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單梁激振篩的原理及應(yīng)用

煤礦篩分的堵孔一直是困擾著選煤行業(yè)的一大難題，國內(nèi)外一直在尋求各種解決的辦法，除了常見的圓振篩外，主要的篩分設(shè)備有：

螺旋篩：這種依靠多排螺旋軸旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行煤炭篩分的篩子是解決難篩問題最成功的篩子；對任何難篩的煤炭，它都幾乎是不堵孔的，但它最大的缺點(diǎn)是傳動部件太多，機(jī)械故障極高，每年的維修費(fèi)用幾乎可以買一臺新篩子；另外，如果有些硬物料進(jìn)入，會出現(xiàn)卡軸，也限制它的應(yīng)用。

等厚篩：這種篩子的應(yīng)用在國內(nèi)外大型選煤廠，目前都是用于煤礦篩分最多的篩子，多傾角布置的多段篩面，使煤炭在篩面形成等厚的薄層，物料容易透篩，在一定的振動強(qiáng)度下，它是適用于50毫米以下篩分的，可做到基本不堵孔，但由于國產(chǎn)設(shè)備振動強(qiáng)度較低，因此，在很多煤礦也都發(fā)生堵孔現(xiàn)象，且較嚴(yán)重。

概率篩：概率篩主要用于細(xì)粒級篩分，它的主要優(yōu)點(diǎn)是篩孔的分級粒度大得多，因此不堵孔，但它篩分效率較低。

旋轉(zhuǎn)概率篩：它起源于英國，曾推廣于一時(shí)，但由于結(jié)構(gòu)故障多，篩分效率低，也被淘汰。

現(xiàn)列出各國使用的用于解決難篩物料的篩子，從目前情況看，都是不理想的，為此，我們研制并推廣了一種新型的振動篩——單梁激振篩，同時(shí)也為單梁激振配備了一種新型篩板——樓梯形篩板，成功的解決了煤炭篩分問題。

一、研究背景

許廠煤礦為三百萬噸現(xiàn)代化礦井，原煤從井下提升上來后經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入選矸樓進(jìn)行篩分。動篩跳汰機(jī)流程圖如圖1所示。

在選煤廠設(shè)計(jì)中，原煤分級設(shè)備的穩(wěn)定一般有直線振動篩、圓振動篩、概率篩、琴弦篩等。隨著礦井產(chǎn)量的提高以及礦井地質(zhì)條件的變化，毛煤水分變高、粘度變大，使傳統(tǒng)的分級設(shè)備在許廠煤礦選煤廠不能正常使用，處于原煤生產(chǎn)線咽喉部位的重介車間，能否正常生產(chǎn)將直接影響到礦井的正常提升。重介車間分A、B兩個系統(tǒng)，A系統(tǒng)用ZDS1850型等厚篩做為+50mm原煤的分級設(shè)備，由于礦井地質(zhì)條件的變化以及礦井提產(chǎn)，當(dāng)入料量達(dá)到550t/h，水分大于7.5%時(shí)，等厚篩的篩分效率明顯定降，大量末煤不能透篩，隨塊煤進(jìn)入斜輪分選機(jī)，從而造成介質(zhì)耗量增加，篩分效果最差時(shí)，噸煤介耗達(dá)到5kg/t。同時(shí)，為了維持生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中還需要經(jīng)常停車清理篩面，制約著礦井的正常生產(chǎn)。B系統(tǒng)所用的分級設(shè)備為SL-U50/2-A型螺旋篩，螺旋篩的篩分效率滿足礦井生產(chǎn)的需要，但是存在維修量大，故障率高，材料消耗大的缺點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)螺旋軸座斷裂、減速箱漏油等故障，生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械故障，影響礦井的正常提升。

根據(jù)上述條件，選煤廠與平頂山選煤設(shè)計(jì)院、唐山選煤機(jī)械廠、鞍山重型機(jī)械廠等全國多家振動篩生產(chǎn)廠家聯(lián)系，希望能夠找到合作廠家，共同解決現(xiàn)有問題，歷時(shí)兩個多月，雖然期間不少廠家有合作意向，來人看現(xiàn)場，定方案，但終未解決。最后，選煤廠與徐州大陸振動機(jī)械有限公司多次聯(lián)系，通過勘查現(xiàn)場，雙方充分交換了意見，達(dá)成了共識，依據(jù)重介車間現(xiàn)有條件設(shè)計(jì)方案，共同研制、開發(fā)新型的篩分設(shè)備，以滿足生產(chǎn)需要。在振動篩的設(shè)計(jì)、制造過程中，因安裝現(xiàn)場空間高度只有2370mm，難以選擇大型振動篩來滿足生產(chǎn)需要?？紤]的創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵：1）在滿足處理量的前提下，滿足狹小的安裝空間。2）獨(dú)特的篩分原理：高頻率，低振幅。3）篩分效率高，維修工作量少。4）對粘濕物料透篩效果好。5）篩網(wǎng)具有很強(qiáng)的自清功能。根據(jù)這些現(xiàn)場實(shí)際，我們在電動機(jī)選型、篩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，篩網(wǎng)材質(zhì)的選擇上提出了許多可行性方案，并付諸實(shí)踐。為此，我們與徐州大陸振動機(jī)械有限公司聯(lián)合研制了新型的DLS1855單梁激振篩。制造完成后，經(jīng)過連續(xù)空車試運(yùn)轉(zhuǎn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到要求，之后，安裝于許廠煤礦選煤廠進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

該篩于2003年3月在徐州大陸振動機(jī)械有限公司進(jìn)行了空車運(yùn)轉(zhuǎn)，2003年5月2日在我礦原煤系統(tǒng)安裝完畢投入正式運(yùn)行，至今已有壹年多時(shí)間，通過原煤520萬噸，其中瞬間通過量達(dá)700噸/小時(shí)，設(shè)備一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，無重大事故，我們認(rèn)為本機(jī)設(shè)計(jì)是成功的。該項(xiàng)目的實(shí)施，既可解決不透篩問題，提高原煤處理量，又可減少該設(shè)備的維修工作量，減少材料消耗，降低生產(chǎn)成本。年節(jié)約材料及維修費(fèi)用為23.7萬元，新增利潤630萬元。

二、原理及結(jié)構(gòu)

單梁激振篩是徐州大陸振動機(jī)械有限公司的專利產(chǎn)品。該產(chǎn)品是根據(jù)等厚篩、圓振篩等篩子的優(yōu)點(diǎn)，大膽創(chuàng)新而發(fā)明的一種篩分效率高、不易堵孔、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、強(qiáng)度大、價(jià)格較代的產(chǎn)品。

1.原理

這種篩子的理論依據(jù)是高頻率、低振幅振動，它具有比一般振動篩高一倍的拋射強(qiáng)度，這點(diǎn)是目前世界各國振動篩都難以做到的，配以樓梯形篩板，它可以使用在中大粒級篩分，完全不堵孔，配以活動桿篩板，它可以用于細(xì)粒級篩分，也消除了篩孔的堵塞。

由于受軸承極限轉(zhuǎn)速的限制，和篩框結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，目前大型振動篩不能高頻化，因此在結(jié)構(gòu)上，我們一般將篩子分成2~4段，每段長2米，這樣所需的激振力就成幾倍下降，設(shè)備裝機(jī)功率可降低50%。每段篩子只有一根橫梁，它既是篩面的支撐梁又是安裝激振器的激振梁，（圖2）激振梁安裝在彈簧上，篩子的側(cè)板是不參振的（也可參振），這樣就大大減輕了單位面積振動篩的參振重量（可減少50%），這就為篩子的大型化和高頻化打下基礎(chǔ)。單梁激振篩如設(shè)計(jì)成二次減振，對地基的動負(fù)荷幾乎為零。我礦由于高度限制只是采用了一次減振，本篩安裝有變頻器，以適應(yīng)物料、水分的變化，保持不堵孔。

 

2.結(jié)構(gòu)

（1）總體結(jié)構(gòu)

單梁激振篩可以分若干段（圖3），通常為2~3段，每段的距離為2米，其結(jié)構(gòu)簡單、便于維修。結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。每段子篩主要由電動機(jī)（2臺）、傳動軸（2件）、激振器（2套固定在單梁上）、擋料板（2件），單梁（H型鋼）、篩網(wǎng)和支撐座等組成

單梁激振篩工作時(shí)，由電動機(jī)轉(zhuǎn)動通過傳動軸傳送給激振器，然后由激振器高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力，使之產(chǎn)生振動，從而使篩面上的物料邊振動邊透篩，邊向前移動。擋料板和篩網(wǎng)與激振梁是一體的，所以整段篩面都會跟著振動，使該設(shè)備，能夠有效的篩分。同時(shí)每段篩面有四個單獨(dú)的支撐座通過橡膠彈簧減振。整個篩箱的支撐點(diǎn)都落在底架上，底架與地基的接角面較大，從而減少了篩體振動對地基的沖擊力，減小對地基的破壞。

（2）激振器

單梁激振篩采用的是一種激振方式為塊偏心自同步激振器（如圖4），這種激振器與軸偏心振器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

a、塊偏心激振器自身的重量較輕；

b、塊偏心激振器結(jié)構(gòu)非常簡單；

c、塊偏心激振器維修特別方便。

單個激振器布置在激振大梁上的兩側(cè)，如圖2所示，依靠自同步原理激發(fā)大梁振動。

 

當(dāng)前礦物篩分過程中最主要的難題是堵孔，造成堵孔的原因主要有兩種，一種是塊狀物的卡孔（圖5），臨界顆粒物料卡在篩孔中跳不出來，這主要發(fā)生在采石揚(yáng)、焦碳、冶金等行業(yè)中；另一種是糊孔，潮濕的物料粘在孔壁上要解決堵孔總是有兩個辦法，一是增加拋射強(qiáng)度、二是選擇合適的篩面。振動篩的拋射強(qiáng)度：Kv=Aω2/g×SinαCosβ式中，A——振動幅
     ω——激振頻率
     g——重力加速度
     α——篩面傾角
     β——拋射角

為了消除堵孔，有人主張采用大振幅的方法，經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，這種方法不是最好的，應(yīng)該采用增加頻率的辦法。拋射強(qiáng)度隨頻率的平方增加，而振幅只與拋射強(qiáng)度成正比。增加頻率較方便，而增加振幅較麻煩。可以采用附加變頻器的方法有級調(diào)節(jié)頻率，根據(jù)物料的潮濕度調(diào)節(jié)變頻器，達(dá)到最優(yōu)透篩率，同時(shí)對振動篩也起到了保護(hù)作用。

用高頻低幅的方法來解決堵孔也有缺點(diǎn)，它不利于物料的分層，如料層較厚，大量的振動消耗在料層的內(nèi)部磨擦中。因此這種方法一定要用薄層篩分，即給料篩面傾角一定要大，一般不要低于22°最高采用30°—34°，這樣依靠重力可使物料迅速流動。

解決物料堵孔的另一個辦法是選擇篩面。不同形狀的篩孔，不同材料的篩面，對防止物料的堵孔有著巨大的差別。

大于25mm篩孔的篩面稱為大粒度分級篩面，主要有：

a焊接篩板，它由圓鋼焊接而成，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，是目前最常用的一種，但易堵孔。

b沖孔篩板，由16Mn鋼板沖制或鉆孔而成，從防堵孔能力而言，沖孔板比焊接板要好一些，壽命也長一些，它也是目前常用的篩面。

c立體梯形篩板（圖7），這種篩面是徐州大陸振動機(jī)械有限公司的創(chuàng)新專利產(chǎn)品，已在揚(yáng)州煤炭公司獲得成功的應(yīng)用，由于篩孔是立體的，它完全排除卡孔的可能性。我們決定在我礦采用這種篩面。

三、機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)情況測試

本篩一年多連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，無重大故障。易損件（篩板、彈簧）更換特別方便。1.振幅用振幅牌L＜1；10cm分空車及負(fù)載兩種工況，在每段篩箱兩側(cè)各取兩點(diǎn)進(jìn)行測量，每天測一次共三次（圖8）

圖8表2雙振幅單位：毫米

工況 次數(shù) 測量	空車				負(fù)載
	一	二	三	平均	一	二	三	平均
1	5.7	5.6	5.8	5.7	5.7	5.6	5.8	5.7
2	6.1	6.0	6.2	6.1	6.1	6.0	6.2	6.1
3	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8
4	6.0	5.9	5.8	5.9	6.0	5.9	5.8	5.9
5	5.6	5.8	5.7	5.7	5.6	5.8	5.7	5.7
6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6
平均	5.8

2.頻率用XZGB-11型光電傳感器，直接測量篩箱中部一點(diǎn)的振動頻率分空車及負(fù)荷兩種工況，每小時(shí)測一次共三次。表3頻率單位：次/分

次數(shù) 工況	1	2	3	平均
空車	1440	1440	1440	1440
負(fù)荷	1432	1432	1432	1432

3、篩面傾角在停機(jī)時(shí)用測角儀在篩框側(cè)板上測量傾角得出下表：表4單位：度

段數(shù) 傾角	第1段	第2段	第3段	平均
度數(shù)	16.9	17	17	17

4、振動方向角用水準(zhǔn)儀加量角器進(jìn)行目測，測點(diǎn)如下（圖9）：

圖9表5單位：度

測點(diǎn)	1	2	3	4	5	6
方向角	73	73	71.5	71.5	72	72
平均	72.1

5.軸承溫度用95型（量程100℃）半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)每小時(shí)測一次六個振動器軸承溫度，到溫度穩(wěn)定為止（圖10）

圖10表6室溫19℃單位：ζ

小時(shí) 測量	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5
1	35	40	46	48	50	51	52	53	53
2	30	38	44	48	51	52	53	53	54
3	32	39	43.5	46	48	50	50	50	50
4	34	40	45	47	48	49	49	49	49
5	33	38	39	45	52	54	54	54	54
6	32	35	39	40	47	50	53	53	53

四、單梁激振動篩在許廠煤礦選煤廠的應(yīng)用

我礦原安裝兩臺篩子，每小時(shí)通過量700t/h，為檢修方便，我們決定采用一個系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，即單臺篩子通過量要保持在700t/h。試驗(yàn)采用DLS1850單梁激振篩，技術(shù)性能如下：

篩面寬度：180mm，

篩面長度：5000mm，

處理量：700t/h，

雙振幅：8~9cm，

篩面傾角：20~22°，

頻率：1200~1450min，

給料粒度：0~250mm，

功率：6×2.2kw，

分級粒度：50mm，

機(jī)重：6.5t。

本篩于2003年5月2日正式運(yùn)轉(zhuǎn)，至今已有一年多，無機(jī)械故障。應(yīng)用期間，我們曾對該篩進(jìn)行一些測試：

5月20日，當(dāng)水分為10%時(shí)，該篩的通過量為700噸/小時(shí)，此次篩機(jī)振幅為5.8mm，頻率為1432次/分，達(dá)到了我礦最大的每小時(shí)處理量。該篩無堵孔現(xiàn)象。

從運(yùn)轉(zhuǎn)情況看，3DLS1850型振動運(yùn)行可靠，篩分效率高，平均每天運(yùn)行22小時(shí)，從未出現(xiàn)影響生產(chǎn)的機(jī)械用電氣事故。

振動篩的篩分效率可達(dá)到98%以上，尤其對于水分高，粘度大的難篩原煤，篩分效率也達(dá)到90%以上，進(jìn)入斜輪分選機(jī)的末煤量接近于0，有效地保證了斜輪分選機(jī)的分選效果。

維護(hù)、維修量低，日常檢修時(shí)搞好篩網(wǎng)、激振器、聯(lián)軸器等的緊固，做好軸承的潤滑以及電氣部分的除塵工作即能保證正常生產(chǎn)。

篩網(wǎng)具有很強(qiáng)的自清理功能，因此免于人工清理，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。

五、結(jié)束語

通過一年多的使用結(jié)果，我們得出下述結(jié)論：

1.該篩具有振動強(qiáng)度高，篩面結(jié)構(gòu)合理，篩分中沒有堵孔現(xiàn)象，不需要停機(jī)清理孔，這是最大的優(yōu)點(diǎn)：

2.該篩節(jié)省功率，原ZDS1850等厚篩功率22kw，本機(jī)僅用功率為13.2kw，每年可節(jié)約4~5萬度電。

3.單位面積處理量是普通振動篩的1倍以上，該篩能進(jìn)行5mm以上的物料分級；

4.一切都是裸露的，維修極為方便，特別是篩面的更換方便；

5.結(jié)構(gòu)簡單，同樣面積的篩子可降低成本20%

6.環(huán)保指標(biāo)好，由于側(cè)板不參振，它可以是全封閉的，由于激振力小，而且無平面板，因此它的噪聲很低；

7.由于廠房空間限制，本篩未能達(dá)到20°的標(biāo)準(zhǔn)傾角，因此，篩分效果尚未充分發(fā)揮。

該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，而且可靠性很高，所以設(shè)計(jì)是成功的。與螺旋篩相比每年約20萬元的維修費(fèi)。

[作者簡介]李攀，男，1990年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)自動化系。2002年4月應(yīng)聘于徐州大陸振動機(jī)械有限公司工作，期間從事產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)等業(yè)務(wù)，曾任技術(shù)部部長，現(xiàn)任公司副總經(jīng)理。動篩跳汰機(jī)排矸技術(shù)研究