維修量和降低選煤廠噪聲有著重要意義。