煤炭筛选机(筛分机)毕业设计

一、绪论1.1筛分的概念广义的筛分是指将粒子群按粒子的大小、比重、带电性以及磁性等粉体学性质进行分离的方法。一般讲，筛分是利用筛子把粒度范围较宽的物料按粒度分为若干个级别的作业。具有直线轨迹的惯性振动筛为直线振动筛，简称直线振筛。这种惯性振动筛又称单轴振动筛，其支承方式有悬挂支承与座式支承两种，悬挂支承，筛面固定于筛箱上，筛箱由弹簧悬挂或支承，主轴的轴承安装在筛箱上，主轴由带轮带动而高速旋转。由于主轴是偏心轴，产生离心惯性力，使可以自由振动的筛箱产生近似圆形轨迹的振动1.2筛分设备的作用筛分作业是煤炭加工的重要环节，它广泛地应用于筛选长和选煤厂，对煤炭进行粒度分级、脱水、脱泥、脱介。就煤炭加工而言，筛分技术和分选技术处于同等重要的地位。我国生产的原煤一半以上是动力用煤，不同用户对动力用煤的粒度要求是不一样的，尤其是化工，发电等部门，对煤炭粒度要求很严格，如果超过规定限度，不但影响这些部门的正常生产，还会造成不小的浪费。例如在煤炭气化的过程中，若使用粉煤含量过高的块煤，不仅影响炉内气流畅通，降低造气量，严重时还导致气化炉填塞；机车和船舶由于锅炉通风强，烟筒短，如燃用含有较多粉煤的块煤时，粉煤不仅燃烧不完全而且还随着烟气飞走，造成浪费和环境污染；大型火力发电厂，绝大部分使用粉煤锅炉，若供应原煤和块煤，显然是不经济的。总之，将原煤筛选成多种粒度的产品，对路供应给各类客户，对合理利用煤炭资源是十分必要的。筛分可以为其他选煤方法创造条件。目前的各种选煤方法和分选设备往往都受到粒度的限制。不同的选煤方法都有一定的入料限度，过粗的大块不能分选，而粒度过细也很难回收。在选煤厂主要是将原煤分成块煤和末煤两种粒级，分别进行跳汰选煤和重介选煤。重介选煤对入料中的煤泥含量很敏感，它直接影响到介质系统的正常工作和重介分选的效果。通过分选去除细泥，减少煤泥对介质系统的污染，以及高灰细泥对精煤产品的污染；也可使跳汰机洗水粘度降低，有利于细粒煤的分选，从而提高分选效果。在动力煤选煤厂中，通常将小于6mm的干粒粉煤供给发电厂或者其他用户，而大于6mm的煤送入跳汰机分选，这也是依靠筛分作用来完成的。总之，在煤炭加工过程中，筛分作业不仅关系着动力煤产品对路供应，关系着动力煤，炼焦煤洗选产品质量的提高，也关系到煤炭资源的合理利用，环境保护和生产部门的经济效益。1.3筛分作业的分类（1）独立分筛其目的是得到适合于用户要求的最终产品。例如，在黑色冶金工业中，常把含铁较高的富铁矿筛分成不同的粒级，合格的大块铁矿石进入高炉冶炼，粉矿则经团矿或烧结制块入炉。（2）辅助筛分这种筛分主要用在选矿厂的破碎作业中，对破碎作业起辅助作用。一般又有预先筛分和检查筛分之别。预先筛分是指矿石进入破碎机前进行的筛分，用筛子从矿石中分出对于该破碎机而言已经是合格的部分，如粗碎机前安装的格条筛、筛分，其筛下产品。这样就可以减少进入破碎机的矿石量，可提高破碎机的产量。检查筛分是指矿石经过破碎之后进行的筛分，其目的是保证最终的碎矿产品符合磨矿作业的粒度要求，使不合格的碎矿产品返回破碎作业中，如中、细碎破碎机前的筛分，既起到预先筛分，又起到检查筛分的作用。所以检查筛分可以改善破碎设备的利用情况，相似于分级机和磨矿机构成闭路循环工作，以提高磨矿效率。（3）准备筛分其目的是为下一作业做准备。如重选厂在跳汰前要把物料进行筛分分级，把粗、中、细不同的产物进行分级跳汰。（4）选择筛分如果物料中有用成分在各个粒级的分布差别很大，则可以筛分分级得到质量不同的粒级，把低质量的粒级筛除，从而相应提高了物料的品位，有时又把这种筛分叫筛选。（5）脱水、脱介筛分筛分的目的是脱除物料的水分，一般在洗煤厂比较常见。此外，物料含水泥较高时，也用筛分进行脱泥。1.4筛分机的选择1.4.1影响筛分操作的物料特性影响筛分操作的物料特性有物料的容积密度、堆积角、颗粒形状吸湿性、由没有带静电、粒子表面水分、操作温度、粒度分布等。1.4.2选择筛孔选择筛孔必须考虑筛子的处理量、筛网的孔隙率、筛网的使用寿命及筛孔堵塞、粘着等因素。1.4.3实物试验通过试验机来决定筛子的各种参数，如筛网的运动形式、振动频率、振幅大小、使用筛网（孔径大小、网丝的直径、材质）及网面的倾斜角度等。在实际工作中选择筛分机一般使用类比法。当找不到完全相同的物料进行类比选择时，也不能只按制造厂提供的产品样本进行选择。以免发生严重的事故（堵网、产量不能满足要求等等）。必须进行实物试验，这样才能保证筛分质量，提高筛分效率。1.5筛分效率在筛分时，物料中小于筛孔尺寸的细粒级物料应该通过筛孔下排出，但是由于一系列原因，只有一部分细粒级通过筛孔排出，另外一部分夹杂于粗立级随筛上产品排出。筛上产品夹杂的细粒级越少，筛分效果越好，筛分效率就越高。1.5.1筛分效率的计算（1）筛分效率定义为筛下产品重量与给料中细粒级重量的比值。（1-1）式中 —筛下产品生产量；—给料量，t/h；—进料中小于规定粒度的细粒级含量，。由于与要用专门的称重设备才能求得，为了在实际操作中比较方便地求出筛分效率，可以按给料及筛上产品中细粒级含量来表达（1-2）式中 —筛上产品生产量，t/h；因为，所以，则式（1-2）分解为：（1-3）将式（1-3）带入式（1-1）得：（1-4）从而，对给料及筛上产品取样，并从样品中筛析出小于筛孔尺寸的细粒级含量、，即可算出筛分效率。（2）煤炭部门按式（1-5）来计算筛分效率（1-5）式中——筛上物中小于规定颗粒的细粒级含量，%；——筛下物中小于规定颗粒的细粒级含量，%；（3）煤冶金部门按式（1-6）来计算筛分效率（1-6）1.5.2影响筛分效率的因素（1）给料粒度筛分机给料中小于筛孔尺寸的细粒级，应该在筛分时都通过筛孔排出。实际上不可能都筛分出去，只有那些比筛孔小很多的细颗粒通过的概率高。而与筛孔尺寸差不多的颗粒通过概率低，颗粒越接近筛孔尺寸，通过筛孔越难，这些粒级的颗粒，称为“难筛粒”。所以，给料中难筛粒含量越多，筛分越困难，筛分效率就越低。（2）给料中水分含量给料中的水分含量低时，颗粒表面只有吸附水分和依附水分，对筛分效率影响不大。当给料中水分含量增加至以上时，将出现楔形水分。楔形水分使颗粒之间或颗粒与筛网之间产生内聚力，致使颗粒产生团聚，堵塞筛孔，影响筛分效率，当给料水分增加到以上时，颗粒间出现空隙水分，此时颗粒间的内聚力减少，颗粒团聚体松散成单体颗粒，其筛分效率又增高（湿法筛分）。1.6筛分机械设计的意义振动筛作为一种高效的筛分设备，被广泛地用于冶炼行业及其他行业的散粒料筛分。惯性振动筛由于结构简单，传给基础的动力小，筛分效率高，目前在选煤厂被广泛地采用作为准备筛分和最终筛分的筛分机械。直线运动振动筛是利用不平衡重激振器使筛箱振动的筛子，其运动轨迹一般为线形。由于其筛面的线形振动轨迹，使筛面上的物料不断地翻转和松散，因而直线振动筛具有以下特点：细粒级有机会向料层下部移动，并通过筛孔排出；卡在筛孔中的物料可以跳出，防止筛孔堵塞；筛分效率较高；可以变化筛面倾角，从而改变物料沿筛面的运动速度，提高筛子的处理量；对于难筛物料可以使主轴反翻，从而使振动方向同物料运动方向相反，物料沿筛面运动速度降低（在筛面倾角与主轴转速相同的情况下），以提高筛分效率。进行振动筛设计的意义是为矿物加工行业提供结构合理，使用可靠，具有较高效率的筛分机械;设计按照其用途、要求、物料的性质等实际条件进行;参数（工艺参数、运动学参数、动力学参数、结构参数）满足结构的可靠性和合理性。1.7振动筛设计的原则振动筛设计的原则有：结构合理；使用高可靠；寿命长；工作平稳；动负荷小；噪音低；耗电少；重量轻；并有较高的生产率和生产效率。1.8国内外筛分机械研究的现状振动筛的工作原理是筛面高频振动，使筛上物料跳动，因而物料易于松散和分层，增加了物料透筛的机会，根据这个原理，现研究出很多适用于不同用途的振动筛，有的是结构上不同，有的是激振方式不同，有的是筛面规律不同。由大小不同颗粒所构成的散碎物料用筛子按粒度进行分离，已有悠久的历史。从英国煤炭工业的文献记载，在1589就已提到煤的筛分。但是，由于市场需要，为了提供各种粒级的商品煤，对煤进行广泛的粒度分级，是到19世纪下半叶才盛行起来。煤按粒度分级最早的办法是在矿井工作面上，使用耙子回收大块，细粒煤则弃置于地下。煤运到地面后，倒在固定的铸钢筛板上，存留在筛面上的大块矸石用手拣出来，而大块煤则用锤子打碎使其达到一定粒度级别。所以说，固定筛是所有筛分设备中资历最老的筛子。与此同时，有的固定筛的筛面是由若干根棒条所构成，也叫棒条筛。后来出现了有传动机构的棒条筛，这就是沿用至今的滚轴筛。随着工业的的发展，也促进了筛分机械和筛分工艺的进步。在生产实践的基础上，对筛分过程理论研究也逐步深入。如直线筒筛，摇动筛和振动筛等各种类型的机械振动筛为了适应各种工业的需要而先后问世。至今，许多行业(冶金、煤炭、建材、食品加工和化工等)，筛分作业成了重要的生产环节，对筛分设备的要求也愈来愈高。要求筛分机械不但具有结构简单、制造容易、安装维修方便等良好的机械性能，而且还要求它有更大的生产能力，更高的筛分效率和脱水、脱介、脱泥的效果以及更低的动力消耗。因此，在目前煤用筛分机中，由于滚轴筛、直线筒筛和摇动筛性能较差，使用上受到限制便逐渐被工艺效果好，结构简单和维修方便的振动筛所替代。筛分机械发展方向与所有选煤机械一样，为适应大型选煤厂建设的需要，积极开展大型设备的研制。筛分机大型化是提高处理能力的方法之一，许多国家都已制造出大型筛机。其中德国尤为突出，如表1-1所示。表中，除洪堡特和维达克公司(KHD))筛机采用自同步激振器外，其他公司都采用箱式激振器。迄今为止，世界上最大筛机还是德国筛子技术公司(SiebTechnik)的50m2单层直线筛，在支承梁上安装了4个箱式激振器。国外生产大型等厚筛有德国筛子技术公司的，筛面为不同倾角的3段。申克公司的，筛面也为不同倾角3段。澳大利亚Honert公司己售出70多台等厚筛，最大为。筛面已发展成不同倾角的5段。以上等厚筛都采用箱式激振器。另一方面，随着人们对筛分过程认识的深入，冲破了传统方法的框框，提出了新的筛分原理。1951年瑞典人弗雷德里克.摩根生用统计学方法分析研究了物料在筛面上进行筛分过程，致使摩根生筛分机(概率筛)的问世。概率筛和普通振动筛基本结构是一样的，也由筛箱、激振器和支承(吊挂)装置三个部分组成，但结构又具有层数多、倾角大、筛孔大和筛面短四大特点。概率筛的筛箱由筛框和3～6个筛面组成，筛框使用钢板和型钢焊接或铆接得多边形箱体。筛面装设在筛框上。每个筛框上可安装数个倾斜筛面，目前，多数概率筛装有二层或五层筛面。各层筛面的坡度，自上而下递增，采用大的筛面倾角。最上层筛面倾角为，并以最上层倾角为准，以下各层按递增。最上层筛面的筛孔直径最大，其他筛孔直径自上而下递减。一般最上层筛面筛孔直径要比分离粒度大10～50倍；最下一层筛面的筛孔直径至少也是分离粒度的1.5～2倍；中间各层筛面的筛孔，可在最上和最下两种筛孔之间酌情选取。概率筛采用惯性激振器驱动。 1965年法国人E.布尔雷斯研究细粉物料的筛分，提出了“薄层筛分法”。也就是筛面上物料的厚度与分离粒度的比值不超过1:1～2:1的范围。随之出现了用电磁激振器直接激振筛面的细筛筛分机。在处理中、细粒高水分或粘土性物料时，筛孔易被物料堵塞，严重影响了筛分机生产能力和筛分效率。为解决这个问题。某些国家在筛分机的结构和筛面上进行了创新。“振动筛面筛”就是一种除筛框振动外，筛面还进行第二次振动的筛分机械。“冲击网眼筛”是把筛面安装在一个塑料框架上，在塑料框架与传动框架相对运动的过程中，周期性地接受传动框架对它的冲击振动。该筛子在处理30－0mm湿的原煤时处理能力可达275t/h,整个筛分过程未发现堵塞筛孔现象。还有一种驰张筛，他是利用弹性橡胶材质的特性，制成一种以500～800次/min频率进行反复弯曲和张紧的筛网，消除了湿的难筛物料对筛面的粘结。我国煤炭资源丰富，储量多，品种齐全。煤炭占我国能源的75％以上，是当今和未来几十年内我国最主要的能源。随着我国煤炭采掘机械化程度的不断提高分煤含量加大，原煤水分增高，所生产的煤炭质量不断恶化。在我国提出的洁净煤生产战略中，煤炭洗选是龙头，因而发展煤炭的洗选加工业是目前提高煤炭质量的重要措施。我国筛分机械是在引进国外技术的基础上发展起来的。近20年来，我们对振动筛的研究取得了一些可喜的成果。筛子大型化已取得一些成就。在常规脱水、脱介筛方面，开发了新的干法筛分设备。在煤泥分级脱水方面，开发了曲面筛、高频振动筛和电磁振动细筛等产品；在筛面方面也取得了可喜成就，开发了聚氨酯、超高分聚乙烯等非金属筛面以及多层筛网。1．国内筛分机械大型化70年代末，世界上筛子大型化发展停滞了，但中国筛机大型化未断。开发大型筛机已纳入重型矿山机械行业“九五”科技发展规划。目前，我国振动筛绝大多数(约90％)集中在宽1.6～2.0m之间。而日本神户制钢所生产的振动筛筛宽2m以上产品占80％以上，德国KHD公司生产的USK型和USL型振动筛筛宽1.6m以上约占80％。近几年，随着工业的发展已有一些筛宽2.4m、3.0m产品问世。到现在，我国生产的筛机最宽为3.6m。已生产近30台。以上的有准格尔洗煤厂4台ZK3675，元宝山露天矿洗煤厂2台2ZKR3660，霍州矿务局李雅庄洗煤厂3台2ZKR3660，盘江矿务局盘北洗煤厂9台ZKR3660,鹤岗矿务局新一洗煤厂3台ZKR3660，平顶山田庄洗煤厂1台ZKB3675。该机87年进行工业性试验，运转400多个小时后，从排料端开始，第5、4、3、1排料梁先后出现强度问题。并不是梁的静强度不够，而是由于振动引起的交变动应力发生疲劳引起破坏，即此结构筛机横摆运动发生在排料部分，引起排料部分早期破坏。93年唐山分院承接了煤炭部下达的3.6m×7.5m单层直线筛的研制任务，采用自同步技术。国内等厚筛还没有20以上的产品，最大的为1.8m×9.4m。国内等厚筛最严重的问题是：激振器漏油、筛网寿命短、万向节易坏。随着“九五”国家重点科技攻关项目——100～200t/h大型空气重介流化床干法选煤系统和设备的进展，大型煤码头的自动化，以及水利工程中骨料筛分系统的优化，等厚筛的使用将掀起小浪潮。2．干法筛分设备干法筛分包括煤炭粗粒与中、细粒及筛分，由于入料仅有自然水分并在空气中进行，故称干法筛分。近年来，干法筛技术发展集中在深度筛分领域。由于其工艺简单，避免了复杂的煤泥水问题，因而引起各方面的关注，陆续开发了概率筛、驰张筛、等厚筛、琴弦筛、棒条筛、离心筛等产品。(1)直线等厚筛直线等厚筛是单机实现等厚筛分的设备，它具有料层连续、结构紧凑维修量低等特点。其主要结构是将筛面做成折线形，整个筛面具有三个倾角，物料进入大倾角筛面时的运动速度高达2.0－4.0m/s，入料端物料层高度降低到通常筛分时的1/4－l/5，小颗粒沉降速度加快3－4倍。同时大量小颗粒含量高的入料被输送到筛面的中间部分，使通常筛分对筛面上小颗粒供应不足的状况得到改善。筛面供料状况的改善使筛孔透筛能力增强——等厚筛分时筛孔平均透筛量达到筛孔透筛能力的80％，从而使等厚筛的处理能力提高2.5倍。由于直线等厚筛具有上述结构特点，使筛分过程得到强化，筛机首段和中段起着使物料尽快分层作用,其中，首段还应使入料尽快送往中段，末端则起着检查筛分作用；而且等厚筛首段的高速物料流的冲刷能清除粉煤的附着，从而对筛面起到清理作用，因此等厚筛有效地促进了深度筛分理论的发展。(2)琴弦筛琴弦筛的主要特点在于：它的下层筛面由若干根排列整齐的细钢丝绳及张紧框架组成，绳间距等于分级粒度。由于细钢丝绳张紧后呈琴弦状，在筛箱振动及物料的冲击下能产生二次弦振，可起到打碎粘结料块的作用，同时本身不易被煤泥粘着，从而使是对潮湿难筛物料的中、细粒级的干式筛分。筛丝通常是沿物料流的方向设置，亦可垂直物料流方向设置。弦丝直径通常只有2～3mm，并处于张紧状态，很难承受物料冲击，因此琴弦筛曲以上必须设置保护筛面，上层筛面作用是承受入料冲击，并使下层筛的给料由通常的“集中式”变为沿筛面长度的1/2～2/3给料。减轻琴弦筛面的负担。该筛的特点在于：该筛按薄层、近似筛分原理工作，也具有瞬态筛分的工作特点，筛面倾角大，筛子长度短，处理能力大；但结构复杂，筛面脆弱，寿命短维修工作量大。（3）无振动离心筛无振动离心筛是一种简化了的离心筛分机械，适用于动力煤的干法筛分，现已有筛篮直径的产品。提高潮湿煤炭矸石筛分效果的关键是克服煤粉粘附筛面而造成的堵孔现像，为此在早期层采用过电加热筛面法，但因供电、绝缘系统复杂，且效果有限现己很少采用。无振动离心筛是受旋转概率的启示，而从力学角度考虑，离心力场比重力场具有更大的灵活性，被筛物料的离心力不仅容易得到，且便于调节，使之具有符合要求的离心强度。无振动离心筛的立轴有驱动装置带动旋转，原煤由溜槽进入给料盘，并由给料盘均匀撒向筛筒，一部分小于筛孔的颗粒透筛，其余受筛筒阻挡仍滞留在内侧，这就实现了部分筛分。被阻挡的物料靠自身重力进入锥形漏斗进入第二层给料盘，并再次向筛筒布料筛分，如此重复筛上物和筛下物也靠自身重力，分别经集料斗排出，从而实现分级。该筛具有结构简单、对地基无动荷；因筛筒无振动、只承受物料冲击和磨损，工作寿命长；设有随给料盘转动的清扫器，清理及时，筛孔不易堵塞；噪声低、密封好、不扬尘等优点。(4)振动棒条筛振动棒条筛是一种装有弹性棒条筛面的原振动筛，属于近似筛分设备，具有结构简单、处理量大、筛孔不易堵塞等优点。振动棒条筛的筛孔呈长缝形，这减少了物料前进的阻力，有利于提高物料流速，使料层减薄；开孔率提高10%以上，减少了颗粒透筛的阻力和潮湿煤粉粘附的机会；棒条筛面沿筛面方向“阶梯状”布置，物料通过阶梯时加速物料分层过程；筛面由悬臂弹簧钢直线杆组合而成，直线杆尾部通过弹性材料固定在横梁上，悬臂端在筛箱振动与物料冲击下产生二次振动，由此产生防堵孔效果。缺点是近似筛分精度不高。3．脱水、脱介筛煤炭脱水、脱介时，入料都是煤与水混合在一起的，且液固比一般大于1:1，因此国内外广泛使用筛面在水平或缓倾斜状态下工作的直线振动筛实现脱水、脱介作业'的。脱水、脱介筛的研究主要在强化参数；与弧形筛联用，缩短振动筛长度；简化制造、提高可靠性、降低噪声等方面。在结构型式方面的发展主要体现在自同步技术的应用以及水平双轴筛的出现。(1)自同步技术筛子采用自同步技术，主要是由于惯性激振的振动系统中无强迫联系、异向旋转的等质量惯性体在一定条件下自动追随同步的物理现象，共追逐力矩与偏心块回转半径、角频率、振动器与筛子重心距离等物理量有正比关系，与筛子转动惯量有反比关系。当追逐力矩幅值达到一定水平时，可以得到稳定的同步效果。其优点是：两组振动器分别由电动机通过挠性联轴器直接传动，避免了三角带传动时因张紧程度不同，振动器转动件间传动阻尼的差异而对自同步稳定性造成的影响。其缺点在于工作频率受电机转速限制，不能调整。(2)水平双轴振动筛水平双轴振动筛是振动轨迹为长椭直线(或直线)的振动筛，具有水平筛面，由水平布置的双偏心振动器激振，振动器亦为偏心块式，该筛为强迫同步型，双不平衡重块之间由齿轮强迫连接。其主要特点在振动器水平布置，形成整机高度降低，由于筛箱高度降低，减轻了参振质量和电耗。4．煤泥分级、脱水回收筛(1)高频振动筛高频振动筛是一种以高频率、高振动强度为特征的振动筛，适用于0.5mm以下的细粒物料的湿式筛分与固液分离。产品有直线振动和直线振动两种类型，高频直线振动筛在50-60Hz的频率下工作。使用高开孔率的多层筛网，可在0.2mm的粒级对细粒矿物进行精确筛分。高频直线振动筛频率相对较低，在20-25HZ左右，使用不锈钢或聚氨酚楔型条缝筛面，靠筛上形成滤层截取细粒从而实现分级或固液分离，是用于粗煤泥回收或浮选尾矿的预脱水。(2)电磁振动细筛电磁振动细筛是激振原理与结构形式都不同于通常振动筛的细粒分级筛，具有体积轻、能耗低、分级下限低、无动载等优点，国内外均已用于煤泥分级、脱水作业。该振动筛由电磁振动器作振源，通过橡胶铰链(扭转弹簧)的连杆系统实现筛网振动，由于振动系统在接近共振状态下工作，产品能耗少。(3)曲面振动筛曲面振动筛是入料端装有弧形筛面的自同步直线振动筛，适用于煤泥的分级、脱水作业。入料矿浆进入弧形筛后，靠切向力和振动力进行预脱水，预脱水后的筛上物在筛面抛掷作用下进入由叠层不锈钢丝网(上层60目、下层20目)组成的水平段筛面，靠强振动作用和高开孔率筛面，继续脱出细颗粒及水分直至作业完成。5．复合频率筛的出现煤炭科学研究总院唐山分院和衮州煤矿机械厂共同开发了“新型复合振动筛计算与分析”的研究，即将开发出一种新型的FFZ1025型复合振动筛。这种复合振动筛由筛箱、高频振动机构、2个振源和隔振元件组成。振源以低频、大激振力激振筛箱与高频振动机构，使筛箱和高振系统产生大振幅的振动。与此同时，利用振源激振高频振动机构，使高频振动机构发生共振，打击筛面，实现筛面的复合振动。由于这种筛面是针对细粒物料的分级、脱水而设计的，因此在结构上不同于传统的振动筛。其最大特点就是筛机有2个激振频率。采用这种结构目的，主要是让筛箱做低频大振幅振动，以实现物料的松散和输送，提高筛机的处理量；筛面随着筛箱振动的同时，复合上一个高频的小振幅振动，以增大筛面的振动强度，防止堵孔，提高筛分及脱水(介)效率。，专家们认为此项研究以理论分析及试验证明筛机产生复合振动是可以实现的，所建立的数学模型及动力学分析计算的结果可以指导设计，为开发新一代筛机开辟了新的途径。国外从16世纪开始筛分机械的研究与生产，在18世纪欧洲工业革命时期，筛分机械得到迅速发展，到本世纪筛分机械发展到一个较高水平。德国的申克公司可提供260多种筛分设备，STK公司生产的筛分设备系列品种较全，技术水平较高，KHD公司生产200多种规格筛分设备，通用化程度较高，KUP公司和海因勒曼公司都研制了双倾角的筛分设备。美国RNO公司新研制了DF11型双频率筛，采用了不同速度的激振器。DRK公司研制成三路分配器给料，一台高速电机驱动。日本东海株式会社和RXR公司等合作研制了垂直料流筛，把旋转运动和旋回运动结合起来，对细料一次分级特别有效。英国为解决从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功旋流概率筛。前苏联研制了一种多用途兼有共振筛和直线振动筛优点的自同步直线振动筛。由于工业发展缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国筛分机械的发展是本世纪近50年的事情，大体上可分为三个阶段。(1)仿制阶段：这期间，仿制了前苏联的ГУП系列圆振动筛、BKT-11、BKT-OMZ型摇动筛；波兰的WK-15圆振动筛、CJM-21型摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功，为我国筛分机械的发展奠定了坚实的基础，并培养了一批技术人员。(2)自行研制阶段：从1966年到1980年研制了一批性能优良的新型筛分设备，1500mm×3000mm重型振动筛及系列，15m2、30m2共振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，YK和ZKB自同步直线振动筛系列，等厚、概率筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题，但是它们的研制成功基本上满足了国内需要，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。(3)提高阶段：进入改革开放的80年代，我国筛分机的发展也进入了一个新的发展阶段。成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列，完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、驰张筛、螺旋三段筛的研制，粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得成功。1.9将来的发展趋势筛分设备正朝着大型化、新结构、高效能的趋势发展，加大能够显著提高细、粘湿物料的筛分效率的深度筛分设备的研究和应用。二、设计方案的确定2.1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。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，直线振动筛分为块偏心（型号：ZK）圆振动筛和轴偏心（型号：ZA）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。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。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）共振惯性振动筛（按震动轨迹）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（按驱动电机数目可分为）椭圆振动筛限定中心振动筛不限定中心振动筛自定中心圆振动筛（按偏心构件不同分为）单电机驱动直线振动筛（按激振器类型分）双电机驱动直线振动筛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筒式激振器直线振动筛箱式激振器直线振动筛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-SEQ图2-\*ARABIC1振动筛的分类2.2振动筛的主要部件尽管这些振动筛在结构和工作原理上存在着差别，但是震动筛分机械通常是由以下三个部分所组成。激振器用以产生周期性变化的激振力，使工作机体产生持续的振动。工作机体或平衡机体如筛箱，台面和平衡架体等，但在一些振动筛分机中无平衡架体。了完成各种工艺过程，他们通常做周期性的运动。弹性元件包括隔振弹簧（其作用是支撑机体，使机体实现所要求的振动，并减少传给基础或结构架的动载荷）、主振弹簧（即共振弹簧或称蓄能弹簧）和连杆弹簧（传递激振力等）。在一些振动筛分机中无弹性元件。根据激振器不同，直线振动筛分为块偏心（型号：ZK）直线振动筛和轴偏心（型号：ZA）直线振动筛。直线振动筛按驱动电机的数目可分为：单电机驱动直线振动筛和多电机驱动直线振动筛。振动筛的分类见图2-1。2.3直线振动筛的工作原理2.3.1直线振动筛简介直线振动筛利用振动电机激振作为振动源，使物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动，物料从给料机均匀地进入筛分机的进料口，通过多层筛网产生数种规格的筛上物、筛下物、分别从各自的出口排出。具有耗能低、产量高、结构简单、易维修、全封闭结构，无粉尘溢散，自动排料，更适合于流水线作业。2.3.2直线振动筛的工作原理直线振动筛采用双振动电机驱动,当两台振动电机做同步、反缶旋转时，其偏心块所产生的激振力在平行于电机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向叠为一合力，因此筛机的运动轨迹为一直线。其两电机轴相对筛面有一倾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在筛面上被抛起跳跃式向前作直线运动，从而达到对物料进行筛选和分级的目的。可用于流水线中实现自动化作业。具有能耗低、效率高、结构简单、易维修、全封闭结构无粉尘溢散的特点。最高筛分目数400目，可筛分出7种不同粒度的物料。2.4其它的一些筛分设备煤矿筛分的堵孔一直是困扰着选煤行业的一大难题，国内外一直在寻求各种解决的办法，除了常见的圆振筛外，主要的筛分设备有：螺旋筛：这种依靠多排螺旋轴旋转而进行煤炭筛分的筛子是解决难筛问题最成功的筛子；对任何难筛的煤炭，它都几乎是不堵孔的，但它最大的缺点是传动部件太多，机械故障极高，每年的维修费用几乎可以买一台新筛子；另外，如有些硬物料进入，会出现卡轴，也限制它的应用。等厚筛：这种筛子的应用在国内外大型选煤厂，目前都是用于煤矿筛分最多的筛子，多倾角布置的多段筛面，使煤炭在筛面形成等厚的薄层，物料容易透筛，在一定的振动强度下，它是适用于50mm由于等厚筛（也称橡胶筛）的筛分效果好和其优点比较多在这里我想我介绍一下等厚筛。我国首次等厚筛分技术试验，是1977年在山西阳泉三矿进行的，其筛分系统由1台SZZ21500X4000圆振筛和一台ZSM1856直线振动筛组成的。我国生产的等厚筛有ZD1237和ZD1894等数种规格。概率筛：概率筛主要用于细粒级筛分，它的主要优点是筛孔的分级粒度大得多，因此不堵孔，但它筛分效率较低。旋转概率筛：它起源于英国，曾推广于一时，但由于结构故障多，筛分效率低，也被淘汰。为此，推广了一种新型的振动筛——单梁激振筛，同时也为单梁激振筛配备了一种新型筛板——楼梯形筛板，成功的解决了煤炭筛分问题。激振器高速转动（最高可达960转/分）产生离心力，使之产生振动从而带动筛面上的物料振动、透筛、向前移动。挡料板和筛网与激振梁是一体的，所以整段筛面都会跟着振动，使得该设备能够有效的筛分。2.5激振器激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激振力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而対物件进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。激振器还可以作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的输送、筛分、密实、成型和土壤砂石的捣固等工作。按激励形式的不同，激振器可分为惯性式、电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等形式。激振器可产生单向的或多向的，间歇的或非间歇的激振力。如图2-2是一种激振方式为块偏心自同步激振器，这种激振器与轴偏心激振器相比有以下优点：1．块偏心激振器自身的重量较轻；常简单；2．块偏心激振器结构非3．块偏心激振器维修特别方便。下图为一个块偏心自同步激振器图2-2块偏心式激振器2.6筛面2.6.1筛面类型筛面一般按筛物料的力度和筛分作业的工艺要求来选择。常见的筛面可分为5种：（1）板状筛面、（2）棒条筛面、（3）编制筛面、（4）条缝筛面。2.6.2筛分时筛面常出现的问题当前矿物筛分过程中最主要的难题是堵孔，造成堵孔的原因主要有两种，一种是块状物的卡孔，临界颗粒物料卡在筛孔中跳不出来，这主要发生在采石场、焦碳、冶金等行业中；另一种是糊孔，潮湿的物料粘在孔壁上，示意图如图2-6所示。要解决堵孔总是有两个办法，一是增加抛射强度、二是选择合适的筛面。振动筛的抛射强度：（式2-1）式中A——振动幅，mm；ω——激振频率，rad/s；g——重力加速度，m/；α——筛面倾角，；β——抛射角，。图2-3堵孔为了消除堵孔，有人主张采用大振幅的方法，经实践证实，这种方法不是最好的，应该采用增加频率的办法。抛射强度随频率的平方增加，而振幅只与抛射强度成正比。增圆满频率较方便，而增加振幅较麻烦。用高频低幅的方法来解决堵孔也有缺点，它不利于物料的分层，如料层较厚，大量的振动消耗在料层的内部磨擦中。因此这种方法一定要用薄层筛分，即给料筛面倾角一定要大，一般不要低于，最高采用～，这样依靠重力可使物料迅速流动。解决物料堵孔的另一个办法是选择筛面。不同形状的筛孔，不同材料的筛面，对防止物料的堵孔有着巨大的差别。大于25mm筛孔的筛面称为大粒度分级筛面，主要有：1．焊接筛板，它由圆钢焊接而成，结构简单，价格低廉，是目前最常用的一种，但易堵孔。2．冲孔筛板，由16Mn钢板冲制或钻孔而成，从防堵孔能力而言，冲孔板比焊接板要好一些，寿命也长一些，它也是目前常用的筛面。3．立体梯形筛板（图2-3），这种筛面是徐州大陆振动机械有限公司的创新专利产品图2-4阶梯筛2.7设计方案确定一振动筛类型以及主要技术参数确定根据现场的要求，要设计的确定为直线振动筛及其主要技术参数如下：筛面宽度18筛面长度55振幅35mm频率16HZ筛孔50mm处理量400500t/h给料粒度300mm二基型确定（振动筛的机构形式）1振动器形式确定；2筛框形式确定；3减振装置确定。三振动筛参振质量确定四计算激振力五轴承计算1确定轴承数量；2确定轴承类型；3计算单个轴承的当量动负荷。六偏心块设计计算七激振器设计计算八框架设计1下横梁间距确定；2上横梁间距及位置确定；3下横梁参数确定；4侧板厚度确定5筛框设计时应注意的问题对于大中型振动筛各部件的连接应尽量采用高强度螺栓或是虎克铆钉连接，本设计中采用高强度螺栓。筛框各部件如给料箱后挡板，排料嘴等应尽量采用弯折件，尽量减少焊缝，如果确定要焊尽量避免横向焊缝。筛框上所有部件因与筛框同时振动，因此都是受力结构件，都要考虑受力的合理性。侧板受力部要考虑加强，加强方法为型钢加强或是钢板补强。考虑到振动筛受力的复杂性及恶劣的工作条件，横梁与侧板强度计算取的安全系数要到10以上。筛框所有连接部件的连接孔要去毛刺后装配。对于焊接结构要进行应力处理。十一重心计算十二弹簧刚度和电动机功率计算2.8激振器的布置激振器的布置是相当重要的，它决定了激振力的方向，即物料的抛射角。在设计时，考虑到激振器的安装难易程度，值应取小值，值较大时，激振器里的轴承在高速运转时要承受较大的径向力，轴承寿命会降低，故也要取小值，在此取。但是怎样将激振器连接到筛子上，这是一个至关重要的问题。激振器上座式单梁筛是将激振器安装在H型钢梁的上端，对称于筛箱安装在两端。显然轴承室的设计就成了这次设计的关键，所谓轴承室就是安装轴承的地方，但是它还担负着要和激振梁连接到一起的任务，在此轴承室的设计方案,如图2-5所示：图2-5轴承室的设计方案对于直线振筛的轴承室的结构的加工采用铸件加工，装轴承的部分与连接部分的强度要很好的保证，结构比较简单。但是这种结构机械性能比较好，零件不会很容易的出现裂纹，断裂等现象。2.9传动装置设置电动机通过联轴器直接驱动振动器，如图2-9。其中联轴器有三种形式根据需要来选择联轴器。图2-6电动机通过联轴器直接驱动振动器1—电动机；2—联轴器；3—振动器；4—筛面万向联轴器：该联轴器是汽车的通用件，如图2-10，该联轴器也可以用于两振动器之间的连接。图2-SEQ图2-\*ARABIC7万向联轴器胎式联轴器：它由法兰和数片胶带组成，如图2-11.由于其周向刚度较大，可以传递很大的扭矩，又同时径向刚度很小，故可以承受较大的径向跳动变形。它轴向尺寸较小可以减少振动筛的宽度。图2-8胎式联轴器橡胶联轴器（三爪挠性联轴器）：该联轴器由法兰，圆形平带，压板和螺栓等件组成，如图2-12。这种联轴器尺寸较大可用于两振动器之间的连接。图2-9橡胶联轴器三、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：(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：(3-2)式中为振动方向与筛面的夹角，同时它又是物料颗粒跳离筛面瞬间的运动方向与筛面的夹角，故又称之为抛射角。3.1.2筛面物料的运动分析同圆振筛筛面一样，当筛面以不同的振次和振幅作连续振动时，筛面上的颗粒可能会出现正向滑动、反向滑动和跳动等不同的运动状态。如前所述，振动筛均采用抛掷状态下工作，故就抛掷运动的理论加以研究。物料颗粒在直线振动筛面上的受力情况如图3-1所示，筛面倾斜安装，与水平面夹角为α，筛面沿S方向振动，当筛分机工作时，作用在颗粒上力的平衡方程式可表示为：或(3-3)式中N——筛面对物料的法向反力；F——筛面对物料的静摩擦力；其它符号同前。颗粒抛掷运动的条件：即颗粒给筛面的正压力N=0所以(3-4)消去m，得(3-5)图3-1物料颗粒在筛面上的受力分析根据公式：物料的抛掷指数，因为，上式即为直线振动筛上物料抛掷指数的表达式，即（3-6）或3.1.3抛掷指数与跳跃系数的关系在直线振动筛上，当振动相位角等于跳动起始角时，物料便跳离筛面而实现抛掷运动，在抛掷阶段，物料作抛物线运动，其运动方程为：(3-7)式中——物料颗粒沿坐标方向的加速度分量；——物料颗粒沿坐标方向的加速度分量。因为物料运动的绝对加速度、是相对加速度、与牵连运动加速度（即筛面运动的加速度）之和，所以相对加速度可表示为：（3-8）对式(3-8)由（）定积分，可求得物料对筛面在x和y方向的相对加速度分量：（3-9）对上式再积分一次，即可求得物料相对筛面的位移：（3-10)当物料在y方向对筛面的相对位移重新等于零时物料又落回到筛面，终止跳动。此时筛面振动相位角即为抛止角，物料运动的周期为：。物料跳动的终结条件，由式(3-10)第一式可得：（3-11）抛止角与抛始角之差即为物料跳动时间内所经历的相位角成为抛离角。以代入式(3-11)，并整理简化得（3-12）抛掷指数与跳动角的关系为(3-13)若以带入(4-13)，便可得抛掷指数与跳跃系数的关系式：(3-14)若抛掷指数确定以后，由(4-6)可以得到所需振动频率或振幅计算公式：(3-15)3.2运动参数的选择计算3.2.1筛面的倾角α 筛面的倾角是指筛面与水平线的夹角。倾角的大小影响到筛面上的物料移动速度。当筛子倾角较大时，物料移动速度快，生产量大，但筛分效率要随之降低。在不同的场合下，各种筛子要有各自适宜的倾角。 对于作直线运动的筛子，一般水平安装，倾角为0.此时物料的移动主要靠筛面运动时与水平呈一定角度的抛射角。但是，水平的振动筛筛网很容易被颗粒堵塞，要避免筛孔堵塞，筛面的运动速度应该大于某个临界值。这个临界值随筛孔大小而改变，筛孔越大，所需临界速度越大。由于结构上的原因，筛箱运动速度只能限制在一定范围内。所以，水平的振动筛一般只有用于筛孔在50mm以下的中小粒度的筛分或煤的脱水脱泥和脱介质上。如果用于筛孔在50mm以上的筛分，筛子应该有一个角度，其倾角大约为5°~10°，而本次设计的筛孔尺寸为50mm，故倾角为0°。 对于振动筛，筛面的倾角大部分可以借助改变吊挂装置的高度，在一定范围内调整。3.2.2振动方向角振动线与上层筛面之间的夹角称为振动方向角。振动方向角取值越大，物料每次抛掷运动所移动的距离越小，物料在筛面上向前运动的速度也就越慢，物料能得到充分的筛分，从而得到较大的筛分效率。振动方向角取值越小，物料每次抛掷运动所移动的距离越远，物料在筛面上向前运动的速度也就越快，物料得不到充分的筛分，筛分效率低下。一般情况下，直线振动筛振动方向角的取值范围在30°60°，经常采用45°。3.2.3抛掷指数和振动强度K 振动强度K是筛箱运动的加速度和重力加速度的比值，它是反映机器强度的指标，K值越大，筛分机的强度越高，，但根据目前的机械水平，K值一般在8以内。抛掷指数的计算公式如下：（3-16）抛射强度就是颗粒受惯性力后，在垂直筛面方向上的分加速度与颗粒在此方向的重力加速度分量之比。显然，筛箱的加速度和抛射角越大，抛射强度也越大。从式（3.5）中可以看出，当<1时，颗粒不脱离筛面，只能沿筛面向前移动。当>1时，颗粒脱离筛面，做跳跃运动。所以，当=1时就是颗粒脱离筛面的极限条件。可见，抛射强度越大，颗粒受到的惯性力越大，抛射的也越高。这样有利于物料的透筛。但是，当增大时，颗粒跳动一次所需的时间也越长。显然，从充分发挥筛子的工作效率来看，跳动所需的时间过长也是不利的。颗粒跳动一次的时间不超过筛面振动一次的时间，这样才能充分利用每次振动的作用。当抛掷指数=3.3时，筛面的振动周期正好等于物料的一个跳动周期，这时物料与筛面接触的时间最短，所以对减轻筛面的磨损是有利的。为了获得较好的筛分频率，最好使用物料颗粒在筛机中的每一个振动周期都能和筛面接触，所以在一般的情况下，选取抛掷指数<3.3.共振筛的抛掷指数通常取，单轴惯性振动筛取，双轴惯性振动筛通常取2.2.在本次设计中取抛射强度=3，则在筛子的强度许用值之内。，故可取=33.2.4振幅和频率 振幅是指筛箱工作行程的一半。频率是指筛箱每分钟的振动次数。筛箱振幅和频率是表征筛面运动特征的一对参数，它们的大小决定了筛箱运动速度和加速度的大小。振幅越大，频率越高，则筛箱的运动速度和加速度也越大。他们之间的关系可用以下数学公式表示： （3-17） 式中：A-筛箱振幅，米： n-筛箱振动频率，次、分： -筛箱振动角频率，弧度、秒。从上式可见，加大政府和频率的任何一个参数都能加大筛箱的加速度。但是，由于加速度与频率的平方成正比，所以加大频率比加大振幅的影响要大得多。 在筛分机工作过程中，筛箱必须具备足够大的加速度才能使筛面上的物料游动的向前移动。所以筛箱有须足够大的振幅和频率。但是筛箱的加速度不能过大，因为加速过大，不但会破坏筛子的正常工作，而且对筛箱的结构也要提出更高的要求，或者超过了筛子结构所允许的范围。本次的振幅选取在3~5mm之间。振动频率（3-18）根据上述公式则式中：-抛射强度；α-筛面倾角；A-振幅；β-抛射角；n-电机转数。根据实际情况，选取n=960r/min则当n=960r/min时，符合所给的条件。3.3工艺参数的选择3.3.1筛面的长度和宽度一般来说，筛面的宽度直接影响筛机的生产率，而筛面的有效长度直接影响筛分的效率，但是它们之间也相互影响。筛机的面积及筛面的长度宽度的数值，常常是根据现场的使用要求的生产率及所需要的筛分效率计算得出，若要求的生产率大，筛分的效率高，筛机的面积也就越大。对煤炭的筛分（3-19）式中振动筛的有效面积，；单位生产能力，表3-SEQ表5-\*ARABIC1不同用途下的筛孔尺寸作业名称分级脱水脱介筛孔尺寸（mm）10080502513粉煤煤泥块煤粉煤q11090603012~17727~93.5~4.5本设计为分级煤用振动筛，所以根据表4-1，取q=60。Q为单位时间生产能力，为设计题目所给的参数，Q=400t/h代入式（4-1）得：（3-20）式中S—振动筛实际面积，—振动筛筛面有效筛分面积，A—筛板的开孔率，。计的筛板的开孔率A=67，由式(4-2)可求得S=10，又考虑其它综合因素，取长L=5.5m，宽B=1.8m。3.3.2物料运动速度物料在筛面上运动用理论计算和实际差值很大，所以一般采用经验公式。对于直线振动筛物料运动平均速度可按下列经验公式计算：m/s式中——倾角对平均速度的影响系数，＝0.9～0.95；——料层厚度影响系数，＝0.9～1；——滑移运动影响系数，＝1； ——物料形状影响系数，＝0.9～1.0；——振动方向角，；ω——角速度，rad/s；A——振幅mm。则: =3.3.3处理能力处理量的计算可采用流量法来进行计算。（3-21）式中B——筛面宽度,m；h——筛面上物料层厚度；v——物料运动的平均速度m/s；——物料的松散密度。则3.4动力学参数的确定3.4.1参振质量的确定参振重量W的计算：W=（3-22）=1×=3551+743+110+=4736.6kg式中，-筛箱的重量kg-激振器参振部分的质量kg-弹簧支撑装置的参振质量kg-筛上物料的质量kgZ-筛面层数Z=1-入料端物料高度cm-排料端物料高度cmL-筛面有效长度（型号长度减去10cm）B-筛面有效宽度（型号宽度减去10cm）-物料的散比重1t/B-物料对筛面的比压系数C=0.15～0.2现取C=0.175再加上螺栓螺母和法兰的质量取总参振质量为5000kg3.4.2激振力的计算 激振力为（3-23）式中 —筛箱沿振动方向的振幅，设计题目中给出M—参振质量，M=5—参振角频率，=101.5rad/s代入数据可求得 =152.25~253.75KN振动筛的激振装置由四个激振器组成，则每个激振器的激振力为P=63.44~62.43KN3.4.3激振器偏心块质量及偏心距的确定 有经验可知，要满足振动筛的要求偏心距的取值范围在100mm左右，故取r=100mm，则有：（M+8m）A=8mrM=其中：M—参振质量； r-偏心距 m-偏心块质量3.5橡胶弹簧设计3.5.1振动幅频曲线和工作状态分析 时，振幅A无限大，振动系统处于共振状态，由此可以求得振动系统的固有频率（3-24）当振动系统的参振质量M、弹簧刚度K、偏心块质量m及回转半径r一定时，可以给出振动筛幅频曲线如图4-6。振动筛的工作状态：从幅频曲线上可以看到，振动筛的工作频率若在低共振状态下工作（ω<），筛分机启动和停车时，可避免过共振区，从而提高筛分机的工作寿命。但在低频状态下工作，要求弹簧的刚度大，这必然会导致传给基础的动负荷也大，引起建筑物振动，这是不可行的。图3－2振动筛幅频曲线共振区：即，线性弹簧共振区域的曲线比较陡，振幅不稳定，当给料量变化时，会引起筛箱振幅的变化，致使筛子工作不稳定，共振区也属于不可行区域。只有远离共振区工作，振幅比较稳定，弹簧刚度也较小，传给地基的负荷也会小些。但开、停车时，筛箱必须通过共振区。非共振型的惯性振动筛通常在远离共振区的状态下工作。即，（3-25）式中——筛箱随激振器受迫振动的圆频率，rad/s；——系统的固有频率，rad/s；——频率比，即工作频率与固有频率的比值。3.5.2隔振弹簧的确定从动力学分析可知，弹簧刚度的大小影响筛子工作频率所处的区域。从运动学分析了解到筛分机械的工作频率影响筛分效果，而筛分机的工作频率主要又是根据物料在筛面上的运动状态来确定的。另外，筛分机的自振频率取决于所采用的弹簧刚度。由于这些因素的相互关系，如果筛分机的工作频率一定，所采用的弹簧刚度不同，筛分机的工作状态也就不同，所以，将影响筛分机振幅的稳定性。这种情况可从图4－7中的两条曲线表明。采用弹簧刚度为和采用弹簧刚度为时，它们的自振频率明显不变，一个是，一个是。当采用弹簧刚度为时，工作频率处于振动稳定的区域（远离共振点）；若采用的弹簧刚度为时，则处于振幅不稳定区（靠近共振点）。可见，选择弹簧刚度时，首先考虑使筛分机的工作频率应处在振动曲线的平缓段（远离共振点）。选择弹簧刚度还要从减小地基振动的角度加以考虑。因为筛分机的弹簧起着隔振作用，从隔振的观点看，弹簧刚度越大（即弹簧越硬），消振能力越差。为了减小筛分机对基础的动负荷，弹簧刚度应选得小些。但弹簧刚度也不能太小，否则会减弱弹簧支撑的能力和吊挂的能力。确定隔振弹簧的刚度一般是由工作频率和自振频率的比值来控制的。对于吊挂式振动筛取频率比；对于座式振动筛取频率比=4～5。一般振动筛的频率比λ>4即可。弹簧刚度的计算公式为将带入上式,则式中M—筛箱和物料等参振质量;m—不平衡重的质量。对于直线振动筛，每一个不平衡重的质量为，双不平衡重的的总质量为m。按上式计算的弹簧刚度是振动筛弹簧的总刚度，因为筛分机一般是由4个或是8个弹簧吊挂或支撑，所以，每个弹簧的刚度k应是总弹簧刚度除以所用弹簧的个数n,即图3-3振动筛幅频特性曲线3.5.3橡胶弹簧（1）橡胶弹簧的选型本设计中筛机共选用8个橡胶弹簧，支撑振动筛的这8个弹簧作用是减少高频振动的筛箱对基础的动载荷，即减震设计。橡胶弹簧与金属螺旋弹簧相比有以下几个优点：（1）有良好的弹性和足够的强度，使用寿命长；（2）内阻较大，在筛子启动、停车过程中通过共振区时共振振幅小，安全；（3）疲劳失效后不像金属弹簧那样会突然断裂而影响生产；（4）噪声小。由于本设计中振动筛的运动轨迹为直线，故它所受的变形为压缩和剪切。为简化计算，仅按压缩变形计算压缩刚度。橡胶弹簧的计算方法有压缩量法和频率比法。其刚度的计算刚度为：（3-26）式中 ，D、d分别为弹簧内径和中心孔径；—橡胶的拉压弹性模量，Mpa；G—橡胶的剪切弹性模量，Hs—橡胶弹簧的皱氏硬度，一般为40~70，常用45~50。橡胶弹簧主要技术性能：型号S120*120*40S140*140*40S170*170*40S200*200*40外径D（mm）120140170200内径d（mm）40404040高度H（mm）120140170200硬度Hs4550455045504550刚度C（N/mm）170202207245260308312370适合质量（kg）300-700500-900800-12001100-1500表3-2橡胶弹簧的技术性能本设计中选S200X200X40的橡胶弹簧8个如图：图3-4橡胶弹簧隔振弹簧减轻能力的分析：隔振弹簧又称减振弹簧，减振弹簧的减轻能力用传递率来衡量，即（3-27）式中K——减振弹簧的刚度，N/mm；A——参振质量M的振幅，mm；m——偏心块的偏心质量，Kg；——偏心质量的质心距轴心线的距离，mm；ω——偏心质量的回转角速度，即筛子的振动频率。则==33865.56N其中P=624300N；可见传递给基础的力已经很小了，弹簧能够起到减轻的能力。压缩比为：（3-28）3.5.4弹簧的设计计算选择的弹簧为S200X200X40，刚度K=370N/mm。（1）弹簧的静弹性模量=（3-29）其中（2）弹簧的动弹性模量（3-30）（3）受压面积与自由面积之比（3-31）（4）受压面积F（3-32）（5）外形系数（3-33）（6）单个弹簧的刚度（3-34）其中：-自由高度，=0.2m（7）弹簧强度的验算,是橡胶弹簧许用强度，取值980KPa。其中：<（3-35）满足强度要求。3.6轴承的选型计算及校核 振动筛的激振器和筛子一起振动，而且振动频率（n=960r/min），连续工作，负荷大，故容易发热。轴承受很大的径向力，国内外厂家都选用受纯径向力的圆柱滚子轴承（2000型）或主要承受径向力的调心滚子轴承（3000型）。由于激振器的偏心质量产生的径向力相对于轴承内圈是静止的，内圈沿轴向右被相关零件轴向定位，故内圈和轴的配合较松，一般采用间隙配合（g6、f6，我采用h6配合）。轴承外圈相对于负荷方向旋转，为防止外圈相对座孔滑动而导致轴承温度急剧升高，确保内圈和轴一起旋转时滚动体在保持架中可灵活自转，外圈与轴承室的配合采用较紧的过渡配合或是过盈配合（N6、P6，我们采用了K6配合）。滚动轴承的径向游隙对轴承的寿命、温升和噪声的大小等有很大影响。轴承的负载能力是随径向游隙的大小而变化的，轴承样本中标定的额定动负荷和静负荷是径向游隙为零时的数值。轴承的径向游隙分为2组、0组、3组、4组和5组。0组径向游隙为正常组，2组为小游隙组，3、4、5径向游隙逐组增大。轴承径向游隙与下列因素有关：（1）轴承与轴、座孔为过渡配合时，内圈膨胀，外圈收缩，导致径向工作游隙减小；（2）在运转中因温升使轴承内、外圈及相关零件受热膨胀导致径向游隙减小；（3）工作时，通常球轴承在运转温度下径向游隙应接近于零，而滚子轴承在一定温度下有一定的径向游隙。两种轴承的径向游隙见下表：表3-3调心滚子轴承径向游隙3G径向游隙（um）4G径向游隙（um）最小最大最小最大53612（φ60）8011011014553616（φ80）53620（φ100）10013513518053624（φ120）12016016021053628（φ140）145190190240轴承的额定负荷C为：（3-36）式中 —寿命系数，按5000h算，=2；—力矩负荷系数，=1.5；—冲击负荷系数，=2；—速度系数，转速970r/min，则对应=0.365；—温度系数，=1；P—当量负荷，P=45.5KN在轴带动偏心块旋转的过程中，内圈作用有恒定的离心力，而外圈随偏心块旋转的位置的不同，载荷呈现脉动循环变化，故载荷K容易发热，因此都要选择承受能力强的调心滚子轴承，故选择轴承型号为22328c/w33的调心滚子轴承。轴承承受径向力，无轴向力，，故X=1，Y=1.9.当量动载荷：（3-37） 其中：-载荷系数； 基本额定寿命：（3-38）由于工作一年，三班制，所以实际寿命，小于基本额定寿命，所以满足要求。3.7电动机的选型及启动转矩校核3.7.1电动机功率计算如何合理的选择和计算电动机的功率是有重要意义的。传动功率选择合适，就能保证筛分机的正常运转。筛分机电动机功率的计算，有数种不同的方法，下面就是其中之一。（3-39）式中 M—参振质量，Kg；A—振幅，m；n—振动次数，r/min；—阻尼系数，0.2-0.3；f—轴承摩擦系数，滚动轴承为0.001-0.1；d—轴承内径，m；—传动系数，0.95。代入数据可求得：=18.5KW由于有两个电机，所以每个电机的功率为=9.25kw，故查阅机械设计手册可知在本设计中选用Y160L-6型电动机，额定功率为N=11W，额定转速为970r/min3.7.2电动机启动转矩的校核 振动筛在启动时，电动机要克服偏心质量和运动链中所有回转零件以及振动筛参振质量的静转矩，因此电动机有较大的启动转矩，应满足下式关系电动机起动转矩（3-40）代入数据得：=91.6N.m电动机额定转矩：（3-41）代入数据得：=108N.m故满足要求3.8轴的计算和校核3.8.1确定轴的最小值轴上的转矩为：（3-42）轴的最小直径：（3-43）式中 A—设计系数，对于轴用材料45钢，对应A取115；P—轴的传递功率；n—轴的转速，r/min；代入数据可求得：由于轴上有键槽，轴颈增大5%。，由于装置是振动装置，取=40mm。3.8.2轴的结构设计轴是组成机械的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。轴设计的特点是：在轴系零、部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用和支点间的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中，必须把轴的强度计算和轴系零、部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。设计轴时应考虑多方面因素和要求，其中，主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。对于高速旋转地轴还应考虑振动稳定性问题。轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。轴的常用材料是35、45、50、优质碳素钢，最常用的是45钢。对于受载较小或不太重要的轴，也可用A、A等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受的限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢。本次设计选用45优质碳素钢。激振器轴的形状如图4-1所示：1段和5段用来安装偏心块，其长度和直径由偏心块的尺寸来决定，偏心块的厚度为115m，偏心块的孔径为110mm，由于轴的前端需要压板进行固定和定位，故选择轴的长度为105mm，直径为1102段和4段用来安装轴承和轴承端盖，其长度和直径由轴承和端盖的尺寸来确定，轴承选择22328c/w33，B=102mm，为了方便轴承装拆轴承内圈，故取直径为140mm，同时轴上需要轴承端盖进行径向固定故取长度为120mm。3段用来隔开两个轴承，长度为20mm，直径为160mm，和3段相连出开有退刀槽，宽为2mm。图3-5轴的示意图3.8.3轴的校核（1）轴的受力分析直线振动筛没跟轴上都装有两组偏心块，偏心块的旋转产生了很大的激振力，激发振动筛自身振动，因此该轴受到偏心块旋转产生的离心力F及偏心块产生的惯性力，轴及偏心块的自重，支撑反力,静转矩，当，轴的受力最大，在画弯矩图前轴的受力可简化为受到离心力F和支撑反力,扭矩T的作用。轴的受力、弯矩和扭矩见图3.4。（3-43）（3-44）有公式3.14和3.15代入数据可得轴的激振力，即离心力则可解的轴的材料选用45号钢，按第二类载荷计算其弯曲应力=60MPa，危险界面出现在支撑反力处，危险截面的当量弯矩为（3-45）其中：M-弯矩； T-扭矩； α-根据扭转性质而定的折合系数。图3-6轴的受力及弯扭图危险截面的应力应满足其中：W-抗弯模量故满足要求。3.8.4轴的细部结构设计 键槽：轴与偏振块周向固定采用A型平键连接，按照GB/T1099-1979和GB/T1098-1979确定①段和⑤段处的键为：配合：参考设计手册课得出在①段和⑤段处配合公差为H7/r6，在②段和④段处轴与孔的配合公差为H7/k6。加工手段：在①段和⑤段采用精车，在②段和④段采用磨削。3.9键的选择及校核轴和偏心块用平键周向定位联结。轴的直径为110mm，查阅设计手册，选取A型平键，长度根据轴的长度定为L=85mm。如图4-3：图3-7键的受力分析当轴传递扭矩T时，键的工作面受到压力N的作用，工作面受到挤压，键受剪切，失效形式是键，轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和键被剪坏。当键用45钢制造时，主要失效形式是压溃，所以通常只进行挤压强度计算，假设挤压应力在键上式均匀分布的，此时挤压强度条件是（3-46）式中 k—键与轴槽的接触高度，mm；l—键的工作长度，mm；—许用挤压应力，N/；代入数据可得：=20<=60N/由上述可知键符合强度要求。3-9偏心块的设计主偏心块的设计形状如图4-4，用CAD中的功能算出偏心块的面积和偏心距。图3-8主偏心块方法如下：首先设计出偏心块得形状；在CAD绘图过程中，图样按照1:1进行绘制。绘图单位为mm绘图完毕后，按照以下步骤进行：2.选择面域，将绘制的主偏心块生成面域。3.左击图形出现热点符号，选择“工具”，再选择“查询”，最后点击“面域/质量特性（M）”，出现AUTOCAD文本窗口，文本窗口显示出面积及质心数据。可以通过作面域查询的方法得：S=0.1183；形心坐标为（-59.1+59.1）则可求得偏心距r=83.5mm。偏心块的质量矩为（3-46）式中 —偏心块材料的密度；—偏心块厚度；r—偏心距根据理论力学原理可知：式中 M—筛体质量，kg；A—筛箱振幅。代入上式可得：=78mm偏心块设计要点：根据轴颈强度要求确定d，根据偏心块强度要求确定R，最后根据偏心质量矩，R和两参数先确定一个进行计算，然后再逐渐调整两参数，反复计算，直到参数到达最佳匹配为止。副偏心块的设计如图4-5。图3-9副偏心块设计方法和主偏心块相似，求得副偏心块的偏心距为r=145.6mm求得副偏心块可以产生的离心力为（3-47）代入数据可得：=6.15KN3.10筛箱的设计3.10.1筛箱横梁的选择筛箱由筛框、筛面及其压紧装置组成。筛框是由侧板和横梁组成。侧板的厚度为3～16mm的45号钢板制成。横梁常用