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一種新型振動篩(分級香蕉篩)的防堵塞篩面的設(shè)計

2012-07-23 來源: 中國振動機械網(wǎng)
山東新巨龍選煤廠選用美國CONN-WELD(康威德)公司生產(chǎn)的單層香蕉篩,以完成原煤的50mm與300mm一次性分級。在生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)大塊物料經(jīng)常堵塞300mm的篩孔,每臺香蕉篩需要1名工人用鉤子處理堵..
山東新巨龍選煤廠選用美國CONN-WELD(康威德)公司生產(chǎn)的單層香蕉篩,以完成原煤的50mm與300mm一次性分級。在生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)大塊物料經(jīng)常堵塞300mm的篩孔,每臺香蕉篩需要1名工人用鉤子處理堵塞的篩孔,浪費了大量人力,并且惡劣的工作環(huán)境還會損害工人的健康。為了解決這個問題,經(jīng)過研究分析之后,設(shè)計了一種新型的防堵塞的分級香蕉篩。
1  方案設(shè)計
    煤用分級香蕉篩的作用是將礦井毛煤分成不同的粒級。為了提高香蕉篩的處理能力與篩分效率,往往通過激振器對篩機施加振動。新巨龍選煤廠所使用的康威德香蕉篩主要由篩箱、橫梁與激振系統(tǒng)組成。篩機的主要工作部件是篩面,康威德香蕉篩的篩面主要由3行開孔50mm的篩板與2行開孔300mm的篩板組成[1]。50mm的篩孔的形狀包括膠囊形和圓形,呈菱形分布,300mm的篩孔形狀為圓形,開孔率約為30%。
1.1方案的提出
    由于香蕉篩5行篩面的傾角由入料端到排料端逐漸減小,靠近排料端的開孔300mm的篩孔傾角很小,篩機對物料的拋射作用不明顯,形狀很不規(guī)則的難篩粒(300~450mm)很容易堵塞篩孔。加之300mm篩孔開孔率低,發(fā)生堵塞之后會嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)。
    改變篩機的傾角或篩面的傾角是可以避免堵塞發(fā)生行之有效地方法。但是,改變篩機的傾角需要改變篩機的支撐高度,不但施工困難,而且影響正常生產(chǎn)。改變篩面的傾角需要更改篩機的結(jié)構(gòu),不僅難以操作,而且會對篩機的性能產(chǎn)生不良的影響。
    正是在一些容易想到的方案不便實施的情況下,筆者創(chuàng)造性的提出用一種新型篩面更換為開孔300mm的沖孔篩板。這種篩面必須滿足3個條件:一是不易堵塞;二是開孔率高;三是制造維護簡單。在眾多篩面形式中選擇了能滿足這3個條件的棒條篩。擬出的第1個方案是用棒條篩更換為開孔300mm的篩板,將棒條篩固聯(lián)在香蕉篩的橫梁上,隨著篩機一起振動,并且保持一定的傾角;第2個方案也是用棒條篩更換掉開孔300mm的篩板,但是棒條篩不與篩機接觸,彼此間的距離大于篩機共振狀態(tài)下的最大振幅;第3個方案是在第2個方案的基礎(chǔ)上,為了進一步增加大塊物料在小傾角的棒條篩上的輸運能力,將棒條全部更換為螺桿,螺桿以一定的角速度旋轉(zhuǎn);第4個方案是在第3個方案的基礎(chǔ)上進一步改進,即篩面與篩機之間沒有接觸,將棒條與螺桿間隔排列,棒條固定不動,螺桿以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。
 
 
1.2方案的分析與確定
    由于香蕉篩在振動的條件下工作,第1個方案中棒條篩面與篩機固聯(lián)在一起,隨篩框一起振動,工作效果比固定篩要好,但是在交變應(yīng)力作用下棒條很容易發(fā)生斷裂。第2個方案相當(dāng)于一個篩縫寬300mm的固定篩對大塊物料進行分級,這個方案能很好的避免棒條因受到交變應(yīng)力的作用而斷裂,但是,由于沒有振動,固定棒條篩的輸運能力與抗堵塞能力都不足。第3個方案與第4個方案都不與篩機接觸,避免受到交變應(yīng)力的影響,并且能很好的提高篩面對大塊物料的輸運與抗堵能力。但是,第3個方案全部采用螺桿,由于螺桿比棒條更容易磨損與斷裂,制造成本也比較高等一系列原因,應(yīng)該盡量少用螺桿。所以,考慮到既要不影響工作效果,又要制造維護簡單,最終選取了第4個方案作為最終設(shè)計方案。
2  技術(shù)設(shè)計
2.1  篩面構(gòu)形設(shè)計
    棒條與螺桿間隔排列,棒條固定在2根橫梁上,2根橫梁分別通過兩端的支架與法蘭聯(lián)接在篩機的漏斗與地面上。整個篩面不與篩機接觸,兩者之間的距離要大于篩機的在共振情況下出現(xiàn)的最大振幅,防止篩面與振動的篩機接觸而損壞。每一根螺桿通過與橫梁固聯(lián)的軸承座中的軸承實現(xiàn)周運動。螺桿的一端與傳動系統(tǒng)的鏈輪聯(lián)接,電動機通過傳動鏈帶動螺桿以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。在螺桿的螺旋運動下,非阻礙粒(≥450mm)很快離篩,易篩粒(≦225mm)也很快透篩。難篩粒(225~300mm)與阻礙粒(300~450mm)如果形狀不規(guī)則很容易堵塞篩縫,螺桿的周轉(zhuǎn)運動會對堵塞的物料施加一個力矩,使物料翻轉(zhuǎn),可以透篩的則透篩,不可以的則被螺桿推動成為篩上物。
    筆者設(shè)計的分級香蕉篩防堵塞篩面螺桿的傳動系統(tǒng)有些復(fù)雜,但是篩機的抗堵能力與輸運能力都有所增加。通過1個只有1根螺桿與2個棒條的簡易篩面試驗得知,發(fā)生堵塞后,此篩能自動將堵塞物清理出來,而且物料沒有堆積現(xiàn)象的發(fā)生。
    通過這個簡易的試驗發(fā)現(xiàn)螺桿不與棒條在同一個平面,物料就不會發(fā)生偏移,能夠很好地沿著一個篩縫移動。所以,將螺桿相對于棒條下移了一段距離,螺桿與棒條構(gòu)成一個倒置的等腰三角形,很好地避免了物料的偏移現(xiàn)象。但是,這樣的布置使物料的篩分不嚴(yán)格,為了使透篩的物料不大于300mm,螺桿到相鄰2個棒條的距離取300mm。需要避免大塊堵塞在2個棒條之間接觸不到螺桿的現(xiàn)象的發(fā)生,2個螺桿之間的距離取300~600mm之問,這要根據(jù)大塊物料的粒度特性進行選擇。
2.2  螺桿構(gòu)形設(shè)計
    常用螺紋按照牙型的不同分為三角螺紋、矩形螺紋和梯形螺紋。此篩面所用螺桿選擇三角螺紋很容易磨損,矩形螺紋對物料的輸運能力比較強,但是不如梯形螺紋的抗堵能力強。
    圖2(a)為等腰梯形螺桿截面圖,螺紋由一根螺旋線形成,牙型角α為30°。與矩形螺紋相比,傳動效率略低,但工藝性好,牙根強度高,對中性好。螺桿需要具有很強的耐磨性[2],所以,螺桿的材料應(yīng)選取耐磨性好的錳鋼等耐磨鋼。
 
    由于此種螺桿應(yīng)用的特殊陛,螺桿尺寸的確定需要綜合考慮許多因素。小徑dl主要是進行強度計算中作為螺桿危險截面的計算直徑。大徑d的確定主要考慮到篩面的開孔率與工藝效果。中徑d2近似等于螺紋的平均直徑。螺紋的導(dǎo)程s=np(n為螺旋線數(shù)目,P為螺距),這里取n=l,所以此種螺桿的導(dǎo)程為螺距P。螺紋升角ψ為螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角,在螺紋的不同直徑處,螺紋的升角各不相同。螺紋升角是進行物料受力分析的主要參數(shù)之一。計算時,通常按螺紋中徑d2處計算,即
ψ=arctans/πd2= arctan np/πd2                    (1)
    由式(1)可知,當(dāng)n與d2以一定時,要獲得較大的導(dǎo)程S,必須增大螺紋升角ψ(螺距一定,通過增加螺旋線數(shù)目也可以使導(dǎo)程增加)。當(dāng)螺桿與螺母構(gòu)成螺旋副時,升角ψ增大到一定值后,再增大ψ值螺紋副效率增大也不顯著,因此一般ψ值不大于25º。筆者所要設(shè)計的螺桿作用是輸運物料與解決堵塞問題,如果螺距太小,螺桿旋轉(zhuǎn)一周,物料移動距離太短,如果增加轉(zhuǎn)速,螺桿的磨損也會加重,并且大塊物料只有接觸到螺旋的側(cè)面才會受到螺桿的推動作用,所以需要根據(jù)入選物料粒度特點,增加螺紋升角ψ,繼而增大螺距。
2.3  螺桿受力分析
    當(dāng)物料堵塞在棒條與螺桿之間時,螺桿對物料的作用力如圖2(b)所示。F為螺紋作用于物料的垂直于螺紋側(cè)面的法向力,F(xiàn)在笛卡爾坐標(biāo)系的x軸、Y軸與z軸上的分力分別為軸向力F1、圓周力F2與徑向力F3。
    軸向力Fl推動物料移動,圓周力F2可以促使能透篩的物料盡快透篩,徑向力F3可以與物料重力或擠壓作用產(chǎn)生的力形成一個力矩[3],使堵塞的物料翻轉(zhuǎn)出來,不再堵塞篩孔。F1、F2 、F3的表達式分別為
F1=F cosψ sinα,    (2)
F2=F sinψ,          (3)
F3= F cosψ sinα,   (4)
式中:α為牙型角α=30º;ψ為螺紋升角,(º)。
    由式(2)~(4)可知,當(dāng)α為90º時,即螺紋為矩形時,在螺紋升角ψ相同的情況下對物料起翻轉(zhuǎn)作用的只小于牙型角為30º的梯形螺紋的F3。當(dāng)α一定時,螺紋升角ψ越大則軸向力一與徑向力F1越小,圓周力一越大,螺桿抗輸運能力與堵塞能力相應(yīng)的降低,當(dāng)ψ為90。時,螺桿變成了棒條。所以,螺紋升角需要綜合考慮物料特性和實際生產(chǎn)的需要選定一個合適的值,實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效果。
2.4  棒條構(gòu)形設(shè)計
    棒條的截面形狀多種多樣,為了保證棒條不同的點到螺桿的距離皆為300mm,并且耐磨性好,這里選用圓鋼作為固定棒條。棒條需要有一定的剛度與強度,同時也要考慮到開孔率的問題,選擇棒條的直徑需要結(jié)合實際而定。
3  結(jié)論
    為了解決分級香蕉篩實際應(yīng)用中出現(xiàn)的大塊物料堵塞篩孔的問題,進行了創(chuàng)新設(shè)計,同時進行了簡易的驗證性試驗,試驗結(jié)果表明,螺桿棒條篩能夠很好地解決篩孔堵塞問題。筆者提出的新型篩面為選煤廠工程技術(shù)人員提供了一種新的解決分級篩篩孔堵塞問題的方法,香蕉篩生產(chǎn)廠家可以考慮生產(chǎn)安裝有此種篩面的分級香蕉篩。[中國選礦選煤網(wǎng)]

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責(zé)任編輯:劉麗娟
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