直线振动筛毕业设计

目 录1 绪论11.1 引言11.2 振动筛国内外的现状及发展趋势21.2.1国内振动筛研究现状21.2.2国外振动筛研究现状21.2.3国内技术发展趋势31.2.4国外技术发展趋势31.3振动筛的分类及各自的特点31.3.1圆运动振动筛31.3.2直线振动筛31.3.3其它类型的振动筛42 ZKB2060直线振动筛总体设计52.1振动筛的选型及工作原理52.2整体方案的确定及结构特点52.2.1筛箱62.2.2激振器102.2.3联轴器112.2.4支撑装置133 ZKB2060直线振动筛的设计计算153.1 直线振动筛筛面上物料的运动分析153.1.1筛面的运动方程153.1.2筛面上物料的运动分析153.2.工艺参数的选择163.2.1筛面的长度和宽度163.2.2处理量的校核173.3运动学参数的确定173.3.1筛面的倾角 （）173.3.2抛射角（）183.3.3振动强度K的选择183.3.4抛射强度（）183.3.5振幅和频率 （A、n）183.3.6振动筛参振重量的Matlab计算193.3.7振动筛运动学参数的Matlab优化求解243.3.8实际振动强度的校核303.4 动力学参数的确定303.4.1激振器偏心块质量及偏心距的确定303.4.3 弹簧刚度K计算303.4.4电动机功率的选择323.4.5 启动转矩的校核333.4.5筛箱侧板的设计333.4.6筛箱质心的计算333.5 主要零件的设计计算343.5.1 轴的设计计算343.5.2 轴承的选择与校核373.5.3 弹簧的校核计算373.5.4筛框横梁强度的计算393.5.5螺栓的强度校核413.6 基于Matlab/Simulink的动态仿真433.6.1 直线振动筛工作原理简介433.6.2 直线振动筛的动力学分析443.6.3 直线振动筛的共振机理443.6.4 直线振动筛的仿真过程453.7 基于Pro/e-Mechanica横梁的静载和模态分析553.7.1 横梁模型的建立553.7.2 横梁的静载分析553.7.2 横梁的模态分析564 ZKB2060直线振动筛的安装与维护584.1直线振动筛的安装与调试584.1.1筛分机的工艺配置关系584.1.2安装584.1.3试运转594.2 直线振动筛的维护与检修604.2.1 筛分机的操作604.2.2日常维护、保养60经济技术分析62参考文献63附录64翻译部分65英文原文65中文译文69致谢751 绪论1.1 引言我国是一个以煤炭为主要能源的国家，难选煤和高硫煤所占比重较大，而且随着我国洁净技术的发展及对人类生存环境的日益重视，大力发展高效率的选煤技术是必然结果。选煤是洁净煤技术的基础，先进高效和经济实用的选煤技术一直是人们追求的目标，虽然选煤技术的发展仍将趋于多元化，但基本趋势是：选煤装备大型化；重介技术占主要市场；装配式成为选煤厂建设的新模式；选煤过程控制自动化和全厂自动化。我国的煤炭洗选加工技术，通过自行研究开发和引进消化，已有长足的进步。国外已有的各种分选工艺我国均已具有，在个别领域已达到国际领先水平。近年来，在选煤工艺的研究开发方面有了较大发展，基本满足了不同条件选煤生产的需求。跳汰方面，在深入进行理论和实验室研究的基础上，采用多项新技术开发了SKT系列和X系列跳汰机，其适应煤质的能力、自动化程度都可与国外同类设备相媲美，目前进一步向智能化、全自动化方向发展；自行开发的液压驱动式动筛跳汰机已初步形成系列，其技术指标、理论研究成果都接近或超过国际先进水平。重介质方面，研究开发的大型无压、有压三产品重介质旋流器选煤系统，技术指标优于国际先进水平，且实现了大面积推广；研制的大型重介质分选机，分选指标优于同型号的“TESKA”分选机，已形成系列；在国际上率先研制成功的500mm重介质旋流器和随后开发的05mm级煤泥重介质旋流器及其分选工艺，使选煤工艺流程得到简化并取得了良好的技术效果。我国自行开发的空气重介流化床干法选煤系统，在国际上首先应用于生产。浮选方面，在对传统浮选工艺和设备进行进一步完善的基础上，已经形成了各种机械搅拌式、喷射旋流式浮选机系列，同时对强化细粒级浮选效果的各种浮选柱、高选择性浮选机等进行了初步的研究并取得了一定的进展。煤泥水处理方面，在压滤机得到广泛应用的基础上，提出了强气压穿流式压滤脱水的概念，并完成了200平方米强气压穿流式压滤机的工业性试验；经过二十多年的研究开发，研制成功了系列圆盘加压过滤机，技术指标与国际同类设备相近并已得到推广；研制的大型卧式沉降离心机、平带式过滤机、大型盘式真空过滤机等新型煤泥回收工艺及设备也已在工业生产中应用。原煤准备及筛分脱水方面，已开发使用了大型多齿辊破碎机和强力分级破碎机，超过16平方米的大型分级筛也已在选煤厂应用；利用模态分析技术开发了系列重心偏移式振动脱水筛并广泛推广；节能的高频振动电磁筛、各种高频筛也已在生产中应用。此外，在复合式干法选煤、煤泥滤饼干燥破碎等方面，也取得了初步的成果；对高梯度磁选、选择性絮凝、摩擦静电选煤及微波、化学脱硫法等新技术，也进行了实验室的试验探索。振动筛具有结构简单、工作性能可靠、维修量小、故障率低、筛面不易堵塞、筛分效率高、造价低等特点，而且无论振动筛振动还是不振动时都能随时清理筛内杂物，不影响振动筛的正常工作。因此，振动筛在筛选煤中有着广泛的应用。振动筛是洗煤选中不可缺少的一种装置，在后续工作中起着非常重要的作用。它不仅对细煤有筛选作用，而且对粗煤也有振动细化的作用。由于本次设计的振动筛激振力大，筛箱及其上面的物料运动有很大的加速度，所以特别适合于煤炭的脱水，脱介和脱泥，也同时用于分级处理。本次设计的新型振动筛不仅适合煤炭行业，同时也适合化工，冶金、矿山。1.2 振动筛国内外的现状及发展趋势1.2.1国内振动筛研究现状由于工业发展缓慢，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50年的事情，大体上可分为三个阶段。仿制阶段：这期间，仿制了前苏联的RYT系列圆振动筛、BKT-11、KT-OMZ型摇动筛；波兰的WK-15圆振动筛、CJM-21型型摇动筛和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。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，1500mmx3000mm重型振动筛及系列，15平方，30平方共振筛及系列，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，但他们的研制成功基本上满足了国内需求，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。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、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、琴式振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得了成功。1.2.2国外振动筛研究现状国外从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。1.2.3国内技术发展趋势积极开展筛分技术研究，提高原煤干式深度筛分技术，降低分级下限和增加煤炭品种，着重解决粒度细、水分高和粘度大的难筛物料的分级技术；为满足大露天矿选用，研制重型分级筛，适用于500毫米以下物料筛分；为提高筛板的寿命和效果，着重发展焊接筛网，非金属筛面；共振筛有被淘汰之势，应大力发展块偏心圆振动筛和直线振动筛。1.2.4国外技术发展趋势国外筛分设备仍以发展振动筛为主，振动筛向标准化、通用化和系列化方向发展；向大型化方向发展，但最大到55平方米，已够用了；增大筛面倾角，提高筛分效率；发展细粒筛分设备，筛孔尺寸小到0.10.3毫米；旋流筛使用逐渐增多；共振筛发展停滞。1.3振动筛的分类及各自的特点1.3.1圆运动振动筛圆运动振动筛是利用不平衡重激振器使筛箱振动的筛子，其运动轨迹一般为圆形。它普遍应用于煤炭、矿山厂的预先筛分、准备筛分以及脱水作业中。由于其筛面的圆形振动轨迹，使筛面上的物料不断地翻转和松散，因而圆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。国外又将圆运动振动筛分为单轴惯性振动筛和自定中心振动筛两种。单轴惯性振动筛特点是激振器的轴和皮带轮参与振动；优点是结构简单、容易制造；缺点是由于皮带轮与筛箱一起振动，无论电动机在任何角安装都不能避免皮带传动中心距的反复变化，从而引起三角皮带的反复伸缩，大大影响其使用寿命。波兰的WK型振动筛属于单轴惯性振动筛。自定中心振动筛优点是运转时三角皮带轮不与筛箱一起振动，故传动皮带寿命较长，工作较稳定。自定中心振动筛又可分为轴承偏心式和皮带轮偏心式两种。前者又名万能悬挂筛，因其筛箱振动时，主轴中心线和皮带轮的空间位置保持不变，故目前已很少使用；后者工作时，皮带轮回转中心线固定不动，所以传动三角皮带就不会时紧时松，具有频率较稳定、皮带寿命较长等特点。美国莱普尔-弗洛型振动筛是典型的皮带轮偏心式振动筛。1.3.2直线振动筛直线振动筛是靠两根带不平衡重的轴作同步异向旋转而产生振动的筛子。其筛面呈水平或倾斜安装，运动轨迹一般为直线，故称之为直线振动筛或水平振动筛。直线振动筛具有下列特点：它的动力平衡与物料在筛面上的运动情况较好；物料在筛面上的移动不是依靠筛子的倾角而是依靠激振力，故筛面一般水平安装，所以厂房高度较低；全封闭、不堵孔和坚固耐用，筛面有两层、三层和四层之分；由于筛箱运动中有较大的加速度，所以特别适合于煤炭的脱水、脱泥、脱介以及物料的分级。国外直线振动筛采用箱式激振器者较多，如美国Low-Head型、西德USL型、日本古河A型、日本永田双偏心轴式、法国皮克双偏心轴式等。采用筒式激振器的有美国SS型和SG型、日本川崎D型和古河E型及横山椭圆振动筛等。1.3.3其它类型的振动筛（1）等厚筛我国现有的ZD型直线等厚筛系列，有7种基本规格，总筛分效率一般在85%以上，限上限下率一般为5%10%。ZD系列等厚筛适用于需要精确分级的煤炭及类似比重物料的干湿式筛分，处理量较大，筛分深度可至6毫米。（2）概率筛分机概率筛分机通过采用大筛孔、大倾角和多层筛面结构，使物料近似筛分而提高筛机处理能力和干式筛分的深度。QGS型琴弦概率筛是在GS型煤用概率筛的基础上，吸收琴弦筛的特点研制的。该筛能有效地对潮湿煤炭进行6毫米干式分级，筛选产品能满足空气重介流态床分选机对人选煤的要求。琴弦筛网在共振状态下工作，筛孔不易堵塞。（3）GPS型高频振动细筛GPS-900-3型高频细筛是在吸收美国Derrick高频细筛技术的基础上研制的，该筛采用了叠层筛网(由三层孔径不同的不锈钢编织筛网叠合而成)、三路给矿(沿筛面长布置三个给矿器)和长圆筒形振动器(电机轴两端装由偏重块和调偏块组成的振子)振频2850次/分。目前已在黑色和有色金属闭路磨矿作业中，作为分级设备推广应用，分级总效率达60%70%。（4）电磁振动旋流筛电磁振动旋流筛是一种结构简单的高效脱水脱泥设备。该筛无转动部件，无需润滑，不需动力，不仅用于选煤厂，还可推广用作污水处理和选矿厂及其它类似物料的脱水脱泥和分级设备。目前该筛已形成用于粗煤泥的C型和用于末煤的M型两种型号。2 ZKB2060直线振动筛总体设计2.1振动筛的选型及工作原理机型的选择主要依据以下条件确定：1、筛分物料的名称、堆积比重、黏度、温度2、每小时的处理量3、筛网目数4、物料的粒度比例和要求的筛分精度5、物料的酸碱性（确定使用304#不锈钢或者316L 不锈钢）6、生产场地放置振动筛的空间尺寸。振动筛的工作原理：振动筛是利用速度和加速度作周期变化的筛面，使物料在筛面上产生相对运动，筛面配备以适当的筛孔，同时在风道里运用适当的气流速度，按谷物和杂质粒度大小和悬浮速度的不同进行分离的。图2.1直线振动筛的原理图1 出料口；2筛面；3横梁；4筛板；5减振装置；6肋板；7激振器 ；8轮胎联轴器；9电动机根据本次设计的要求，选煤的工艺和运动性能，即筛洗过的煤，脱水、脱介、脱泥的煤，并且筛50mm以下的煤料，选择直线振动筛较为合适。本次设计的直线振动筛采用可调节激振力大小的块偏心激振器，双电机自同步驱动，并采用高强度螺栓联接、橡胶弹簧支承和万向联轴节，具有调整方便、操作简单、维修量小、振动噪声低、振动频率高、分级效率高、使用寿命长等到优点，安装方式为座式，分为单层和双层，筛板结构为冲孔筛板或条缝筛网。适用于选煤、选矿、发电、制糖等工业对中、细粒度物料进行干、湿式分级或脱水、脱介、脱泥。2.2整体方案的确定及结构特点直线振动筛主要由筛箱、激振器、联轴器、振动电机、减振弹簧、支撑装置等组成。2.2.1筛箱筛箱是筛子的承载部分，由筛框及固定在它上面的筛面组成。筛箱是由侧板，后挡板，下横梁，上横梁等四部分组成。侧板一般使用610mm的钢板和角钢组合而制成，利用横梁将两块侧板连接起来，使筛框成整体结构。侧板用于传递激振力，在它的中部铆接有座圈，激振器就连接在座圈上。为加强侧板的刚度，在座圈附近采用双层钢板，并在适当的位置铆接角钢以补强。对于小型筛子，筛框的材质一般采用Q235普通碳素钢。这种材料的可焊性好，但强度和冲击韧性较低。对于大型筛子，采用高强度和高冲击韧性的钢材，其常用的材料是16Mn或锅炉钢板。采用优质钢材可以提高材料的强度。而且还能减轻筛框的质量，对筛箱的结构带来一定的好处。根据本次设计的要求，选型2060振动筛属于大型振动筛的范畴，故选用Q235钢的材料，以方便使用的年限及经济的合理性。图2.2 筛框的结构1横梁；2承料板；3内侧加强板；4外侧加强板；5侧板；6支撑架；7抗磨版；8横梁；9螺栓夹座；10排料嘴筛框结构常用的连接方式有环槽铆接和高强度螺栓连接，对于小型筛，也可采用焊接。采用环槽铆接和高强螺栓连接因无内应力，对振动负荷有良好的适应能力，普遍用于大型振动筛上，但制造工艺复杂；焊接结构施工方便，但由于焊缝复杂，内应力大，在强烈的振动负荷作用下往往发生焊缝开裂甚至造成构件的断裂。要消除焊接后的内应力，最常用的方法是高温退火处理, 这个方法是将构件均匀加热至600摄氏度到650摄氏度，并保温一定的时间，然后缓慢冷却。筛面一般按被筛物料的粒度和筛分作业的工艺要求来选择。常用的筛面基本上可分为5种：( 1 )板状筛面板状筛面是在钢板上冲孔的一种最牢固的筛面。主要用于大块物料的分级，冲孔筛板的形状和排列方式，有多种多样。筛板的材质可选用A3、16Mn、16MnCr等钢板，厚度58mm。也可采用聚氨酯橡胶。不同形状的筛孔其排列方式也不同。长方形筛孔，其长边应与物料运动方向一致，或呈一定角度；圆形、六角形及正方形等筛孔的中心一般按等边三角形布置。筛孔排列方式与料流方向的关系如下图所示，用箭头表示料流方向。图2.3 冲孔筛板孔的形状及排列方式 筛孔间的距离应考虑筛面的强度和开孔率的大小。板状筛面的开孔率一般为50%左右。其中长方形孔的筛面开孔率最大，方形孔次之，呈三角形排列的圆形孔筛面开孔率最低。( 2 )棒条筛面棒条筛面是由平行排列的具有一定断面形状的一组棒条固定在结实的横梁上面支撑。其特点是：筛面平滑、抗堵塞性好、筛孔尺寸为棒条之间的缝隙宽度。棒条筛面主要用于静态的固定筛和重型振动筛上，筛分来自矿山的原矿。物料给到筛面的一端，顺着棒条方向向下滑动、细粒透过筛孔，粗粒从筛面的另一端排出。棒条筛面的开孔率为50%60%。图2.4 棒条的断裂形状( 3 )编织筛面编织筛面是由金属的径丝（沿筛面长度方向）和纬丝（横穿筛面）编织而成。为防止网丝错动，保证筛分精度，通常把金属丝进行卷曲或压成凹型，然后再编织成网。筛网突出的优点是开孔率高（可达70%75%），重量轻，制造方便。缺点是与筛板比，牢固性差，使用寿命短。图2.5 编制筛网的形状a-三纬丝长孔；b-正方形筛孔筛丝的材质可选用高碳钢、不锈钢或弹簧钢。编织筛网又分金属筛网和网状丝布，金属筛网的筛孔较大，金属丝较粗，多用于中、细料级的筛分。网状丝布的筛孔很小（最小筛孔尺寸为0.038mm）主要用于粉状物料的脱泥、脱水或湿式分级。筛丝直径选取必须兼顾筛面载荷、筛网寿命、开孔率等因素。正方形筛孔的优点是分级精度高；长方形筛孔的优点是开孔率高，不易堵塞筛孔。如果孔的长边顺着物料流动方向时，筛分精度较低。( 4 )条缝筛面条缝筛面有穿条式、焊接式和编织式三种形式。穿条式筛面优点是工作可靠，缺点是制造复杂，材料消耗大，开孔率较低。 筛条是组成条缝筛面的基本元件。其断面形状可归纳为三种：等腰三角形、梯形和U型。筛条的尺寸参数有3个：条背高度、高度和锥角。圆形断面筛条尺寸以直径D表示。图2.6 条缝筛面a-穿条式条缝筛面；b-焊接式条缝；c-筛面筛条的断面形式等边三角形断面的筛条具有锐利的尖角，能破坏附着在颗粒表面上的水膜；由于锥角大，筛孔不易被物料堵塞，脱泥、脱介效果好。但由于尖角处易磨损，缝隙容易变大。等腰三角形断面的筛条高度较大，除了脱泥、脱介效果好外，还可以提高筛条强度和使用寿命。在弧形筛及脱水筛上应用较多。梯形断面的筛条强度高，筛面磨损后，缝隙变化小。可用于较粗粒级物料的分级和脱水。因此根据本次设计的目的和振动筛筛面的要筛的物料，采用条缝筛面中的梯形断面最为合适。圆形断面的筛面缝隙不会因磨损发生变化，使用寿命长，但易堵塞筛孔。筛条的材料有不锈钢、低碳钢和塑料等。当物料具有较大磨损性时。可采用铬锰不锈钢和高锰高氮不锈钢制造筛条，该材质具有很高的耐磨性。( 5 )非金属筛面非金属筛面主要有橡胶、尼龙和聚氨酯三种。橡胶筛面的材质主要有天然橡胶、合成橡胶、聚氨酯橡胶等；其中聚氨酯橡胶性能最佳，具有耐磨损、质量轻、噪音小和筛面自净效果好等优点。橡胶筛面一般采用两层制作，下层胶为韧性层硬度高，弹性低，起支承作用，包罩在加强芯上，其厚度占总厚的30%；上层为耐磨橡胶层，要求材质弹性高，硬度略低。非金属筛面的骨架一般用钢筋、扁钢或钢丝绳制作。钢丝绳强度高、柔性好，制作的筛面便于安装和具有较高的开孔率。图2.7 日本三星皮带公司的聚氨酯分级筛面1-聚氨酯橡胶；2-人造纤维骨架；3-钢丝绳骨架橡胶和聚氨酯筛面的特点：（1）使用寿命长。（2）筛分效果好，堵孔现象少。（3）由于筛面能有效地吸收物料的冲击振动和摩擦等产生的13kHz的声音，因此降低了筛分机工作的噪音，改善了工作环境。（4）质量轻。橡胶和聚氨酯筛面的缺点是价格贵，筛面有效面积小，即开孔率低。根据以上筛面的比较，和本次设计的要求，即针对经原煤分级要求，选用冲孔筛板，最为合适。筛面的固定方法筛面的固定方法可分为4类：木楔压紧、拉钩张、紧栓压紧和斜板压紧。1、木楔压紧 冲孔筛板和条缝筛板可用木楔将筛面固定在筛框上。在筛箱两侧的壁上，对称的焊接两条长角钢，在其上方间隔一定距离焊有一段短角钢，并与长角钢各呈倾斜。筛面支撑在两角钢之间，用木楔和木条压紧。木楔遇水后膨胀。可以把筛面压得很紧，此法简单可靠，更换筛面方便。图2.8 木楔压紧筛面2、拉钩张紧 对编织筛网或厚度小于6mm的筛板，可以将筛网或筛板末端弯成钩形;如果筛丝直径小，则用薄钢板与橡胶垫把筛网边缘包住，再弯成钩形，然后用拉钩及螺栓固定。3、螺栓压紧 直接用螺栓将筛面压紧在筛框上的连接方式适用于筛丝较粗大的编织筛网，以及厚度大于8mm的筛板、棒条筛面、橡胶筛面和其它筛面的中部固定。螺栓的形式以前常用U形，这种结构简单、可靠，但拆装麻烦。近年来改用J形螺栓，较U形螺栓适用方便。因此对本次设计而言采取此种固定方式较好。4、斜板压紧 该方法是通过筛框两侧帮上的螺栓、斜板等将筛面两边固定在筛框上。通常用于中等粒级筛分的薄钢板冲孔筛面、橡胶和聚氨脂筛板的固定。因为本次设计是为精煤分级脱水，为了可以更好地把筛面压紧，再根据上述的压紧方式的比较和本次设计的具体要求，采用斜楔压紧方式较为合适。2.2.2激振器激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，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，从而对物体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。按激励型式的不同,激振器分为惯性式电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等型式。激振器可产生单向的或多向的，简谐的或非简谐的激励力。激振器按功能形式分类的种类很多，着重介绍以下几种。（1）筛帮式块偏心激振器该激振器由轴承座、滚动轴承、主偏心块、副偏心块、轴、注油装置和防护罩等组成，调节主、副偏心块夹角可改变激振力的大小。此种形式激振器结构简单，工作可靠，便于安装、制造与维护，轴承采用润滑脂润滑，减少漏油现象，无大型铸造件及加工件。圆振动筛可采用两套块偏心激振器，分别安装在筛箱两侧，直线振动筛利用自同步原理使用四套偏心激振器，筛箱两侧分别安装两套块偏心激振器。因此，直线振动筛和圆振动筛可采用该种结构，便于系列化、通用化。激振器可采用万向传动轴或者其他连接方式传递动力。该激振器由于直接安装在筛箱两侧，因此，挠力直接作用在筛帮上，对筛箱弯矩小，受力状况好。我国煤用ZKB、ZKR、YK、YKR等系列筛分机采用这种结构形势的激振器。图2.9 块式激振器1偏心块；2配重板；3轴承座；4轴承盖；5挡圈；6轴；7调心滚子轴承；8筛箱侧板；9压圈（2）箱式激振器箱式激振器采用偏心块激振，有多种形势结构，主要有左右分箱式包容结构、偏心块外置式上下分箱结构和偏心块外置式整体结构。 由于该激振器箱体采用整体结构 ，因此，具有质量轻、结构紧凑、制造成本低，整体精度容易保证，传动件润滑集中、密封好等优点。但维修稍有不便。广泛用于香蕉筛、直线振动筛等。对上述激振器的结构特点的比较和本次具体设计的内容，结合洗煤技术的发展和直线振动筛的配合使用，采用块式激振器对洗煤振动地效果最佳。2.2.3联轴器联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。在振动系统中，采用的联轴器由三种形式：万向联轴器，轮胎联轴器和橡胶联轴器。图2.10 万向联轴器（1）万向联轴器有多种结构型式，例如：十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式、三叉杆式、三球销式、铰杆式等，最常用的为十字轴式，其次为球笼龙，万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般5-45之间。万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。在实际应用中根据所传递转矩大小分为重型、中型、轻型和小型。（2）橡胶联轴器，又称散爪性联轴器。主要由法兰，圆形平胶带，压板和螺栓等构成。在传动源与被传动的元件之间，起到传递动力的作用。橡胶联轴器利用橡胶环工作时产生轴向扭转变形，以实现减振缓冲和补偿两轴相对偏移的联轴器。在等剪应力的V形截面橡胶环的两侧面上经硫化粘接着两个金属环，形成橡胶组合件，利用拧入金属环螺纹孔的螺钉将两半联轴器成一体，以传递动力。为了降低应力集中和提高组合件的使用寿命，在橡胶环内径处制成圆角过渡的截形，圆角半径约为窄边宽度的三分之一。这种联轴器装拆橡胶组合件时，只需拧出螺钉，轴向移开两个端面具有凸爪的保护环，就可装拆橡胶组合件。由于一个保护环的凸爪与另一保护环的凹槽沿周向有一定有间隙，正常工作时两半联轴器的相对扭转角小于间隙角，凹凸部侧面接触而传递部分转矩，从而避免橡胶环因变形过大而损坏，起到安全保护作用。粘接面上螺纹孔处盖板的作用是增加橡胶环与金属环的粘接面积，以提高黏着力。图2.11 橡胶联轴器1法兰；2圆形平胶带；3压板（3）轮胎式联轴器，分为凸型和凹型两大类，凸型又分为带骨架整体式、无骨整体式和径向切口式三种。它们的共同特点都是将轮胎环用螺栓来连接两半联轴器以实现两轴的连接。轮胎环内侧用硫化方法与钢质骨架粘接成一体，骨架上的螺栓孔处焊有螺母。装配时用螺栓与两半联轴器的凸缘连接，依靠拧紧螺栓使轮胎与凸缘端面之间产生的摩擦力来传递转矩，轮胎环工作时发生扭转剪切变形，故轮胎联轴器具有很高的弹性，补偿两轴相对位移的能力较大，并有良好的阻尼，而且结构简单、不需润滑、装拆和维护都比较方便。其缺点是承载能力不高、外形尺寸较大，随着两轴相对扭转角的增加使轮胎外形扭歪，轴向尺寸略有减小，将在两轴上产生较大的附加轴向力，使轴承负载加大而降低寿命。轮胎联轴器高速运转时，轮胎外缘离心力的作用而向外扩张，将进一步增大附加轴向力。为此，在安装联轴器时应采取措施，使轮胎中的应力方向与工作时产生的应力方向相反，以抵消部分附加轴向力，达到改善联轴器和两轴承的工和条件。图2.12 轮胎联轴器1胶带片；2压紧环；3半联轴节根据振动筛的特点和本次设计精分洗煤脱水的要求，结合联轴器本身的特点，选用轮胎式联轴器较为合适。2.2.4支撑装置一种属于振动筛分机械中应用的振动筛筛面支撑装置【16】，是针对现有设备有焊接应力，易产生变形的问题而设计的。振动筛筛面支撑装置的筛箱、筛箱横梁及安装支撑骨架均采用螺栓连接，并设置有螺栓限位装置，具有拆卸、安装、维修都比较方便，更换筛面容易等特点。可广泛应用到各种振动筛分机械中。振动筛的支撑方式有吊式和座式两种。吊式采用的吊挂装置包括螺旋形压缩弹簧、钢丝绳、防摆锤、吊环、钢绳卡等零部件。目前座式减振装置是比较常用的减振装置。它由底座、主弹簧和上座等组成。在底座安装阻尼器，用于缓解筛子停车过程中的共振力。阻尼弹簧通过橡胶摩擦块在水平方向压紧筛箱，摩擦块与底座的上下间隙为10mm。阻尼力的大小可以通过螺栓调节。为简化结构，目前许多座式减振不再安装阻尼器。座式减振装置中的主弹簧即可采用金属螺旋弹簧也可采用橡胶弹簧。金属螺旋弹簧工作可靠，并具有良好的动力性能，可以设计的相当柔软，从而有效的降低筛子对基础的动载荷，缺点是弹簧上下端精度不能保证，易产生噪音。橡胶弹簧内阻较大，一般认为在过共振区时应该具有较低的振幅，噪音低，其缺点是刚度较大，筛子对基础的动负荷大，易老化。由于橡胶弹簧相对于金属螺旋弹簧具有以下优势：1、减振性能好，能吸收高频振动的能力；2、重量轻，减少噪音；3、避免金属弹簧突然折断的可能；4、可以清除接触面或活动关节的磨擦。振动筛子通过四组吊挂装置挂在上层楼板上。改变钢丝绳的长度可以调整筛面倾角。防摆锤安装在钢丝绳的上方，其作用是防止筛箱产生横向摆动。筛子工作时，产生横向摆动是难免的，这是因为钢丝绳有其自振频率，当筛子工作频率等于钢丝绳的自振频率时，就要发生共振，此时钢丝绳就会产生强烈的偏摆，筛箱发生不稳定的振动。为了避免此现象，可以变化防摆配重在绳上的位置，来改变钢丝绳的自振频率，防止共振现象发生，达到防摆目的。如果钢绳长度比较短，即在1250mm以内时，也可不设防摆锤.图2.13 橡胶弹簧在工厂中都是尽量减小振动产生的噪声而采取很多的措施，对公司来说，使用性能越好，寿命越长越得到企业的亲睐。再结合具体要求，所以本次设计用支撑装置为橡胶弹簧方式为好。3 ZKB2060直线振动筛的设计计算3.1 直线振动筛筛面上物料的运动分析3.1.1筛面的运动方程直线振动筛的筛面是沿振动方向作简谐振动，筛面的位移方程式可用下式表示： 式（3.1）式中 S筛面运动的位移；A筛面的振幅；激振器轴回转相位角，=t；轴的转动角速度； t时间。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： 式（3.2）式中 -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。3.1.2筛面上物料的运动分析直线振动筛的筛面以不同的振次和振幅作连续振动时，筛面上的颗粒可能出现正向滑动、方向滑动和跳动等不同的运动状态。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下图，筛面倾斜安装，与水平面夹角为，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： 式（3.3）图3.1 物料颗粒在直线振动筛面上的受力状态式中 N筛面对物料的法向受力； F筛面对物料的静摩擦力； 颗粒抛掷运动的条件：，即颗粒给筛面的正压力所以 消去m，得： 式（3.4）根据公式：物料的抛掷指数，因此，公式（3.4）即为直线振动筛上物料抛掷指数的表达式，即 式（3.5）从上式中可看出，抛射强度是直线振动筛的一个重要特性量。显然，筛面的加速度和抛射角越大，抛射强度也越大。3.2.工艺参数的选择3.2.1筛面的长度和宽度为了提高筛分机的能力和效果，就要适当地确定筛分机的长度和宽度。一般地说，当筛分的其他条件相同时，生产率主要取决于筛面宽度，筛分效率则主要决定于筛面长度。筛面宽度是决定筛分机生产率的主要因素。因为要保证物料的筛分效果，筛面上的物料需要有适当的厚度。在物料厚度一定时，物料的通过能力主要取决于筛分机的宽度，所以筛面越宽，生产能力也越大。但是，筛分机的宽度不能太大，如果宽度过大，使用时很难保证均匀给料；同时，在结构上，筛子允许的宽度又受传动装置和筛筐骨架强度的限制。如果筛子做的太宽，则筛子的传动轴和筛筐横梁的断面尺寸需要增大，筛筐受力情况也会变坏。筛面长度影响到物料的筛分效率。因为筛分时间与筛面长度有直接关系。筛面越长，则筛分时间越长，筛分效率越高。但是根据筛分理论，任意增长筛分时间是没有必要的。因为在筛分过程中，最初一段时间筛分效率增加的很快，随着时间的增长，筛分效率增加逐渐缓慢，这时候，如果用增加筛分时间来提高筛分效率，实际上是不合理的。从这点出发，筛面应当有适当的长度。 在设计筛分机系列时，有时也用长宽比这样的指标来确定筛分机的长度和宽度。根据导师题目安排，确定振动筛筛面长6000mm宽2000mm。3.2.2处理量的校核筛分机的生产能力和原料性质、筛分条件及对筛分精度的要求都有关系。振动筛生产能力的计算虽然有不少经验公式，但由于筛分过程的影响因素很多，生产上还是以类似条件下的单位面积生产率来计算。根据筛子的单位面积生产率，可用下列公式计算筛子的生产能力： 式（3.6）式中筛面的工作面积，。筛子单位面积的生产率，根据筛孔尺寸确定。 因为本次设计2060型直线振动筛的长为6m宽为2m，面积为12米。故符合本次设计量的要求。3.3运动学参数的确定3.3.1筛面的倾角 （）筛面的倾角是指筛面与水平线的夹角。倾角大小影响到筛面上的物料移动速度。当筛子倾角大时，物料移动速度快，生产量大，但筛分效率要随着降低。在不同的使用场合上，各种筛子有各自适宜的倾角。对于做直线运动的筛子，一般是水平安装，倾角为零。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用在筛孔为40毫米以下的中小粒度的筛分或煤的脱水脱泥和脱介质上。如果用于筛孔为50毫米以上的筛分，筛子应有一个角度，其倾角大约为510度。我国直线振动筛的筛面倾角一般取。3.3.2抛射角（）直线运动的筛子都有一定的抛射角。它是指筛箱运动方向与筛面所成的角度。实际上，抛射角就是筛面上的物料受力作用而抛起的方向角。抛射角大则有利于物料透筛，但生产率小，适用于难筛物料。目前直线振动筛的抛射角一般在3065之间。我国直线振动筛其抛射角采用45。3.3.3振动强度K的选择振动强度K是指筛箱运动的加速度与重力加速度的比值，它是反映机器强度的指标，K值越大，筛分机的强度越高，但根据目前机械水平，K值一般在8以内。 式（3.7）3.3.4抛射强度（）抛射强度就是颗粒受惯性力后，在垂直于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）中看出，当1时，颗粒脱离筛面，作跳跃运动。所以=1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，抛射得也越高。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不是有利 的。颗粒跳动一次的时间不超过筛面振动一次的时间，才能充分利用筛面每次振动的作用。3.3.5振幅和频率 （A、n）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。它们之间的关系可用以下数学式表示： 式（3.8）式中：-筛箱振幅，米；-筛箱振动频率，次/分；-筛箱振动角频率，弧度/秒。从上式可见，加大振幅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的多。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。所以筛箱必须有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。3.3.6振动筛参振重量的Matlab计算筛机参振重量的计算，是振动筛设计中必须首先进行的，并且其计算的精确与否，直接影响整个设计的完美。过去的计算方法是依据设计振动筛多年经验和实际应用情况总结一个系数(如ZK系列的系数是650左右)再乘上筛机的工作面积来确定。这种方法虽然简练，但是否能真正反映参振重量和工作面积问的相互关系， 并未经过评价，而且也没有一个系统的理论推导。针对这一问题，-通过收集9种ZK系列不同筛机的参振重量和筛机工作面积资料，采用回归方法， 建立ZK系列振动筛参振重量计算时效学模型，并对线性回归方程相关程度进行了分析和总结。（1） Matlab求解方法表1给出了离际应用的9种ZK系列筛机的规格、参振重量和工作面积，并根据这些数据做出了相关图(图1)。振动筛型号工作面积参振重量2.251540.952.71716.833.01970.53.62122.214.529156.338008.1488112.67442.215.769439.058.835829.69表3.1 x=2.25 2.7 3.0 3.6 4.5 6.3 8.1 12.6 15.76; y=1540.95 1716.83 1970.5 2122.21 2915 3800 4881 7442.2 9439.0; plot(x,y,ro) hold on p1=polyfit(x,y,1)p1 = 583.7901 166.1107 x1=2.25:0.01:15.76; y1=polyval(p1,x1); plot(x1,y1)xlabel(振动筛面积)，ylabel(参振重量)采用最小平方误差(least squares error)或是线性回归，MATLAB的polyfit函数提供了 从一阶到高阶多项式的回归法，其语法为polyfit(x,y,n)，其中x,y为输入数据组n为多项式的阶数，n=1就是一阶的线性回归法。因此由matlab计算得到的线性方程为：图3.2 参振重量和面积相关图（2） 数理统计分析方法 数学模型的建立如图1所示，若把ZK系列振动筛工作面积定为自变量，单位为；参振重量定为因变量，单位为，从图1不难看出，参振重量与工作面积呈线性关系，因此假设其线性回归方程为： 式（3.9）根据最小二乘原理可得： 式（3.10） 式（3.11）序号15.06252374526.902510453.63503467.137527.29002947505.24898681.27604635.44139.00003882870.257105.48615911.5412.96004503775.28415454.08897639.956520.250084972252168.421713117.5639.69001444000042.400323940765.6100238241611409.227939536.18158.760055386340.84020994.983893771.729248.37768909472150354.4251148758.6400567.0001204951125.52106663.9446340777.994由表1可得： 根据表1数据可列表算出其它各值见表2。 =583.7901 =166.1107将a、b值代人方程(1)中得出回归方程即为数学模型： 式（3.12） 回归式的相关程度及估价 式（3.13） 由相关系数值表中可以查出， 当自由度，置信度为时，所对应的相关系数限值为0.666，则，所以ZK系列筛机的工作面积S与参振重量G之问存在着显著的直线相关。通过这个数学模型计算的筛机参振重量与实际的参振重量，在一般情况下应存在一定的误差，所以应对此回归线进行估价， 确定在一定信度下，误差范围有多大。这个方法是通过求误差的均方差求得，均方差计算式如下： 式（3.14） 由t的定性限值表中可以查出：当自由度， 置信度为时，则误差范围为，即在5 的可信度下， 回归直线方程的误差不超过。在