侧梁激振脱水筛设计

摘要侧梁激振脱水筛是直线振动筛的一种，主要用于煤泥脱水，是选煤厂的重要设备之一。传统的直线振动脱水筛，一般结构较复杂，机体较笨重，而且能耗高，为此研制了一种新型的脱水筛。侧梁激振脱水筛与其它振动筛相比具有如下结构优点：（1）单位面积处理量是普通振动筛的2倍以上；（2）抛射角度合适，抛射强度高，振幅大，单位处理能力的能耗较小，与同面积的筛子相比，成本可降低20%；（3）电动机与箱式激振器激振轴采用橡胶联轴器（即挠性联接或软联接），可补偿电机轴线与偏心轴轴线不同心造成的误差。（4）偏心块为轴偏心结构，轴承采用干油润滑，不存在漏油问题；（5）依靠箱式激振器长短轴上键槽相互位置,使得两偏心块之间成60，保证激振力始终与水平成60夹角，使得物料以合适的速度向出料槽前进；（6）可通过增减副偏心块质量调节筛子振幅，在物料水分和粘度的变化时，仍能保证激振力要求。本设计论述了振动筛的基本理论，对侧梁激振脱水筛主要的零部件进行了选择、设计和校核计算。对其安装、调试和常见的故障也作了简要的介绍。关键词 脱水筛；侧梁；激振器；偏心块 AbstractLateral excitation beam dehydration screen is a straight line, mainly for dehydration slime, coal preparation plant is one of the key equipment.The traditional linear vibration sieve dehydration, the general structure of the more complex, more cumbersome body, and high energy consumption, for which developed a new type of dehydration sieve. Lateral excitation beam dehydration sieve shaker compared with other structures have the following advantages:(1) per unit area is the capacity of ordinary shaker of more than two times;(2) projectile point of view appropriate, projectile high intensity, amplitude, and the unit energy consumption of smaller capacity, and compared with the size of the sieve, the cost can be reduced by 20%;(3) the box-type motor shaft vibration excitation using rubber couplings (that is, flexible connectivity or soft link) that can compensate for the electrical axis and the eccentric shaft axis different heart of the error;(4) eccentric block is the structure of Axis eccentric, by dry-lubricated bearings, and there is no oil spills;(5) rely on me-length shaft keyway Exciter each other location, making the two blocks between the eccentric into 60 , always exciting force and guarantee a level of 60 angle, making materials to the appropriate speed to the local materials Forward;(6) can increase or decrease in the quality of eccentric block amplitude adjustment sieve, water and materials in the viscosity of the changes, can guarantee exciting force requirements.The design of the shaker on the basic theory, dehydration screen opposite the main beam exciting parts for the selection, design verification and calculation. Its installation, commissioning and common failure also made a brief introduction.Keywords dehydration screen side beam vibrator eccentric blockII徐州工程学院毕业设计目 录1 绪论11.1 课题背景及前言11.2 脱水筛分概述21.2.1 筛分作业分类21.2.2 筛分过程的基本概念31.2.3 脱水目的41.2.4 水在煤中的存在状态41.2.5 物料性质与脱水难易的关系41.2.6常用的脱水方法与脱水设备51.3 筛分机械的类型及其主要特点61.4 影响筛分效率的因素81.5 筛分技术及筛分机械在国内外发展情况91.5.1 我国筛分机械的现状91.5.2 我国筛分设备的基本情况91.5.3 筛分机械的发展方向101.5.4结论102 振动原理122.1 直线振动筛122.1.1 振动筛的分类122.1.2 直线振动筛的工作原理122.2 侧梁激振脱水筛原理方案设计152.2.1 设计任务书152.2.2 原理方案确定162.3 侧梁减振脱水筛结构方案设计162.3.1 筛框162.3.2 激振器172.3.3 筛面及其固定装置192.3.4 支承装置202.3.5 传动装置203 物料的运动分析和工艺参数的选择223.1 物料的运动分析223.1.1 筛面的运动方程223.1.2 筛面物料的运动分析223.1.3 抛掷指数Kv和跳跃系数iD243.2 工艺参数的选择计算253.2.1 筛面的长和宽253.2.2 筛面的倾角253.2.3 振幅和频率263.2.4 振动方向角263.2.5 抛掷指数Kv和振动强度K263.2.6 物料运动速度263.2.7 处理能力274 动力学分析及参数的计算284.1 动力学分析284.1.1 力学模型的建立284.1.2 振动方程的建立294.2 振动频幅曲线和工作状态分析304.3 动力学参数的计算314.3.1 隔振弹簧的确定314.3.2 隔振弹簧的选择与验算334.3.3 隔振弹簧减轻能力的分析354.3.4 参振质量的计算364.3.5 电机功率的计算和选择375 主要零部件的选择设计与校核385.1 激振器主要零件的设计与校核385.1.1 偏心块的设计385.1.2 齿轮的设计与校核415.1.3 激振器轴的设计465.1.4 激振器长轴的校核475.1.5 轴承的选择与校核525.1.6 键的校核545.2 侧梁激振脱水筛专业零部件的设计555.2.1 筛面555.2.2 筛框576 侧梁激振脱水筛的安装、试运转和常见故障616.1 侧梁激振脱水筛的安装、试运转616.1.1 脱水筛的安装616.1.2 脱水筛的试运转616.2 侧梁激振脱水筛的异常振动及常见故障626.2.1 脱水筛的异常振动626.2.2 脱水筛的常见故障及消除措施62结论64致谢65参考文献66附录67附录167711 绪论1.1 课题背景及前言我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭是我国最重要的一次能源。目前，煤炭约占我国一次能源消费的 70% ，随着国际石油储量的不断减少和价格的不断上涨，还有我国对能源不断增长的需求，预计在相当长的时间里煤炭仍然是我国主要能源与化工原料。2005年我国的煤炭生产和消费超过了创纪录的 21 亿吨。大量燃用不清洁煤炭已经形成严重的环境污染和巨大的能源浪费，商品煤质量的低劣也严重影响着煤炭的化工利用与出口创汇。选煤是洁净煤技术的源头和基础，也是适合我国当前经济状况的一项最有效的洁净煤技术，所以目前大部分国家对煤炭分选非常重视，尤其是发达国家，煤炭入选率均在 80% 以上。欧洲一些国家尽管关闭了几乎所有的煤矿，但选煤厂还存在，用来处理进口煤炭。相比之下，我国原煤入选率要低很多，只有 30% 左右。原因之一是现有选煤厂设备落后，生产效率低，达不到应有的生产能力；原因之二是我国选煤工业整体落后，选煤厂数量少。近年来，随着机械化采煤程度的不断提高和煤炭储量的减少，原煤质量又有下降的趋势，已远不能满足客户对优质煤炭的需求。因此，迫切需要研究开发适应我国煤炭特点的煤炭加工技术装备，进行选煤厂的建设和改造。与此同时，随着采煤机械化程度的提高和选煤厂煤炭分选过程机械化程度的提高，原生煤泥和次生煤泥量都有所增加，加大了选煤厂产品组成里中、细粒级煤的含量。尤其是煤造成的环境污染已成为制约经济发展的重要因素，搞好煤炭洗选加工是控制燃煤污染物排放最经济、最有效的途径。在洗选前将煤炭破碎使煤和矸石、黄铁矿先行解离是使煤炭得到有效分选的前提，这就更增加了细粒煤的总量。但在现有的选煤厂中，绝大部分都是采用湿法选煤技术进行煤炭的分选，中、细粒煤中水分的高低是影响商品煤质量高低的重要因素。而对于炼焦用煤，精煤水分高，会增加热能消耗，延长焦化时间，降低焦炉产率，缩短炼焦炉使用寿命。在运输时，精煤会随着水分渗出而流失，既浪费了宝贵的能源资源，又污染环境，尤其在冬季寒冷的地区，会发生冻车皮事故，严重影响车皮的周转率，给铁路运输造成不必要的经济损失，因此，降低当前选煤厂出厂商品煤的最终水分是煤炭行业急待解决的主要问题之一，是关系到节能、节运、保护环境和充分利用国家资源的重大问题，同时为适应市场经济的发展，在现有技术与设备的基础上，必须加强对中、细粒煤脱水技术和设备的开发完善，以满足市场的需求。煤炭脱水虽然是选煤厂的辅助作业，但在整个选煤过程中占据十分重要的地位，在整个选煤工艺环节，脱水设备的种类与数量、固定资产的成本及选煤厂的运行费用、占地面积和空间等，脱水大约占一半以上。因此，它成为选煤厂降低成本、提高效率、增加效益的一个重要方面。目前，在我国末煤和细粒级煤泥的脱水是降低选煤厂产品水分的关键。由于选煤厂细粒级物料的脱水难度大，甚至有些技术难题还亟待解决，这部分作业也成为选煤技术研究的热点与难点之一，高效耐用离心脱水设备就是其中的一个方向。国外已经有煤泥脱水用卧式螺旋卸料离心机，如澳大利亚的HSG1000离心机，已在山西屯留选煤厂等地运用，主要用在粒度1.5mm以下细煤泥脱水。但是该机型结构复杂、价格昂贵(每台售价约180万人民币)，且使用效果并不尽如人意。国内在这方面的进展相对缓慢得多，我国生产的立式螺旋刮刀卸料离心机主要有原洛阳矿山设备制造厂的 LL-9 型和 LL3-9 型，煤炭科学研究总院唐山分院的 LLL 系列等，这些设备尽管有占地面积小，处理量大，脱水效果好等优点，但是其使用和推广情况却并不尽如人意，存在的最大弊端就是漏油问题严重，故障率高，维修困难，维护费用高，在实习过程中我们发现，不少国产离心机设备都处于闲置状态。至今没有机型成功问世。在这方面，我们急需拿出自己的产品来，而且不能再走以前一味仿制的老路，要有所创新，有所突破，有自己的核心技术。进口设备依靠国外先进的设计和制造工艺在整体性能上远优于国产设备，正因为如此，很多选煤厂宁愿花费数倍的费用去购买国外产品，如澳大利亚FC1200已在多家选煤厂使用。但是，除了购买费用高昂外，更昂贵的是后期维护费用，如更换筛篮和刮刀，而且进口立式离心机由于结构原因同样不可避免维修困难的弊端。国产和进口离心机在细粒级煤含量上升时都会出现水分上升甚至无法正常工作的现象，在这种情况下，我所研究的侧梁激振脱水筛就特别具有实际意义。它具有较大的筛面面积和筛分强度。由于脱水时物料层较薄，并且激振力与水平成60，使得物料有个向出料端前进的合适速度，所以可在较短时间内获得含湿量较低的滤渣。它还具有产量大、脱水效率高、安装和维护方便等优点。1.2 脱水筛分概述 1.2.1 筛分作业分类（1）准备筛分在选煤厂，按破碎作业和分选作业的要求，将原料煤分成不同的粒级，为煤炭的加工作准备。对破碎作业，准备筛分是为了从物料中分出已经合格的粒级。目的是避免物料过度粉碎，增加破碎设备的生产能力和减少动力消耗。对分选作业，不同的选煤方法，都要求一定的入选粒级，否则将严重影响分选的效果。（2）检查筛分从破碎作业的产物中，将粒度不合格的大块用筛子分出来，称为检查筛分。目的是保证产品的粒级要求。（3）最终筛分主要是指筛选厂生产粒级商品煤的筛分。最终筛分的粒级，要根据煤质，煤的粒度组成和用户的要求，按国家现行煤炭粒度分级来确定。（4）脱水筛分以脱水为目的的筛分称为脱水筛分。煤的水分可分为外在水分（附在煤粒表面的水）和内在水分（煤粒内部毛细孔吸附的水），脱水筛分主要是脱掉一部分外在水分，不可能脱除内在水分。外在水分的脱除表现为两个方面，一是物料与筛面之间的碰撞，使水分从颗粒上抖掉；二是在物料质量一定时，粒度越小，比表面积越大，外在水分也就越高。使细粒级物料成为筛下物，就能减少筛上物的水分。（5）脱泥筛分以脱除煤泥为目的的筛分称为脱泥筛分。例如：对于重介质选煤，为减轻煤泥（0.5 mm）对介质系统的污染，在原料煤进入重介分选机之前，先用筛分机把其中的煤泥脱除。跳汰选煤有时也采用脱泥筛分，脱泥后的筛上物作为跳汰机的入料，可降低洗水粘度，有利于细粒级分选。脱泥筛工作时筛上都要加一定压力的喷水，以脱除附着在煤粒上的细泥。脱泥筛分的实质是一种湿法筛分。（6）脱介筛分在重介质选煤产品中，夹杂着许多粒度很小的加重质，为回收这些加重质以便循环使用，需要用筛子将其从物料上脱除，称为脱介筛分。因加重质粒度很微细，粘附在物料表面，不易脱除，所以脱介筛分常采用压力很大的喷淋水，脱介筛分也属于湿法筛分。重介质选煤产品在脱介筛分的同时，也伴有脱水，脱泥筛分，降低产品的水分，减少高灰细泥对精煤的污染，从而降低精煤灰分。（7）选择性筛分选择性筛分是指在筛分过程中，矿物不仅按粒度分级，而且也按质量分级的筛分。例如，在含铁矿为主的高硫煤中，硫分大部分集中在大块煤中，通过筛分可将硫分除去。又如某些矿区，其末煤灰分较低而大块煤的灰分较高，通过筛出大块，可使末煤的质量提高。1.2.2 筛分过程的基本概念筛分过程在于使被筛碎散物料粒度小于筛孔的细粒经筛孔透过筛面，与粒度大于筛孔而留在筛面上的粗粒物料分离。为了使粗、细物料经筛面而分离，必须使物料与筛面之间有相对运动，才能使物料呈现出有“活性”的松散状态。实际的筛分过程是：大量颗粒大小不同，粗细混杂的碎散物料进入筛面后，只有一小部分颗粒与筛面接触，而在接触筛面的这部分物料中，不全是小于筛孔的细粒，大部分小于筛孔尺寸的颗粒，分布在整个料层的各处。由于筛箱的运动，筛面上料层被松散，使大颗粒本来就存在的较大间隙被进一步扩大，小颗粒乘机穿过间隙，转移到下层。由于小颗粒间隙小，大颗粒不能穿过，因此，大颗粒在运动中，位置不断升高。于是原来杂乱无章排列的颗粒群发生的析离，即按颗粒大小进行了分层，形成了小颗粒在下，粗颗粒居上的排列规则。到达筛面的细颗粒，小于筛孔的透筛，最终实现了粗、细粒分级，完成筛分过程。然而，充分的分离是没有的，在筛分时，一般都有一部分筛下物留在筛上物中。1.2.3 脱水目的煤炭脱水是选煤厂围绕其分选产品进行脱水以及洗水再生复用、把水从煤中脱除(脱水与干燥)或将煤从水中脱除(澄清水)的一系列作业，其意义是：(1)降低产品水分，满足用户和运输的需要在选煤厂，各种精煤的综合水分规定为12%13%，个别用户、出口煤和高寒地区湿煤冬运则要求水分在8%9%以下。湿法选煤，产品带有大量水分，若炼焦用煤水分过高，将延长炼焦时间，增加炼焦炉瓦斯消耗量以及降低炼焦炉寿命。水分过高的煤炭也给运输带来不便，特别是高寒地区湿煤冬运，煤炭的冻结更给铁路装卸车带来困难。(2)洗水循环复用，以充分利用有限的水资源、节约清水用量湿法选煤，水的用量非常大。一般情况下，跳汰机每处理1t原煤需用3t水；重介质分选机选煤，1t块原煤需用水约0.7t。大量的水若不回收再用，将造成极大的浪费。干旱缺水地区尤为重要。(3)减少或杜绝废水外排，实现洗水闭路循环，避免煤泥水对环境的污染煤泥水的外流，不仅污染环境，也增加煤炭的损失。采用有效的脱水，可改善厂区及周围环境，并防止煤泥流失，及时回收并综合利用资源。1.2.4 水在煤中的存在状态煤中水分主要来源有：(1)近代选煤厂，绝大多数都采用湿法分选工艺，其产品必然含有大量水分；(2)近代煤炭运输的新方法煤浆管道运输，其终端产品也带有大量水；(3)水力采煤后的产品也有大量水分。此外还有来自地下水、贮存过程接触的雨雪、潮湿空气等。水在煤中的存在状态有两种：(1)游离水游离水是煤的内部毛细管吸附水或表面附着水。游离水可分为外在水分和内在水分。外在水分是指润湿在煤粒表面和存在于煤的大毛细管中的水分；内在水分实质煤的内部小毛细管所吸附的水。在常温下这部分水分不能失去，只有加热到到一定温度时才能失去。(2)化合水化合水是煤中矿物成分呈化合形态存在的水，亦称结晶水。脱水作业脱除的主要是外在水分。1.2.5 物料性质与脱水难易的关系影响脱水难易程度的主要因素有：（1）孔隙度一般将物料中孔隙部分与物料总体积的比值称为孔隙度，物料的孔隙度越大，积存水量也越多，但毛细管作用较弱，脱水较容易。孔隙越小，毛细管作用越强，脱水越困难。（2）比表面积比表面积用单位重量物料所具有的总表面积表示。显然，物料的比表面积越大，吸附水越多，脱水就越困难。（3）湿润性物料表面疏水性越强，物料与水的相互作用越弱，脱水越容易。（4）细泥含量泥质亲水，充填于干物料孔隙间或吸附于物料表面上，增加了毛细管的作用力、物料的正表面积和吸水强度，使物料脱水困难。（5）粒度组成 物料的粒度组成决定物料的孔隙度、毛细管和比表面积，因而影响含水多少和脱水难易。颗粒越大，脱水越容易；颗粒越小，脱水也难。对那些由粒度大致相同的颗粒组成的物料进行脱水，比由各种粒度颗粒组成的物料容易。这是由于散布在颗粒空隙间的细颗粒增大了松散物料的密度，从而加强了使水分保留在颗粒空隙间的毛细管作用。1.2.6常用的脱水方法与脱水设备目前，常用的脱水方法见图1-1所示。重力脱水是利用水本身所受重力使煤和水自然分离的一种方法。如：脱水斗式提升机、提升煤仓等。还有利用机械振动作用使水受到挤压和惯性力的作用使煤水分离。如：脱水筛等。重力脱水的方法比较简单，但是脱水效果很差，只能脱去部分表面水分，一般多用于精煤的初步脱水或中煤、矸石、粗粒精煤的脱水。离心脱水，是利用离心作用实现脱水的方法，如各类离心脱水机。过滤脱水，是利用真空抽吸使物料脱水的方法，如过滤机。压滤脱水，是利用挤压作用使物料脱水的方法，如压滤机。干燥脱水，是利用热力蒸发作用降低物料水分的方法，如火力干燥机。选煤厂常用脱水设备主要有：(1)脱水筛(2)离心脱水设备(3)浓缩设备(4)真空过滤设备(5)压滤设备(6)干燥设备我国大部分选煤厂使用的最广泛的脱水设备是脱水筛，通常将分级用的筛分设备做相应的改造即可用于脱水。用于脱水的筛分机械，按其运动和结构可以分为固定筛、摇动筛和振动筛三种。由于选煤厂的筛分设备的数量很多，因此对其要求也越来越高，不但要求具有较高的处理能力、较好的脱水效果、较低的动力消耗，还应具有结构简单、制造容易、安装维修方便等机械性能。摇动筛的上述性能较差，目前在使用上受到一些限制，已基本淘汰。逐渐被工艺效果好、构造简单、维修方便、经济实用的振动筛所替代。脱水方法重力脱水自然重力脱水重力浓缩机械力脱水筛分脱水离心脱水过滤脱水压力脱水其它方法物理化学脱水法电化学脱水法声波振动脱水法图1-1 选煤产品脱水方法分类1.3 筛分机械的类型及其主要特点筛分机械用来将砾石、石料、煤炭按照颗粒大小分成不同级别的成品。在石料加工过程中，筛分机与破碎机常配套使用。利用机械方法进行筛分，通常采用具有一定孔眼或缝隙的筛面，使物料颗粒在筛面上运动，小于孔眼（缝隙）的物料从筛面掉下，称为筛下料，停留在筛面上的物料，称为筛上物或筛余，因此筛面数为N时，筛分以后可以将物料分成（N+1）等级。筛分机械被广泛用于许多工业部门，种类繁多，一般按筛面的结构形式和运动形式，将其分为以下几种类型：（1）固定筛固定筛是最简单，最古老的筛分机械，筛面由许多平行排列的筛条构成，排列的方向可以与筛上料流的方向相同，或相垂直。筛面成水平安装（脱水时），或倾斜安装，工作时固定不动，物料靠自重沿筛面下滑而筛分。固定筛有棒条筛和条缝筛之分，前者筛条较粗、缝隙较大（一般大于等于25mm）,用于粗粒级筛分；后者筛条较细，筛缝较小（一般在0.251mm）,用于料浆的初步泄水。固定的弧形筛和旋流筛属于新型固定筛。弧形筛筛面在筛上料流方向呈圆弧形，筛条与筛上物流方向垂直；旋流筛的筛面是圆锥形，筛条近视与母线平行。它们可被用于料浆的初步脱水，脱泥或脱介，工作时皆利用料浆沿筛面运动是产生的离心力。固定筛结构简单，寿命长，尤其是不消耗动力，没有运动部件，设备成本和使用成本低。因此，虽然生产能力和筛分效率低，但仍在选煤厂广泛使用。（2）辊轴筛辊轴筛的筛面由许多根垂直筛上物流的辊轴排列而成，各辊轴用电机通过链传动和齿轮传动带动而同向旋转，安装在辊轴上的星轮对物料颠簸和输送，生产能力和筛分效率比固定筛好高。为了加强对物料的输送作用，筛面呈120150倾斜安装，有一种新型螺旋筛与辊轴筛相似，其辊轴顺煤流方向布置，辊轴上没有星轮，而是做成螺旋面，当螺旋辊轴转动时，推动物料前进，物料在行进中完成筛分。辊轴筛结构坚固、工作可靠、运转平稳，但结构复杂、笨重，生产能力和筛分效率低。辊轴筛适用于露天矿井原煤的预先筛分，也用于露天矿重介选矸车间脱介。（3）滚筒筛滚筒筛的筛面为圆柱面或圆锥面筛筒，沿筛筒的对称轴线装有转轴，当传动装置带动转轴转动时，筛筒也随之回转。圆锥形筛筒水平安装，物料由筛筒小端给入，并随筛筒旋转被带起，当达到一定高度时，因受重力作用自行落下，如此不断起落运动，使细粒透筛，粗粒则逐渐被运送到筛筒大端排出。对于圆柱面筛筒，为使物料在筒内产生轴向运动，其转轴必须倾斜35安装。滚筒筛运转平稳可靠，但生产能力低，筛孔易堵塞，筛分效率低，可用于粗、中粒物料的筛分和脱水。（4）摇动筛摇动筛由带有平面形筛面的矩形筛箱、支撑筛箱的支杆或吊杆，偏心传动装置和机架构成。工作时，电动机带动偏心轴转动，通过连杆驱动筛箱在近似与筛面平行的平面内往复摇动，位于筛面上的物料被反复松散，从而完成筛分。为了使物料能沿筛面向排料端运动，一般将筛面倾斜安装。也可水平安装，但是筛箱的运动必须是差动的。摇动筛的优点是筛箱的摇动幅度不会因给料量的变化而变化，即运动稳定。缺点是生产率低，效率也低，因此新设计的选煤厂一般已不在选用。摇动筛主要用于末精煤和粗精煤的脱水。（5）振动筛振动筛的筛箱和摇动筛相似，但是支撑和吊挂筛箱采用的是弹簧组件，筛箱的振动是依靠激振器。振动筛是一个弹性振动系统，其振幅受给料量和其它动力学因素的影响可以改变。振动筛运动特点是频率高、振幅小，物料在筛面上作跳跃运动，因而生产率和筛分效率都很高。振动筛适用于选煤厂的各种筛分作业。（6）其它筛分机如旋转概率筛、立式（卧式）振动（无振动）离心机、弛张筛、强和变幅筛等。与上面所述的筛分机比较，这些筛分机的结构形式、运动形式和工作原理都是特殊的、新颖的，它们对细、湿、粘的物料进行干法筛分的新设备。在以上6种筛分机械中，振动筛使用最多，在发展中已派生出许多新机种。1.4 影响筛分效率的因素影响筛分效率的主要因素有：（1）物料性质颗粒形状。球状颗粒易于通过筛分孔和圆筛孔；条状、片状及多角形料易于通过长方形筛孔。物料堆积密度。筛分能力与物料的堆积密度成正比。物料的粒度组成、含水量和含泥量。物料中直径为11.5倍于筛孔尺寸的颗粒为难筛粒，如难筛粒含量高，则筛分效率低。含水含泥量较高的物料，用干法筛分时，效率降低。（2）筛面结构参数及运动性质筛面上筛孔面积与总面积之比为开孔率，开孔率愈大，筛分效率和生产能力愈高，但筛面强度和使用寿命降低。方形孔的开口率较高，故筛面大多采用方形筛孔，但含水量高而粒度较小的物料以采用圆形孔为好。筛面与物料之间的相对运动是进行筛分的必要条件。筛分机械中，物料对于筛面的运动主要有垂直运动和平行运动两种。作垂直运动的筛面，筛孔不易被物料堵塞，物料层的松散度加大，离析速度也快，颗粒通过筛孔的概率增加，筛分效率也高。筛面的运动频率和振动幅度也影响物料颗粒在筛面上的运动速度和通过筛孔的概率，对筛分效率影响很大。尤其是对小颗粒物料，宜用小振幅、高频率的振动。（3）操作条件连续均匀给料，能使筛面充分发挥作用，有利于提高筛分效率和生产能力。细筛筛分时，给料均匀性的影响更大。加料量适度而且筛面料层厚度较薄，可提高筛分效率。1.5 筛分技术及筛分机械在国内外发展情况1.5.1 我国筛分机械的现状基于振动筛的三种不同的运动轨迹（圆，直线，椭圆），采用不同的筛分方法。并针对国民经济中各行各业的特殊需要，形成了各种不同形式的筛分机械，并使其在工业部门得到广泛的应用。在冶金工业部门，选矿厂普遍采用圆振动筛对矿石进行预先筛分和检查筛分；用振动细筛对磨矿机的产品进行分级以提高精矿品味；针对烧结厂燃烧结矿分级的要求，采用直线运动轨迹和二此隔振原理，形成了热矿筛和冷矿筛；另外选用直线筛对焦炭进行筛分，取代了原始的滚轴筛。在煤炭工业部门，煤的分级在不同的场合分别采用圆振动筛。利用概率筛分法的概率筛和等厚筛分法的等厚筛；用直线振动筛作为精煤和末煤的脱水，脱介。针对6mm以下含水714的潮湿细粒煤的分级先后出现了琴弦筛，旋转概率筛，滚动筛以解决堵孔问题和提高筛分效率，另外将弧形筛和直线筛结合在一起，形成弧形高频细筛来解决脱水问题。在水利电力部门，火电厂对煤的预先筛分是通过圆振动筛或等厚筛来实现的，利用直线筛解决煤炭的处理。在水电站的建设工作中，如三峡工程需要各种大型筛机对沙石进行分级。在交通工业部门，针对铁路石喳的清沙和除泥，采用概率等厚原理的概率等厚筛的效果很好；用热石筛可对沥青混凝土的石头进行分级，在高速公路的建设中起着重要作用。在化工部门，对于化工原料和产品的筛分，化肥和复合肥的分级，振网筛和化肥筛石关键设备。此外，针对环卫部门的垃圾处理，水煤浆在电厂的应用，又出现了新型的筛分机驰张筛和水煤浆筛。1.5.2 我国筛分设备的基本情况我国目前使用的圆振动筛有：吸收国外先进技术的基础上研制的YK系列圆振动筛；引进美国TaborT1型振动筛技术制造的YA系列筛，在YA型圆振动筛基础上设计的YAC系列筛；在消化吸收YA型振动筛基础上研制的DYS大型圆振动筛；具有概率筛和圆振动筛综合筛分效果的YFS型圆振动分级筛；采用高振幅，高频率圆形轨迹振动特性的GDS型概率圆振动筛；主要为沥青混凝土拌和设备配套以及不高于200的散装物料分级的YAR系列热石筛。我国目前使用的直线振动筛主要有：可用于脱介，脱水，脱泥和分级的ZSM,DSM型双轴振动筛，适用于各种煤炭的脱水，脱介和脱泥及湿式分级的ZKB,ZKBX型自同步振动筛；广泛用于各种物料分级，脱水，脱介的ZK系列直线振动筛，引进美国TaborTH 型振动筛技术制造的ZKX系列的直线振动筛，消化吸收ZKX基础上研制成功的DZS大型直线振动筛；适用于温度在800850的中小粒度烧结矿进行分级的SZR型热矿振动筛。1.5.3 筛分机械的发展方向振动筛分机在工程中广泛应用，对国民经济起着重要的作用。从目前国外的研究方向上来看，一方面致力于现存筛分机的运动分析和结果调整；另一方面瞄准新颖的设计目标，探求合理的结果形式，动力配置和动力学参数，以便进一步推动筛分机的应用。综合国内外筛分机械的发展状况，筛分机械应向以下几个方向发展：（1）筛分机大型化筛分机大型化是提高处理量的方法之一，近十年来，许多国家都在设计大型筛子，其中以西德最为特出。（2）应用等厚筛分法这种筛分法的特点是，不管入料中小于筛孔的颗粒所占百分比如何，在筛分过程中筛子上物粒层的厚度保持不变或增加。在采用普通筛分法时，筛上物料层厚度却是减少的。普分筛分法的平均单位筛面透筛能力仅是筛面实际透筛能力的25。而等厚筛分法，小颗粒和筛面接触的概率大大增加，平均单位筛面透筛能力为其筛面透筛能力的80。（3）研制摩根森筛瑞典创造的摩根森筛是以概率论为原理的新型筛分机，适用于筛分水分大和难筛分的细粒级物料。它是由一个悬挂在弹簧上的筛箱和一组多层的倾斜筛板以及两个不平衡重激振器组成。（4）向标准化，系列化，通用化发展这是便于设计，组织专业化生产，保证质量和降低成本的途径。德国KHD公司的USL，USK筛机的宽度以200mm为一挡，长度以750mm为一挡，组成两个系列45种规格的产品。其筛网、横梁传动轴、进料板和出料板均实现标准化、通用化、系列化。（5）采用波浪式筛面为了在筛分难筛物料和水分大的物料时防止筛孔堵塞，西德有些采煤厂选用带波浪式筛面的筛子。（6）发展重型，特重型筛分设备研制适用于大型矿山，采石场，给料粒度大于400mm的分级设备（7）惯性振动筛的快速发展60年代，共振筛受到各国的重视，发展很快。但生产实践证明，它具有结果复杂，机重大，难调整和故障多等缺点。与此相反，近几年来，惯性振动筛，尤其是直线惯性振动筛，由于其性能较好，结构和维护都比较方便，故目前得到迅速发展。1.5.4 结论在冶金、煤炭、建材、化工和食品加工等许多工业部门，筛分作业是重要的生产环节之一，要大量使用筛分机械。对于矿物加工行业，如选煤厂和选矿厂，大批筛分机械担负着分级、脱水、脱泥和脱介，甚至按质量分选的艰巨任务。就煤炭加工而言，筛分技术也显得尤为重要。筛分机械不仅用语生产粒度、水分和灰分等指标达到用户要求的煤炭产品，而且在实现煤炭资源的合理利用和保护环境及为煤炭企业创造经济效益等方面，都发挥着重要作用。选煤是煤炭行业中控制质量的一个环节，是煤炭事业不可分割的一部分工作。选煤工作中工作量最大的是分选和选后处理。分选，是把入选原煤分成精煤、矸石和中煤。分选作业过程通常在水或原生煤泥水中进行，因而叫做洗煤。选后处理，是指清除各种水分。选后处理作业最主要是选后产品的脱水，其次是废渣处理和其它的环境保护措施。简单说来，选煤就是把毛煤（即开采后未经加工含有各种杂质的煤）转化为商品煤。商品煤是具有一定质量规格的产品，它能满足燃烧、液化、汽化或焦化等方面所不断提高的技术要求。随着工业的迅速发展，商品煤需求急剧增加，从而促进了选煤工业的蓬勃发展。工业的发展对筛分机械的品种和质量要求愈来愈高，从而使筛分机械的发展提高到一个新的高度。目前我国的振动筛产品结构性能落后的筛分机仍占一半以上。应此今后应当优先发展量大而优的优良机型；探索新的筛分理论，发展新型筛分机；发展大型，重型，特重型筛分设备，限制生产并淘汰生产效率低，设计陈旧的老产品。2 振动原理2.1 直线振动筛2.1.1 振动筛的分类振动筛按振动频率是否接近和远离共振频率分为共振筛和惯性筛。振动筛按激振器产生激振力的原理不同，可分为偏心振动筛（也叫半振动筛）、惯性振动筛和电磁振动筛。目前偏心振动筛已很少用，电磁振动筛主要应用于粉末状细粒物料的分级。共振筛曾一度崛起，受到各国普遍重视，发展很快；但在生产实践中，暴露出结构复杂、调整困难、故障较多等缺点。在筛分作业中，大量使用的是惯性振动筛，一般习惯的称之为振动筛。目前，将振动筛按筛面工作时运动轨迹的特点，分为圆运动振动筛（简称圆振筛）和直线运动振动筛（简称直线振动筛）。根据激振器不同，圆振动筛分为块偏心（型号：YK）圆振动筛和轴偏心（型号：YA）圆振动筛。圆振动筛按工作时激振器轴上胶带轮的几何中心在空间的位置的变化与不变化可分为：限定中心圆振动筛、不定中心圆振动筛和自定中心圆振动筛。振动筛的分类见图2-1。在此只就直线振动筛介绍一些：直线振动筛是利用同步异向旋转的双不平衡重激振器，使筛箱振动的筛子。其筛面可采取水平或是缓倾斜安装，筛箱运动轨迹为直线，它与水平线的夹角为3060左右。直线振动筛的筛箱有较大的加速度，所以，适合于煤炭中、细粒级的脱水、脱泥和脱介，也可用于中、细粒级物料的分级。该机构结构简单、使用可靠、筛分效果好，是目前国内外选煤厂使用最广泛的一种筛分机械。2.1.2 直线振动筛的工作原理直线振动筛结构紧凑，振动参数合理，运动平稳，维修方便，有较高的筛分和脱水效率。被广泛用于物料脱水、脱介、脱泥以及干式和湿式分级；也可在磨矿回路中，与球磨机构成闭路，作细粒物料分级。图2-2是直线振动筛的结构示意图。图中筛箱1用弹簧2支撑在机架上或横梁上（也有采用四根弹簧吊杆悬挂在机架或横梁上），双轴激振器3安装在筛箱上，依靠激振器产生的定向激振力，使筛箱作倾斜的往复运动。图2-3是双轴激振器的工作原理图。直线振动筛的双轴激振器，实际上是由两个单不平衡重激振器组合而成。因此，当两个不平衡重激振器的两根轴同步异向回转时，在各瞬时位置中，；两根轴上不平衡重所产生的离心惯性力，在沿xx方向的分力总是互相抵消，而沿yy方向的分力总是互相叠加。因此，形成了单一的沿yy方向的激振力，依靠此力驱动筛箱作直线往复运动。如图2-3所示，当双不平衡重量运转到（1）和（3）位置时，其离心力完全叠加，激振力最大；在转到（2）和（4）位置时，其离心力完全抵消，此时激振力为零。振动筛（按振动频率是近似等于还是远离共振频率分为）共振筛惯性振动筛（按振动轨迹分为）圆振动筛（按工作时激振器轴上胶带轮的几何中心在空间位置变与不变可分为）直线振动筛（按驱动电机数目分为）椭圆振动筛限定中心圆振动筛不限定中心圆振动筛自定中心圆振动筛（按偏心构件不同分为）轴承偏心式自定中心圆振动筛胶带轮偏心式自定中心圆振动筛单电动机驱动直线振动筛（按激振器类型分为）筒式激振器直线振动筛箱式激振器直线振动筛双电动机驱动直线振动筛（按电机是否振动分为）普通电机驱动式直线振动筛振动电机驱动式直线振动筛图2-1 振动筛的分类图2-2 直线振动筛的结构1-筛箱；2-弹簧；3-激振器 （1） (2) (3) (4)图2-3 激振器的工作原理根据图2-4可以求出双激振器所产生的激振力。当激振器工作时，每单个不平衡重所产生的离心力为 式（2-1）式中 不平衡重的质量，kg/cm； R 不平衡重的重心回转半径，cm； 不平衡重的回转角速度，rad/s。离心力在yy方向上的分力（激振力）为 式（2-2）图2-4 激振力计算如果激振器的两根轴上各有一块同样的不平衡重，则所产生的总的激振力为 式（2-3）式中 m不平衡重的质量和，kg/cm； T转动时间，s；P不平衡重产生的离心力总和，kg。直线振动筛一般是远离共振区工作的。这时，筛箱运动的方向和激振力的方向相反。筛箱倾斜振动时，物料被斜向抛起后又落下，并进行筛分。2.2 侧梁激振脱水筛原理方案设计2.2.1 设计任务书（1）双振幅 810mm（2）生产率（处理量） 40t/h（3）筛面面积 7.8 筛面宽度 3.9 筛面长度 2.0 筛面层数 单层（4）筛孔尺寸（条缝筛板） 0.5mm（5）单点动载 167.5kg（6）电机功率 22kw本侧梁激振脱水筛用于煤泥浆脱水，入料粒度在13mm以下，入料水分40%50%，产品水分28%。2.2.2 原理方案确定原理方案见图2-5所示。总功能（将来料脱水）承载物料（筛箱）振动（箱式激振器）减振（橡胶弹簧）脱水（筛网）支承固定图2-5 侧梁激振脱水筛原理方案图筛子设计的原理方案比较简单，筛框、激振器、弹簧、筛面的组合便能完成其全部功能。变化较多的表现在其结构方案的确定上。2.3 侧梁减振脱水筛结构方案设计在上一节的原理方案设计中，我们将侧梁减振脱水筛的总功能分成承载物料、振动、减振、脱水等几个子功能。与功能相适应，我们选择了筛框、激振器、弹簧、筛面及固定装置和其它零部件。本节我们对这些零部件进行结构方案设计。侧梁激振脱水筛工作时，由电动机转动通过传动轴传送给激振器，然后现由激振器高速转动产生离心力，使之产生振动，从而使筛面上的物料边振动边透筛，边向前移动。挡料板和筛网与激振梁一体的，所以整段筛面都会跟着振动，使该设备，能够有效的脱水。同时筛箱有六个单独的支撑座通过橡胶弹簧减振。整个筛箱的支撑点都落在弹簧支架上，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，减小对地基的破坏。2.3.1 筛框筛框由H型梁、支网梁、梯形梁、加强梁、加强管梁、腹板、出料板、后挡板等部分组成，其正视图见图2-6所示。筛框属于焊接件，其中，管梁除两端外，严禁在其垂直轴线的剖面方向存在焊缝。支承焊接筛网上的支承筋板，要求整条长度下料（禁止份两段下料），整条长度往管梁上焊接，以避免分段下料焊接时在接头处产生应力集中，防止管梁在工作中断裂。筛框所有连接件采用铰制孔螺栓连接，连接可靠。横梁为无缝钢管并加槽钢结构，筛框侧板为平板腹板结构，筛箱整体刚度好。出料槽伸出部分的下面必须要布置适量数量的筋板，以加强其刚度，防止工作中因底板上下煽动而损坏。但我所设计的出料槽下面有槽钢，伸出部分150mm，因此只须将出料底板与槽钢之间用螺栓-斜揳加以连接。振动筛后挡板与侧板应采用交错排列的两排螺栓，以增加其连接刚度。图2-6 筛框振动筛带腹板的侧板，二者之间可塞焊连接，也可用铰制孔螺栓连接。我所选用的是塞焊连接，连接时，钻孔直径不小于15，推荐使用16或17，以便于排除塞渣而保证焊接质量。2.3.2 激振器激振器的主要类型有偏心块、偏心轴、激振电机等结构形式。偏心轴、激振电机结构简单，但一般情况下激振力较小；偏心块结构较复杂，但增大偏心块可产生较大的激振力。由于我设计的侧梁激振脱水筛振动质量较大，在振幅一定的情况下，所需的激振力也就较大，故采用偏心块激振器。偏心块激振器又有种特殊的类型，那就是箱式激振器。我所设计使用的就是这种箱式激振器，其结构见图2-7所示。它主要是由两个斜齿轮、一个长轴、一个短轴、四个偏心块、四个轴承以及箱体、距离套、各种密封件、螺塞组成。图2-7 箱式激振器结构1偏心块 2激振器长轴 3轴承 4齿轮 5端盖 6密封盖 7距离套1 8平键1 9O型密封圈 10距离套2 11唇形密封圈 12箱体 13平键2 14距离套2箱体是支承和容纳机器中各种运动零件的主要零件。它的主要功能有：（1）支承并包容各种转动零件，如齿轮、轴和轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以存储润滑剂，实现各种运动零件的润滑。（2）安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护了机器操作者的人身安全，并有一定的隔振、隔热和隔声作用。（3）使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。（4）改善机器造型，协调机器各部分的比例，使整机造型美观。我所设计的箱式激振器的箱体是铸造箱体，常用的材料是铸铁，而我用的是铸钢。铸钢箱体的特点是结构形状可以比较复杂，有较好的吸振性和机加工性能。轴承采用干油润滑，不存在漏油问题。关于密封圈，我选用了O型密封圈和旋转轴唇形密封圈。橡胶O型密封圈具有双向密封能力，可作为动密封件，亦可作为静密封件。唇形密封圈截面中有一个或数个唇口，具有比挤压型密封圈更显著的自紧作用。在密封盖和端盖之间留有一定的迷宫型缝隙，以减少灰尘进入箱体。为预防偏心块旋转时带来的对人身的不安全，故在箱体外设有护罩，护罩上开两个圆孔，以便随时观察其运动状态。其它零件，如：激振器轴、齿轮、偏心块等主要零件的设计见本书5.1节所示。2.3.3 筛面及其固定装置图2-8 不锈钢无缝筛面15筋板 6圆钢8 7三角筋8直线振动筛的筛面，采用带框架的不锈钢筛面。我所采用的是不锈钢条缝筛面，是由筛条、穿条或横向支条及框架组成。用的最多的为1Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9。在某些情况下，也可采用价格降低1Cr17、1Cr13、低碳钢和黄铜等材料。筛面由数块筋板焊接而成，左边焊一圆管，右边焊两圆管。左边与另一筛面的右边相连，右边与另一筛面的左边相连，更加保证若干节筛面之间的平行度。具体形状见图2-8所示。筛网的有关设计见本书5.2所示。筛面固定方式是沿筛箱两侧处采用压楔装置进行压紧，中间各筛板之间则是用U型螺栓与筛网压板和支网梁连接紧固起来。2.3.4 支承装置根据 JB/Z145之规定，该系列振动筛安装方式为座式。依据我所设计的脱水筛的具体质量，每台振动筛由六组弹簧支承，每组弹簧视振动筛的规格不同，可以由一至三个弹簧组成。支承弹簧可用橡胶弹簧和螺旋弹簧，亦可使用复合弹簧。考虑到橡胶弹簧比其它弹簧有着以下显著优点：（1）有良好的弹性和足够的强度，使用寿命长；（2）疲劳失效后不像金属螺旋弹簧会突然断裂而影响生产；（3）噪声低；（4）制造和维修方便，成本低。于是我最终决定选用橡胶隔振弹簧。2.3.5 传动装置传动方式一共有两种：直接传动和非直接传动。（1）直接传动六级电动机通过联轴器驱动箱式激振器。其中联轴器有三种形式，设计中视需要而选用。万向联轴器图2-9 万向联轴器该联轴器是汽车的通用件，该联轴器也可用于两激振器之间的联接。其示意图见图2-9所示。如果振动筛的宽度较大，亦可适当的将轮胎，联轴器的轴加长，使其满足设计需求。但须注意的是：把联轴器加长段与已切割成两段的联轴器在焊接时，应严格对齐。对正，否则在脱水筛工作时，联轴器会在运动过程中“摇头”，影响使用寿命。轮胎联轴器它由法兰和数片胶带组成。由于其轴向刚度较大，可以传递很大扭矩；径向刚度很小，因而可承受较大的径向跳动变形，常用于电动机与激振器的联接。它轴向尺寸较小，可以减小振动筛的宽度。其示意图见图2-10所示。图2-10 轮胎联轴器橡胶联轴器（三爪挠性联轴器）该联轴器由法兰、圆形平皮带、压板、螺栓等组成。这种联轴器轴向尺寸较大，可用于两激振器之间的联接。（2）非直接传动电动机经过一级三角皮带减速，再通过联轴器与激振器联接。联轴器也可选用前述的三种联轴器，视实际需要而定。在了解各种传动特点的基础之上，再考虑并依据脱水筛的实际应用，我们选用的是直接传动。其中，电动机与激振器之间的联接考虑到电动机的防振问题，选用可传动很大扭矩，可承受较大的径向跳动变形的轮胎联轴器。两激振器之间的联接选用万向联轴器。3 物料的运动分析和工艺参数的选择3.1 物料的运动分析振动筛的工艺参数是指振幅、频率、振动方向角、筛面倾角、筛面长度、宽度和生产能力等。这些参数通常是根据物料的运动状态来选取。物料的运动状态决定着筛分机的筛分效果和生产能力。在振动筛面上聚集着颗粒大小不同，形状各异的碎散物料群，只有下层物料与筛面接触，其余的只是间接的受到振动筛的影响，它们既各自独立运动，又相互干扰。因此，物料在振动筛面上的运动是复杂的。为了寻找筛分机各工艺参数与物料运动状态之间的关系，直到1950年克洛克豪斯博士提出了单个颗粒在振动筛面上的运动理论。这种纯理论性的分析方法，可以提供定性的结果，在实际应用中，再考虑一些实际影响因素后，有些结论还是有价值的，并为振动筛设计所应用。3.1.1 筛面的运动方程直线振动筛的筛面是沿振动方向做简谐振动，筛面的位移方程可用下式表示： 式(3-1)式中 S筛面运动的位移，m； A筛面的振幅，m； 激振器轴回转相位角，； 轴的转动角速度，rad/s； t 时间，s。筛面运动时的位移、速度和加速度分别在平行于筛面的x方向和垂直于筛面的y方向的分量为：