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需 要 CAD 图 纸 ， Q 咨 询 414951605 或 1304139763图 纸 预 览 请 见 文 档 前 面 的 插 图 ， 原 稿 更 清 晰 ， 可 编 辑本科生毕业设计(论文)题 目: 一种矿用椭圆振动筛分机结构设计英文题目: Structure design of elliptical vibrating screen of mine used系 : #专 业: #班 级:系，专业，班级请参照书写规范学 生: #学 号: #指导教师 1: # 职称: #指导教师 2: # 职称: #北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）声 明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 论 文 是 本 人 在 指 导 教 师 的 指 导 下 进 行 的 研究 工 作 及 取 得 研 究 结 果 。 论 文 在 引 用 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 的 研 究 成 果 时 ，已 经 作 了 明 确 的 标 识 ； 除 此 之 外 ， 论 文 中 不 包 括 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写的 研 究 成 果 ， 均 为 独 立 完 成 。 其 它 同 志 对 本 文 所 做 的 任 何 贡 献 均 已 在 论文 中 做 了 明 确 的 说 明 并 表 达 了 谢 意 。学 生 签 名 ： _ 年 月 日导 师 1 签 名 ： _ 年 月 日导 师 2 签 名 ： _ 年 月 日北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-I-摘 要面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为工业重要设备的各类机械工艺装备也有了许多新的变化，尤其是振动筛分机械产品，其在今天机械产品的地位越来越重要。本课题从国内外目前振动的发展情况着手，系统的分析了双轴椭圆振动筛的工艺、作用、发展趋势等等，然后又分析了振动筛的结构，零部件，振动原理，筛分工艺特点等发面的一些大致的情况。本课题主要介绍一种双轴自同步椭圆振动筛，通过振动筛的具体设计步骤以及相关参数的选择与计算，充分熟悉了振动筛的结构特性，以及机械设计方面的经验，可以为其他振动筛的设计做个示范。关键词 双轴 椭圆振动筛 激振器 筛分设备 筛体 北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-II-Structure design of elliptical vibrating screen of mine usedAbstractFacing the rapid development of Chinas economy in recent years, the growth of machinery manufacturing industry, in the national economy occupies an important position in the field of manufacturing industry to be healthy and rapid development. The improvement of manufacturing equipment, making all kinds of machinery and equipment as the important equipment of industry also has many new changes, especially vibration screening machinery products, and its status in todays mechanical products is more and more important.This topic from at home and abroad at present, vibration of the development to proceed, system analysis of the biaxial elliptical vibration sieve process, function, development trends and so on, and then analyzes the structure of vibrating screen, some of the general parts, the principle of vibration screening process characteristics.This paper mainly introduces a biaxially self synchronized elliptical vibration screen, through the vibrating screen design of the specific steps and parameters selection and calculation, fully familiar with the structure characteristics of vibrating screen, and mechanical design experience, as a demonstration to other vibration screen design.Keywords：Dual-axis Elliptical vibrating screen Vibration exciter Screening equipment Sieve北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-III-目 录摘 要 .I目 录 .III引 言 .11 绪 论 .21.1 矿 用 振 动 筛 介 绍 .21.2 国 内 外 筛 分 技 术 的 研 究 现 状 .41.2.1 筛 分 技 术 和 筛 分 机 械 的 发 展 .41.2.2 振 动 筛 分 机 械 的 历 程 .61.2.3 矿 用 振 动 筛 简 介 .71.2.4 椭 圆 振 动 筛 研 究 现 状 .71.2.5 振 动 筛 自 同 步 特 性 的 研 究 现 状 .81.3 本 章 小 结 .92 椭 圆 振 动 筛 的 原 理 .102.1 椭 圆 振 动 筛 力 学 原 理 .102.2 筛 面 上 颗 粒 群 运 动 理 论 及 等 厚 筛 分 的 提 出 .122.2.1 物 料 颗 粒 群 的 分 层 .122.2.2 物 料 颗 粒 的 透 筛 .142.2 椭 圆 轨 迹 振 动 筛 简 介 .152.3 惯 性 振 动 筛 的 设 计 步 骤 .162.4 筛 机 工 艺 参 数 的 选 择 .172.4.1 抛 射 强 度 与 振 动 强 度 .172.4.2 筛 面 倾 角 、 振 动 方 向 角 的 选 定 .202.4.3 工 作 频 率 与 振 幅 的 选 定 .212.5 双 轴 椭 圆 轨 迹 振 动 筛 的 结 构 及 关 键 部 件 确 定 .222.5.1 振 动 筛 的 结 构 组 成 .222.5.2 振 动 筛 参 振 质 量 .23北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-IV-2.5.3 振 动 筛 弹 簧 刚 度 .232.5.4 筛 箱 参 数 设 计 .252.5.5 激 振 装 置 设 计 .272.5.6 电 机 功 率 计 算 与 电 机 选 择 .292.6 本 章 小 结 .303 振 动 筛 的 基 本 尺 寸 的 确 定 .313.1 激 振 器 轴 的 设 计 .313.2 激 振 块 的 设 计 .333.3 小 横 梁 的 设 计 .343.4 筛 板 的 设 计 和 计 算 .343.5 筛 箱 形 状 的 确 定 .353.6 振 动 筛 质 量 的 计 算 .363.7 激 振 器 结 构 设 计 .373.7.1 外 部 结 构 .373.7.2 内 部 结 构 .383.8 其 他 零 件 的 介 绍 及 尺 寸 的 确 定 .393.9 本 章 小 结 .404 振 动 筛 相 关 的 强 度 校 核 .414.1 键 的 校 核 .414.2 轴 承 寿 命 的 校 核 .424.3 本 章 小 结 .44结 论 .45参 考 文 献 .46在 学 取 得 成 果 .48致 谢 .49附 录 .50北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-1-北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-2-北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-3-北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-4-北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-5-引 言 振动筛是现代许多企业应用相当普遍的一种机械，它可以实现物料的粒度分级、洗涤、脱水、脱介等工艺过程。近 20 年以来，振动筛有着极其迅速的发展，现已在很多工业部门得到了广泛的应用，不同的部门需要不同的振动筛完成各种不同的工艺过程，这也是振动筛种类繁多的主要原因。椭圆振动筛相对于直线振动筛和圆振动筛来说，兼顾了直线筛的高效和圆振动筛的高质量的特点，是现今振动机械发展的一个方向。自同步的应用使得振动筛可靠性增加，经济型增大，简化筛体结构，降低故障率。北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-6-北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-7-1 绪 论自古以来煤炭资源在我国都是主要能源，大概占一次能源总量的 70%。如今，我国的煤炭行业面临着非常严峻的两个问题：原煤质量差，加工和利用率低。提高原煤的洗选率，是解决这两大问题的主要途径，振动筛在其中扮演的角色尤为重要 1-3。振动筛是现代许多企业应用相当普遍的一种机械，它可以实现物料的粒度分级、洗涤、脱水、脱介等工艺过程。近几十年以来，振动筛发展速度空前，不同的部门需要不同的振动筛完成各种不同的工艺过程，这也是振动筛种类繁多的主要原因。比如普通圆振动筛被较多的应用于冶金行业，其主要作用是对矿石进行第一级的筛分，后程对筛分后的结果进行检查，带有细筛网的圆型振动振筛还通常用来对对矿产品进行粒度的分级；热矿筛和冷矿筛主要应用在烧结厂，这种筛子一般是采用直线轨迹的运动；煤炭生产部门对振动筛的应用比较多，由于在煤炭的生产过程中需要对产品进行粗煤、精煤和煤粉的分级和脱水脱介，对振动筛需求的种类也最多，包括圆轨迹振动筛、直线轨迹运动振动筛、香蕉振动筛以及概率筛等等都是煤矿企业单位经常使用的筛分设备；振动筛在水利电力部门也有相当广泛的应用，比如发电需要煤炭，需采用圆振筛对煤炭进行分级，在水电站的建设过程中，工程需要大量的砂石建设材料，在使用前也需要各种振动筛对原材料进行处理；交通部门对于石头石渣的分级，对物料进行清沙除泥的时候也要用到振动筛；新型的弛张筛和水煤筛也通常被应用在环卫部门的垃圾处理环节。在石油开采行业，钻井液内的沙石、岩屑也需要由振动筛进行过滤来保证钻井设备的正常运行。由于效率较低，一些早期运用普遍的滚轴筛、圆筒筛和摆动筛等已经逐渐被淘汰，取而代之的是更多新型的适用于不同筛分需求的高效振动筛产品。现今社会对筛机的类型和筛分质量的要求越来越高，振动筛分设备发展的主要趋势是大型化、高强度化和轻型化。振动筛技术水平的高低和筛体质量的好坏，关系到与其相关工艺效果的好坏、生产效率的高低，从而会对企业的经济效益产生直接的影响。而振动筛在所有筛分机械中占有量约为 95，正因为它具有结构简单、处理能力大、工作可靠等诸多优点，才会在所有筛分设备中占有绝对的优势 4。1.1 矿 用 振 动 筛 介 绍振动筛主要的作用是对物料进行筛分分级，无论是开采出来的矿石、煤炭还是建筑石料等其他的矿物原料，初始情况都是由大小不等的颗粒组成，不同的工况需要不同大小的颗粒，在物料进一步的使用前要先进行筛分 1。筛分的原理是利用多孔筛网通过振动迫使物料在筛面上跳跃完成不同颗粒级物料按照直径进行分级。在选矿中，振动筛主要配合破碎环节进行预先的筛分或者进行破碎后的效果检验，所以振动筛是选矿过程中重要设备之北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-8-一 2,3。常用的筛分设备中，振动筛具有效率高、设备成本低的优点，所以在筛分行业中得到了广泛的应用 4。随着科技的发展，振动筛的种类和功能也越来越多。除了最常见的直线振动筛、椭圆振动筛和概率筛，还有弧形的筛、香蕉筛等新式筛分设备筛 5。矿用振动筛分设备的主要部件包括包括筛箱、激振器、弹性元件和支护设备组成 1。作为物料筛分设备，振动筛被广泛的应用于各个工业部门，不同的部门需要不同的振动筛完成各种不同的工艺过程，这也是振动筛种类繁多的主要原因 18-21。比如普通圆振动筛被较多的应用于冶金行业，其主要作用是对矿石进行第一级的筛分，后程对筛分后的结果进行检查，带有细筛网的圆型振动振筛还通常用来对对矿产品进行粒度的分级；热矿筛和冷矿筛主要应用在烧结厂，这种筛子一般是采用直线轨迹的运动；煤炭生产部门对振动筛的应用比较多，由于在煤炭的生产过程中需要对产品进行粗煤、精煤和煤粉的分级和脱水脱介，对振动筛需求的种类也最多，包括圆轨迹振动筛、直线轨迹运动振动筛、香蕉振动筛以及概率筛等等都是煤矿企业单位经常使用的筛分设备；振动筛在水利电力部门也有相当广泛的应用，比如发电需要煤炭，需采用圆振筛对煤炭进行分级，在水电站的建设过程中，工程需要大量的砂石建设材料，在使用前也需要各种振动筛对原材料进行处理；交通部门对于石头石渣的分级，对物料进行清沙除泥的时候也要用到振动筛；新型的弛张筛和水煤筛也通常被应用在环卫部门的垃圾处理环节。在石油开采行业，钻井液内的沙石、岩屑也需要由振动筛进行过滤来保证钻井设备的正常运行。随着筛分技术的逐渐发展，早期应用较广的滚轴筛、圆筒筛和摆动筛等已慢慢的退出历史舞台，根据不同的需求，更高技术的不同种类的振动筛不断的出现在人们的眼前 22,23。工业的发展对筛分设备的种类和分级效果的要求越来越高，振动筛分设备发展的主要趋势是大型化、高振动强度和轻型化 24-28。这为生产企业带来机遇的同时，也带来了挑战。振动筛的设计偏向大型化、高强度和轻型化，企业在所难免会面对相应的技术问题。大型高速的振动筛运行时的轨迹不好控制，且容易出现运行不平稳，横向振动干扰明显；高振幅轻型化的大型振动筛对筛子本身的强度要求很高，需要理论的指导支持。对于我国的某些大型振动筛分设备制造厂家，由于已有很高的科研理论水平，遇到的技术问题完全有能力自主解决。但对于中小型的制造企业，一方面迫于形势压力不得不改进振动筛的设计，另一方面又没有相应的理论支持，这不仅对企业本身形成一种压力，对我国企业结构的合理性发展也是一个阻碍。振动筛分机械主要是利用振动对粒度大小不同的混合物料进行分级，有时振动筛分机械也常用于混合物料的脱水、脱介及对物料表面污泥的清洗。振动筛分机的种类繁多，根北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-9-据其筛分原理和工艺要求的不同可分为：圆振动筛、直线振动筛、等厚筛、概率筛分机、GPS 型高频振动细筛、电磁振动旋流筛等类型。振动筛惯性振动筛共振筛其他振动筛圆振动筛直线振动筛椭圆振动筛等厚筛概率筛分机G P S 型高频振动细筛电磁振动旋流筛图 1-1 振动筛的分类1.2 国 内 外 筛 分 技 术 的 研 究 现 状1.2.1 筛 分 技 术 和 筛 分 机 械 的 发 展人们早在几百年前就已经使用筛分机械对煤炭和建筑行业中的原材料进行分级了，最初的时候，振动筛的形式是没有动力消耗的固定格筛。工业技术的不断进步催生了滚轴筛和摇动筛，在这个时期，出现了简易形式的振动筛分机。概率筛分机最早出现在七十年代，主要针对潮湿有粘性的颗粒直径较小的细粒物料进行筛分。概率筛分机的理论基础是概率筛分理论。研究表明，物料筛分过程中的透筛概率与物料颗粒间的相对粒度有很密切的关系，具体说来，筛分中的颗粒群，直径小的颗粒透筛的概率要比直径相对大的颗粒大的多，相同的跳跃次数条件下，大颗粒有更高的概率不透筛。同一个筛孔尺寸的筛面，在改变了筛面倾角以后，筛分物料的分离粒度就发生了变化，带有倾角的筛面，筛孔尺寸相对于颗粒变大，筛分过程中就更不易堵孔，从而提高了筛分的效率。紧随着概率筛分理论的应用，很快等厚筛分理论也应用在筛分设备上，出现了等厚筛分机，等厚筛分机械不仅处理能力比以往的振动筛强，同时由于筛分时物料等厚落下，改进了以往机器在生产过程中落料容易堆积的现象 。近几年，由于磨料和石粉制造部门的需求，多层的细物料筛分机应运而生。由于在筛分效果和筛分效率上都有非常大的改进，它的出现直接淘汰了该行业中之前使用较多的摇动筛分机械。随着适用于不同行业部门的振动筛分机械的种类不断的增加，人们对于振动筛的研究方向也从刚开始的筛分效果逐渐转移到振动筛的强度、寿命和噪声等方面，越来越关注振北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-10-动筛的综合性能。很多的筛分机械生产企业投身研究高频率、大振幅的振动筛分机，同时为了降低对筛箱的冲击采用阻尼力较大的橡胶弹簧；筛面方面选用寿命更长的橡胶筛面或聚氨酯筛网，另外，振动筛工作时噪声过大问题也是学者们研究的对象，新的技术和理论不断的被应用，推动着振动筛分机械的持续创新发展。随着计算机技术的发展，各种工程用的仿真设计软件被广泛使用，也是振动筛进入高端多极化的催化剂。计算机仿真技术的成熟，使得机械设备的设计和仿真分析变的非常简单，缩短了新产品的开发周期，振动筛分机械更是跳跃式的发展，总体来说，目前国内外筛分机械的发展的主要趋势有：(1)向高效率低耗能的方向发展。随着科技的不断进步，也为了适应大规模的生产处理量，人们的目光开始越来越多的转向大型化振动筛的研究与使用。大型振动筛的处理能力提高了，但是伴随而来的是大型筛的投入和产出比，在追求高效率的同时，还要降低成本投入。从大型振动筛的整个生产过程的考察，降低耗能主要从振动筛本身结构的优化上着手，保证大型筛处理能力和强度的同时通过理论分析和现场试验结合，简化振动筛结构，减轻其质量，达到较少投入的目的。鞍山重型机器股份有限公司与沈阳理工大学合作开发的ZXF 4392/6型大型振动筛，其工作面积达到 ，每小时处理能力达到 吨。该239.56m250筛的推出不仅打破了德国、澳大利亚在国内的长期垄断，而且也拓展了中国的振动筛在印度等海外市场。(2)振动筛生产的集约化和系列化。产品的集约和系列化主要是振动筛的生产企业从自身的生产过程考虑出发的，通过系列化集约化的生产振动筛能够加快产品的设计更新，保证其专业化生产，而且可以有效的降低成本。(3)大型筛的高强度和大倾角。这主要是从提高振动筛的处理能力角度考虑，根据振动筛理论，提高振动筛筛分能力的方法主要有调节振动筛的激振力，提高振动频率和加大筛面倾角等几种方式。1.2.2 振 动 筛 分 机 械 的 历 程最早的筛分机械的研究与生产可以追溯到 16 世纪，出现在欧洲，直到 18 世纪借助欧洲工业革命，筛分机械才得到迅速的发展 6。到目前，筛分机械领域已经发展的相当完善，机械设备的制造水平也相当高 7。国内的筛分设备的研究设计水准与国际比差距还是相当明显的，筛分机械设备的研发创新还都来源于国外的筛分设备公司 8。国际上筛分设备方面的大公司主要有 9-12，德国的肖申克公司，致力于设备种类的开发，已可以提供出近 300 种的筛分设备； KHD 公司在筛分设备的通用化方面做得相当出色；在技术创新方面，双倾角的筛分设备已被 KUP和海音乐曼公司开发出来；通过结合旋转和旋和运动，东海株式会社和 RXR 等公司合作北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-11-开发出了垂直料流筛，此种筛子对小直径物料的一次分级效果非常好；振动设备国内的的研究开始，最早出现在解放初期。由于起步较晚，我国的振动筛分设备在发展过程中不可避免的经历了测绘仿制阶段，上世纪五十年代，我国生产中必需的振动筛分设备主要引进自前苏联和波兰等国家。引进的振动筛主要有 TYll 型圆振动筛和WP 型吊式振动筛。通过对引进的各种振动筛的测绘仿制，在这个时期我国仿制出国产振动筛，有 SZZ 系列的自定中心振动筛，在对国外的振动筛进行测绘转化的过程中，我国的科学家也在逐步的考试自行研究振动筛。二十世纪六十年代中期至八十年代初这段时间里，我国的学者先驱们通过自己的努力成功研制出了一批性能优良的新型振动筛分设备。其中包括在当时已属于大型筛的 1.5m3m 的重型筛、面积为 18 平米、32 平米的共振原理筛系列、双激振轴的振动筛系列以及自同步运动振动筛、香蕉筛、概率振动筛和冷热矿筛系列等等。在技术理论方面，学者们开始初步的使用自同步理论，设计时采用偏心块振动器、复合弹簧等当时已经相当先进的技术。由仿制到自行研制，这是我国振动筛分设备发展阶段非常重要的一步，从此以后，我国振动筛分设备的发展进入了迅速提高阶段。改革开放以后，我国加大了对国际上发达国家先进筛分设备产品的引进，日本德国等机械传统强国都是引进的对象，这也为国内对筛分设备的发展提供了与国际接轨的机会。在这一阶段，我国研制出一批技术含量相当高的振动筛，在相关科研技术方面取得了重大突破。比如振动概率振动筛、弛张筛、螺旋式三段筛以及在现在都属于振动筛分先进领域的琴弦振动筛和旋流振动筛都在这一时期有了技术上的突破。 1.2.3 矿 用 振 动 筛 简 介矿用振动筛主要由筛箱、减震弹簧，激振器，激振电机以及弹簧底座等部分组成。振动筛主要的作用是对物料进行筛分分级，无论是开采出来的矿石、煤炭还是建筑石料等其他的矿物原料，初始情况都是由大小不等的颗粒组成，不同的工况需要不同大小的颗粒，在物料进一步的使用前要先进行筛分 1。筛分的原理是利用多孔筛网通过振动迫使物料在筛面上跳跃完成不同颗粒级物料按照直径进行分级。在选矿中，振动筛主要配合破碎环节进行预先的筛分或者进行破碎后的效果检验，所以振动筛是选矿过程中重要设备之一。激振器一般是安装在筛箱侧板上，有多个偏心块组成即激振结构，激振器也可以选择市面上的成品激振器，安装在筛箱上面的主横梁上，传递激振力。激振器的密封形式一般采用迷宫式的油封，润滑脂润滑。筛箱的侧板一般选用20号锅炉钢板，结构强度大，不易变形，热稳定性好。北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-12-1.2.4 椭 圆 振 动 筛 研 究 现 状我国最早的椭圆筛方面的研究主要是在钻井液振动筛中率先开展的，起始于 20 世纪末。当前在变轨迹筛方面的研究基本上都是基于筛面运动方程进行特定结构参数下的振动特性分析；此外目前椭圆振动筛的结构构成一般都是在单轴筛、双轴筛基础之上进行变化的，由于单轴或者双轴筛能提供的激振力有限且激振力过于集中，不利于振动筛大型化的发展，应向多轴发展单轴椭圆筛的运动特性最早在 1989 年出版的筛分破碎及脱水设备圆振动筛一节中简单提及过，该文中对激振力在筛箱重心上方和下方的两种布局方式所产生的运动特性差异进行了基础层面的描述 18。在此基础之上，1998 年中石油的程方强工程师在单轴椭圆型振动筛的理论分析一文中详细给出了单轴非对称变轨迹筛相比与普通椭圆单轴筛的动力学优势，第一次引入了激振中心偏离质心的极限位置的概念，并通过几组特殊参数给出了筛面的计算机模拟运动特性 19。2002 年 7 月河北农业大学钱东平教授通过实验对单轴筛的筛分性能进行了相关分析，通过改变筛机的倾角和振动电机的位置以及激振力等参数，总结出这些参数对筛分性能的影响规律，并且给出了一些主要参数的取值范围。2003 年 11 月钱东平教授在之前实验基础之上对单轴筛进行了理论分析，就振动电机相对筛体质心的位移对筛面运动状态的影响进行了计算机模拟，找出了它们之间的相互关系，从理论上论述了振动电机位移对筛分性能的影响 20,21。在双轴平动椭圆筛上通过适当的调整激振力椭圆的中心与质心间的相对位置，可以实现筛面的变椭圆运动。2003 年 6 月侯勇俊副教授在原有双轴直线筛基础上进行了变直线筛的特性研究通过对筛面运动参数进行了仿真分析， 2006 年 11 月西华大学的晏静江在双轴变椭圆轨迹筛的理论方面进行了详细的推导与完善，并研制出效率较高的双轴椭圆振动筛，已经投入生产一线。通过使用后用户反映筛机整体结构合理，性能稳定，筛分效率高出同类设备，具有良好的市场前景。2007 年 7 月西南石油学院的侯勇俊博士就是基于ADAMS 对双轴变轨迹椭圆筛进行运动特性的初步分析，提出了根据此原理能够设计出比平动椭圆筛更为高效的筛分机 26,27。2009 年 4 月中石化的于京阁高级工程师建立了更为完善的合成激振力不通过筛箱质心时的筛箱振动模型，并通过解析再一次说明了变直线轨迹特性并分析了其应用在筛分机上的优缺点。1.2.5 振 动 筛 自 同 步 特 性 的 研 究 现 状双轴式和多轴式惯性振动设备，为了保证其各惯性激振轴的同步运转，可以通过强迫联系法和自同步方法来实现。由于自同步法具有噪声小、结构简单、运动平稳等诸多优点，在各个行业已得到了广泛的应用。自同步现象在自然界的存在是很广泛的。基于动力学、北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-13-机械学原理的自同步理论，可以实现两台或多台电动机的无强制自同步运行，于是自同步惯性振动设备就被研制出来。目前在各工业部门中，这类自同步振动设备技术已经被大范围推广，具体应用有自同步振动给料机、自同步振动输送机、自同步振动冷却机、自同步振动成型机、自同步振动筛等。1985 年闻邦椿研究了激振器偏移式自同步振动机的运动规律，导出了两个偏心转子做反向回转时的同步性条件和自同步运转的稳定性条件。2006 年 11 月西华大学的晏静江在双轴变椭圆轨迹筛的理论方面进行了详细的推导与完善，并研制出效率较高的双轴椭圆振动筛，已经投入生产一线。2006 年由湘潭大学陈文论证了三轴自同步理论的可行性，为三轴自同步椭圆筛的研制奠定了一定的理论基础。2007 年侯勇俊根据已经建立的三电机自同步振动筛的动力学模型，根据一般完整系统的 Hamilton 原理，导出了该振动筛的三电机自同步条件和同步的稳定性条件。其结果表明，三轴自同步椭圆筛在一定的条件下是能够实现自同步稳定运转。2008 年张楠、闻邦椿提出一种四电机激振的大型振动筛，并且建立了该振动筛系统的自同步条件和同步稳定性判据。1.3 本 章 小 结本章概括介绍了本课题的背景，筛分机械的简介以及筛分机械的发展历程，对椭圆振动筛的原理以及国内外的研究现状和发展趋势做了详细的介绍，最后提出了自同步实现的可能性。为后续的设计奠定了理论基础。北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-14-2 椭 圆 振 动 筛 的 原 理2.1 椭 圆 振 动 筛 力 学 原 理双轴椭圆振动筛动力学原理如下：图 2-1 椭圆振动筛动力学原理在图 2-1 所示系统中, 和 表示偏心质量 和 表示初始位置角度和, 和 表示偏1m212 1r2心质量的回转半径, 表示旋转角速度,2L 表示偏心质量回转轴之问的距离, 激振力 分别为 和 ，1F221mr2r激振力 和 两力作用线交点的坐标为：椭圆振动筛的运动模型如图 2-1 所示，根据 Lagrange 力学原理建立振动筛质心运动的数学模型如下：（2-1）22112sin()coscs()iinxyMkmrtmrt式中：M 为振动筛的参振质量（kg） ，J 为整个筛箱对质心 o 的转动惯量（kgm 2） ，北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-15-kx 、k y 分别为支承弹簧在 x、y 方向的刚度（N/m ） ，r1 、r 2 分别为偏心块半径（m） ，m1、m 2 为偏心块质量（kg） ，1 、 2 分别为激振角频率，且 1=2=（rad/ s） ， 1、 2 分别为偏心块 m1、 m2 的初始相位角（rad）,x、y 分别为 x、y 方向的位移（m） 。求得其稳态解为： (2-2)12sincos()xXttyY其中：,2111cosxmrXkM211sinymrkM, ，22x 22yY设筛箱上任意一点 D 的坐标为（D x，D y）,则筛箱上任意点的运动方程为：(2-3)12sincos()xXtt令 ; ;2A=1B; ,1CY2E=xD则式(2-3)可简化为：(2-4)cosinicsDxAtBtyCE消去时间参数 t，可得：(2-5)2222()()()DDExxyAByACB式(2-5)为椭圆方程，且任一点 D 的椭圆运动轨迹长轴方向与 x 轴的夹角 可表达为：北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-16-(2-6)221()arctn2CBAE其中，椭圆的长轴大小决定了振动筛在该点的抛射强度大小，而方向角 决定了在该点的抛射角度。2.2 筛 面 上 颗 粒 群 运 动 理 论 及 等 厚 筛 分 的 提 出筛分作业是利用多孔工作面（即筛面）将颗粒大小不同的物料进行粒度分级的过程。理论上尺寸大于筛孔的颗粒留在筛面上并沿筛面运动到出料端，称为该筛面的筛上物；小于筛孔的颗粒透过筛孔，称为该筛面的筛下物。振动筛在对物料进行筛分的过程中，并不是每个物料颗粒都是独立的在筛面上运动，而是大量物料相互堆叠成颗粒层分布的。2.2.1 物 料 颗 粒 群 的 分 层在对物料进行振动筛分的过程，实际上为物料进行分层和筛分的过程。分层是大小不同的颗粒在振动的作用下逐渐的按粒度的大小逐渐成层；透筛指小于筛孔尺寸的颗粒成功的透过筛孔。图 2-2 物料层简化模型由于筛面的振动作用，使得最先接触到筛面的颗粒获得较大幅度的抛掷加速度，由于料层缓冲的作用，这种加速度会随着筛分层向上逐渐减小。对于粒度较大的颗粒就有较大的动力冲破相互之间的粘滞作用到达料层的上部，而较小颗粒会逐渐下沉到料层底部。通过上述可知筛面振动的强弱与物料层的厚薄决定了物料分层的效果。振动强度太低，不足以实现物料的分层；振动强度过大，会影响单位时间内物料的透筛次数，对细物料透筛运动产生干扰，从而会影响分层。料层过厚颗粒的松散度将受到影响，会阻止细颗粒下移；料层太薄又会影响到筛分效率。基于物料分层模型对其作如下假设：物料层是由大量不同形状和不同质量的单个颗粒构成，颗粒与颗粒排列方式都是零散地上下堆叠，料层的整体厚度是所有颗粒层厚度的之北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-17-和，大小、质量相同的颗粒在筛面上方沿振动方向排列，每列由 n 个颗粒构成并且只有最下面的颗粒与筛面接触。根据以上假设可得，当物料层最下面的颗粒受到筛面以速度 v 的冲量作用时，每列最下层的颗粒会对其上面临近的那个颗粒造成冲击，这种冲击会由下而上逐个传递。在这一过程中任意相邻的颗粒的接触过程，可以看成是一次弹性到塑性的冲击过程。假设颗粒间碰撞为完全相同球体的对心碰撞，并且其冲击过程由下而上逐层传递。与筛面接触的第一个颗粒受到筛面 v 的作用并且以速度 v1 冲击第二个颗粒，则第二个颗粒的速度为：(2-7)12()S式中： 冲击系数，反应两个物体在碰撞后的能量损失系S数。物体的冲击系数 越大，说明冲击后的能量损失就越小，一般由下式来决定：(2-8)0hS式中：h 颗粒自由下落的高度；h0 颗粒下落后的回跳高度。第 n 层颗粒受到冲击后的速度可表示为：(2-9)11()2nnvS由于恢复系数 ，故 且其值会随着 n 的增大而减小。在料层中，01S2S物料颗粒越大其排列的层数越小，则在第 n 层大颗粒的速度大于第 n 层小颗粒的速度。由以上可得颗粒群分层的几个结论：（1）筛面上最上层物料的垂直于筛面方向的速度与物料堆叠的的层数有关，且层数越多运动速度越低。（2）物料粒度的大小决定了物料群分层的层数，同时也决定了颗粒在筛面上的跳跃能力。粒度越大，颗粒跳跃能力越大，反之亦然。（3）粒度较小的细物料由于其跳跃能力较弱，会逐渐下沉至筛面并透筛，粒度较大的颗粒则被推挤到料层的上部，实现了物料的分层过程。北 京 科 技 大 学 天 津 学 院 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）-18-2.2.2 物 料 颗 粒 的 透 筛由于细颗粒比粗颗粒的透筛概率大，随着透筛过程的进行，相对粒度很小的物料在筛面入料端的排出量很大。因此物料中小于分级粒度的透筛量沿着筛面分布如图 2-3 所示。在筛面入料端由于所给的物料中细粒物料含量较高，即便是透筛量比较大，但由于整个物料层厚度较大，导致物料分层缓慢影响了筛分效率。在筛面的出料端，由于物料层厚度变薄，细粒物料减少而导致处理量下降，降低了筛分效率。理想的透筛量应是沿筛面的方向呈均衡分布，使筛面各段的透筛能力趋于“饱和 ”
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