【JX17-54】双轴椭圆振动筛分机结构设计（二维+论文）
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JX17-54
【JX17-54】双轴椭圆振动筛分机结构设计二维+论文
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【JX17-54】双轴椭圆振动筛分机结构设计（二维+论文）,JX17-54,【JX17-54】双轴椭圆振动筛分机结构设计二维+论文
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本科生毕业设计本科生毕业设计(论文论文) 题题 目目:一种矿用椭圆振动筛分机结构设 计 英文题目英文题目:Structure design of elliptical vibrating screen of mine used 系系 :机械工程系 专专 业业:机械工程 班班 级级:机械 1301 学学 生生:胡鑫禹 学学 号号:13413108 指导教师指导教师 1:陈兵职称职称:副教授 指导教师指导教师 2:职称职称: 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -1- 声 明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在 陈兵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） -2- 摘 要 近年来，椭圆振动筛在筛分领域中引起了广泛关注。椭圆振动筛兼具有圆振动 筛和直线振动筛的优点，既能得到较高的物料输送速度，又能促进物料分层，减少 堵孔，提高筛分效率。生产实践证明，在保证相同筛分效率的情况下，椭圆振动筛 的产量可以提高 30%左右；在相同处理量的条件下，筛分效率明显提高，可以达到 90%以上，因此研究椭圆振动筛的设计具有十分重要的意义。 本课题以一种矿用双轴椭圆振动筛为例，研究了振动筛分的原理、总体方案设 计、主要组成部件的设计、计算及校核，并在此基础上完成了工程图纸绘制的工作。 关键词：关键词：双轴，椭圆振动筛，结构设计，参数校核 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -3- Abstract In recent years，elliptical vibrating screen has attracted extensive attention in the field of screening. The elliptical vibrating screen has the advantages of both a circular vibrating screen and a linear vibrating screen， which can not only obtain higher material conveying speed，but also promote the material layering， reduce the hole plugging and improve the sieving efficiency. The production practice shows that in the same screening efficiency under the condition of elliptical vibrating screen production can be increased by about 30%; in the same amount of processing conditions，the screening efficiency is significantly improved，can reach more than 90%，so it has very important significance on the design of elliptic vibrating screen. In this paper a mine elliptical vibration screen as an example，studies the vibration screening principle，overall design，main components design，calculation and verification，on the basis of engineering drawing work. Key Words：Structure design and parameter check of double shaft elliptical vibrating screen 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -I- 目目 录录 摘摘 要要2 ABSTRACT3 引引 言言3 1 绪论绪论.4 1.1 选题背景及意义4 1.1.1 选题背景.4 1.1.2 选题的意义.4 1.2 振动筛选机概述5 1.3 振动筛在国内外发展概况7 1.3.1 国内发展概况.7 1.3.2 国外发展概况.8 1.4 振动筛发展方向9 1.5 筛分10 1.5.1 筛分概念.10 1.5.2 筛分设备作用.11 1.6 本课题主要研究内容11 2 椭圆振动筛总体设计椭圆振动筛总体设计.13 2.1 椭圆振动筛概述13 2.2 椭圆振动筛工作原理16 2.3 筛箱设计方案22 2.3.1 筛面选择.23 2.3.2 筛框设计.25 2.4 传动方案选择26 2.5 减振装置选择27 2.6 筛框横梁28 2.7 紧固件31 2.8 本章小结34 3 椭圆筛的设计及计算椭圆筛的设计及计算.35 3.1 工艺35 3.1.1 处理量校核.35 3.1.2 物料运动平均速度.35 3.1.3 筛孔尺寸.36 3.2 计算隔振弹簧刚度37 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -II- 3.3 振动筛传给地基的载荷37 3.3.1 静载荷.37 3.3.2 动载荷.38 3.3.3 最大动载荷.38 3.4 电机功率计算38 3.4.1 振动阻尼消耗的功率.38 3.4.2 轴在轴承中摩擦消耗的功率.39 3.4.3 振动筛的电机功率.39 3.5 本章小结40 4 激振器的设计计算激振器的设计计算.41 4.1 偏心块设计41 4.2 激振器传动轴的设计计算45 4.2.1 扭矩校核.47 4.2.2 弯矩校核.48 4.3 键的强度校核48 4.4 轴承校核49 4.5 本章小结49 结结 论论50 参参 考考 文文 献献51 致致 谢谢53 附附 录录54 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -3- 引 言 随着我国冶金工业的迅速发展，振动筛设备在工程中得到广泛应用，在整个国 民经济的发展中起着重要作用。因此，振动筛机的研究具有重要的现实意义。从目 前国内外的研究趋势看，一方面是致力于现有的筛分机运动分析和结构调整；另一 方面针对新的设计目标，探索合理的结构类型、动态配置和动力学参数，从而进一 步促进筛分机械的应用。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -4- 1绪论 1.1选题背景及意义 1.1.1 选选题题背背景景 不同的运动轨迹会对物料的输送产生不同的影响。通常，振动输送机工作过程 的运动轨迹包括：直线、圆、和椭圆。圆运动振动输送机工作时，会产生一个旋转 着的加速度矢量，使输送面上的物料极易分散。但圆运动轨迹的抛掷角陡峭，物料 输送速度较低，因而在相同条件下输送量不如直线输送机2。直线输送机的输送机 面呈水平布置，物料输送速度相当高，然而其加速度矢量只有一个方向，所以堵塞 输送机孔的可能性较大1。双轴椭圆振动输送机结合了圆运动和直线运动两种输送 机的基本优点，既强化了物料向前的输送量，又消除了直线输送机物料堵塞输送机 孔的可能性，所以越来越被人们所认识。然而，此前国内外在有关双轴平动椭圆振 动输送机的设计中，为了保证输送机箱的平动，要求振动输送机质心和力心必须重 合。由于存在上述条件，在平动椭圆输送机的设计制造过程中，激振器通常被镶嵌 在振动输送机输送机箱的中部，这不仅影响振动输送机的输送效率，而且导致拆装 和维修非常困难，这一问题长期以来一直困扰着设计人员3。因此，本课题就是在 总结现有国内外资料的基础上，针对当前惯性椭圆振动输送机存在的问题进行的针 对性探讨和研究9。 1.1.2 选选题题的的意意义义 1）尽管目前国内外研究和应用了各种新机型，例如临界滚筒筛、筛面曲张筛等 等。但它们只适用于一定的场合，而振动筛结构简单，生产效率高，工作可靠，适 用面广，因此针对筛分机的运动分析和结构调整仍是极具理论和现实意义的。 2）另一方面，由于振动筛分机械工作噪音大，工作条件差，零部件易损坏，有 关如何改进结构，采用更合理的动力学参数，使设备出现故障时更加易于维修的研 究将作为一个重要课题，是今后振动机械设备相互竞争的重要优势之一。 3）在椭圆振动筛的结构设计方面，一直以来技术人员遵守着质心和力心重合的 条件限制，没有人对在适当违反这一条件时的工作状态做进一步的理论探讨。因此， 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -5- 如果能够在理论上证明由质心和力心适当偏离而引起的附加摆动可以忽略不计，即 突破以往国内外在惯性振动筛设计中对双轴振动筛所加的严格限制条件，将为开拓 更广泛的设计空间，设计出结构更加合理的振动筛分设备提供坚实的理论保证，这 将是一件非常有意义的工作。如果，理论推导证明在质心和力心偏离时会产生强烈 的破坏性振动，也可以从反面证明质心和力心重合的原则，避免工程人员在设计中 不必要的失误。 1.2振动筛选机概述 振动是一个物体随时间变化的状态。在很多情况下，振动是一种不必要的和有 害的现象，如振动可以产生噪音，降低精度，增加疲劳，甚至造成损坏的后果。然 而，在某些情况下，振动是有益的，合理的振动可以有效地完成许多生产过程。振 动筛分机械是利用振动原理对产品进行分类的机械设备。这是近三十年来发展迅速 的一种新型机器。广泛应用于矿山、冶金、煤炭、铁路等行业12。 目前广泛应用于生产实践的振动筛分机械有很多种结构型式。尽管这些振动筛 在结构和工作原理上存在着差别，但振动筛分机械通常是由以下三个部分所组成。 1) 激振器 用以产生周期变化的激振力，使工作机体产生持续的振动。常用的激振器有： 惯性式激振器、弹性连杆式激振器、电磁式激振器、液压式或气动式激振器，以及 凸轮式激振器等。 2）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。为了完成各 种工艺过程，他们通常做周期性的运动。 3）弹性元件 包括隔振弹簧、主振弹簧和连杆弹簧。在一些振动筛分机中无弹性元件。 振动筛的工作过程是这样的：筛箱是振动筛的主要工作区域，物料从进料端进 入筛箱，筛箱在激振器驱动下按一定的轨迹振动，物料在筛箱运动过程中向前运动， 直径大于筛孔径的材料从出料端排出。 一种性能良好的振动筛，通常要获得较高的筛分效率，良好的筛分效果，稳定 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -6- 的振动工况，良好的安装和维护性能。为了达到这些性能要求，振动筛的研究主要 集中在以下几个方面。 为了实现高效率，效率在很大程度上取决于运动轨迹。几十年来，人们对轨迹 进行了大量的研究，从直线到曲线，从线性发展到非线性，从平面曲线到复杂的空 间曲线，逐渐适应了材料的不同特性来进行筛选的要求。一般来说，振动筛采用以 下三种运动轨迹。 1）圆运动振动轨迹：旋转加速度矢量的圆周运动轨迹：松散材料的效果很强。 堵塞筛孔风险是非常小的，因为堵塞筛孔的颗粒，通过筛面层的圆形运动可以重新 从筛孔出来，但圆形振动筛具有相当陡峭的振动角度，没有使材料往前运动的趋势， 这对于工作效率是不利的。为了推动材料的连续运动，筛网必须倾斜安装，从而增 加筛网本身的高度，占用空间大，增加基础设施投资。由于筛面倾角的存在，材料 的向下运动速度逐渐增大，其结果不仅降低了筛面的概率，而且还未充分发挥筛面 作用16。 2）直线振动筛分轨迹：输送机面水平的直线振动输送机有相当高的物料抛送速 度。然而它的加速度矢量只作用在一个方向上，被输送机物料不能很快穿过，不能 充分的松散和重新排列。因此，小颗粒不能很快穿过物料层到达输送机孔。由于直 线的加速度矢量，塞在输送机孔内的颗粒很难从输送机孔中抛出。在不利的条件下 有很大的堵孔危险，以致输送机分过程明显恶化。为了达到足够的输送速度，除振 动输送机分方向外输送机面也必须有一个 10 度左右倾角，这样为了安装输送机子就 需要显著增加空间高度。对于空间有限的现场，这种输送机子的应用受到很大的限 制。 3）椭圆振动筛分轨迹：椭圆振动筛结合了圆运动和直线运动两种筛分轨迹的基 本优点。确切地说，椭圆的“长轴”是强化物料输送的分量，而“短轴”是促进被筛物 料松散的分量。椭圆振动筛的优点是： （1)物料输送的速度较高，因此物料层厚度较薄； （2)可较平安装，机器总高度较低； （3)被筛物料有强烈的松散和再排列效应，因此有较大的生产率； 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -7- （4)筛孔保证不被物料堵塞，因此有较大的有效筛分面积。 根据椭圆振动筛的使用经验证明它的生产能力可以比圆运动和直线运动振动筛 高大约 30%左右。 在生产系统中比较也显示椭圆振动具有下列优点: 1)在给料量相同的情况下需要的筛分面积较小； 2)在给料量的筛分面积相同的情况下，筛分后的产品有较好的筛分质量； 3)在筛分面积相同的情况下，能处理的给料量较大。 1.3振动筛在国内外发展概况 1.3.1 国国内内发发展展概概况况 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。随着我国经济的高速发展，对能源需求的不断 增大以及煤矿采掘机械化程度的不断提高，对于振动筛分机械的工作效率的要求越 来越高，因而研制大容量的大型振动筛的重要性越显突出。我国对筛分机械的研制 主要经历了三个阶段：仿制阶段、自行研制阶段、提高阶段。 五十年代初至六十年代中期，主要是从前苏联和波兰引进，并部分仿制了偏心 式和单惯性式圆振动筛。如前苏联的系列圆振动筛、MZ 型摇动筛；波兰的 WK-15 振动筛，WPI，WPZ 型吊式椭圆振动筛。这些筛分机械的仿制成功，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。 从 60 年代中期我国开始独立研制，主要成果有 DD 系列、ZD 系列单轴振动筛 和 ZS 系列、DS 系列双轴振动筛。这些设备虽然存在一定的故障，寿命较短等问题， 但是它们的研制成功基本上满足了国内的需求，同时也标志着我国的筛分机械走上 了独立发展的道路。 在 80 年代，我国的筛分机械迈进了一个新的发展里程碑。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系列，自同步等系列，例如螺旋三 段筛，物料椭圆振动筛，琴弦振动筛，立式圆筒筛的研制取得了一定的成功。于此 同时，我国筛分机械的制造水平也有了很大的提高。我国生产使用的筛分设备有 200 多个品种，其中绝大部分为振动筛。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -8- 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 TaborTI 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 型圆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 及用于不高于 200的散状物料分级的 YAR 系列热石筛。 我国目前使用的椭圆振动筛丰要有：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、脱泥及湿式分级的 ZKB、ZKBX 型自同步椭圆振动筛；广泛用于各种物料分级、脱水、脱介的 zK 系 列椭圆振动筛；引进美国 TaborTH 型振动筛技术制造的 ZKX 系列椭圆振动筛；消 化吸收 ZKX 基础上研制成功的 DZS 大型椭圆振动筛；适用于温度在 150以下的冷 烧结矿整粒工序进行分级的 LZS 和 SLZS 型冷矿振动筛；专为冶金部门温度在 800“850的中小粒度烧结矿进行分级的 SZR 型热矿振动筛11。 同样还有其他类型的筛分机械：GS 型、ZBG 型、QGS 型、XGS 型概率筛分机； ZD 型、ZDS 型等厚筛；GXS 型、SQDI 型琴弦式筛分机；GPS 型高频振动细筛；C 型、M 型电磁振动旋流筛；SL 型螺旋筛分机；QZK 曲面振动筛；LYS 型立式圆筒 筛等。 1.3.2 国国外外发发展展概概况况 国外从 16 世纪开始筛分机械的研究与生产，到了 18 世纪欧洲工业革命时期， 筛分机械得到了迅速的发展，使筛分机械发展到较高的水平。比如，德国的申克公 司能提供 260 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 公司和海因曼公司 都研制了双倾角的筛分设备。美国 NRO 公司研制出了 DFN 型双频率振动筛，采用 不同的速度激振器，DKR 公司研制成三路分配给料，一台高速电机驱动的振动筛。 英国为解决从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功了旋流概率筛。前苏联也研制了一 种多用处兼有椭圆振动筛优点的自同步椭圆振动筛14。 这些国外知名企业采用先进的设计技术及制造技术，不但生产出适用于各种场 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -9- 合的不同类型的振动筛，而且生产出了性能优良的大型振动筛，受到用户的欢迎， 几乎垄断了国内大型振动筛市场。如德国的筛子技术公司和申克公司分别制造出了 50m2和 34 m2的大型椭圆振动筛，日本的神户制钢所和川崎重工也制造出了 34 m2 和 48 m2的产品，美国的 CONN WELD 公司制造出了 27m2的产品。在对全国几家 使用大型振动筛的厂家的调研发现，全套进口的德国筛子技术公司和日本神户制钢 所的 27 m2椭圆振动筛均可正常使用 35 年16。 1.4振动筛发展方向 振动筛，作为对物料进行分级、脱水、脱泥、脱介的有效设备，已广泛用于煤 炭、矿山、化工、医药等行业。由于目前有些用户不仅对设备质量有要求，对工期 也要求很高。所以，高速高效的设计、生产已很必要。 振动筛采用抛射式筛分，筛子每振动一次，物料便被抛射一次，相对筛面冲击 一次，被筛分物料的这种特点使得振动筛的筛分效率高，生产能力大，因此被广泛 使用。振动筛是通过激振设备对筛体的激振而是物料得以分离，从而达到生产要求 的一种设备10。在给定的振动强度下振动，使筛面的物料获得一定的动能，使动能 小的细粒到达筛面附件从而得到分离。振动筛分机械主要由以下三部分组成：激振 器、筛体、弹性元件等。 在振动筛产生以后，人们开始重视建立和发展筛分理论。早期的筛分理论形成 于 50 年代初，它是以单个颗粒为研究对象而发展起来的，一般称为单颗粒运动理论。 该理论系统的描述了振动筛对物料进行抛射式筛分时，单个颗粒的运动情况，进而 提出了筛分机特性值。振动筛是我国 20 年来迅速发展的新型机械。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 各行业的特殊需求，产生了各种形式的筛分机械，并在各个工业部门得到广泛的应 用。振动筛分机械在工程中广泛应用，对国家的经济起着重要作用。从目前国外的 研究动向看，一方面致力于现存筛分机械的运动分析和结构调整；另一方面瞄准新 颖的设计目标。探求合理的结构形式、动力配置和动力学参数，以便进一步推动振 动筛的应用。 综合国内外筛分机械发展现状，筛分机械的发展趋势有以下几个方向： 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -10- a.筛分机械大型化 筛分机械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 振动筛，其中其中以西德最为突出。1976 年德国已能制造单机处理量为 1000 吨/时 的预先筛分振动机。西德筛子技术公司制造的 50m2振动筛，宽 5.5m，为了加大激 振力，将四个激振器并联安装，筛体用耐疲劳、耐腐蚀能力强的材料制成。两年多 生产实践证明，其使用效果良好。 b.应用等厚筛分法 等厚筛分法也叫大厚度筛分法，上世纪 60 年代首先出现于法国，70 年代初期 国外广泛应用这一种新筛分法。该法的特点是：不管入料中小于筛孔的颗粒所占的 百分比如何，在筛分过程中筛上物料层的厚度保持不变或递增，而采用普通筛分法 时，筛上物料厚度都是递减的。等厚筛分法目前在我国某些大型选煤厂中使用，其 产量约较普通筛分法提高两倍以上。 c.应用概率筛分法 概率筛方法是瑞典人摩根森首先提出的。这种方法有效地按照概率理论去完成 物料筛分的整个过程，它有以下一些特点：由于采用了大筛孔、大倾角和多层筛面， 物料入筛后能迅速透筛，同时也克服了普通筛分法中容易堵塞筛孔的缺点，减小了 筛面的磨损，提高了单位面积的处理量。适合于筛分水分大和难筛分的细粒级物料。 d.惯性振动筛的迅速发展 60 年代，共振筛曾受到各国重视，发展很快。但生产实践证明，它具有结构复 杂、机重大、难调整和故障多等缺点。现在德国、日本等已停止制造。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，结构和维护工 作都较简单，故目前得到迅速发展12。 1.5筛分 1.5.1 筛筛分分概概念念 广义的筛分是指将粒子群按粒子的粒径大小、比重、带电性以及磁性等分体学 性质进行分离的方法。一般来讲，筛分是利用筛子把粒度范围较宽的物料按粒度分 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -11- 为若干个级别的作业。具有直线轨迹的惯性振动筛为椭圆振动筛。其支承方式有悬 挂支撑和座式支承两种，悬挂支承，筛面固定在筛箱上，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直线轨迹的振动。 1.5.2 筛筛分分设设备备作作用用 筛分作业是煤炭加工的重要环节，它广泛地应用于筛选厂和选煤厂，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，不同的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，对煤碳粒度要求很严格，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 髙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 的煤送入跳汰机饿、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 动力煤和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 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -12- 生产部门的经济效益。 1.6本课题主要研究内容 1） 、确定座式椭圆振动输送机的功能及工作原理，振动方案确定与总体结构设 计； 2） 、标准件选型、关键零部件的强度校核与刚度计算； 3） 、计算机绘制总装配图、部件图及零件图。 设计的振动筛的技术参数如下： （1）筛面规格：2480mm6100mm； （2）筛面倾角：0 5 度； （3）振幅 长轴 812mm；短轴 35mm； （4）振动频率：750rpm （5）处理量 500 t/h 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -13- 2椭圆振动筛总体设计 椭圆筛是上世纪 80 年代初发展起来的一种新筛型，与非均衡椭圆筛的主要差别 在于：筛上所有椭圆运动轨迹的长轴和短轴相同，抛掷角的大小与方向完全一致。 圆运动振动筛上有一个旋转着的加速度矢量，筛面上物料极易分散，堵塞筛孔 的可能性小。但圆运动的抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因而在相同条件下处理 量不如直线筛，直线筛筛面水平布置，物料输送速度相当高，然而其加速度矢量只 有一个万向，所以堵孔的可能性较大。 椭圆筛综合了直线振动筛和圆振动筛的优点、即椭圆“长轴”是强化物料输送的 分量，而短轴则可消除部分物料堵塞筛孔的可能性。因而，在一般情况下，总的处 理量较直线振动筛和圆振动筛大 25%左右。 2.1椭圆振动筛概述 椭圆振动筛具有结构简单、生产能力大、筛分效率高等优点，广泛应用于冶金 等工业部门。椭圆振动筛由激振器驱动。椭圆振动激振器由偏心块、主轴、主轴轴 承和轴承座组成。工作体的振动是由偏心块的旋转引起的离心力引起的离心力引起 的。振子的排列形式会影响筛面运动轨迹。 椭圆振动筛按照激振器驱动轴的数目，可以分成以下几种。 1) 单轴式椭圆振动筛 单轴式椭圆振动筛是由单轴式椭圆激振器驱动筛箱振动。单轴式椭圆激振器由 一根主轴和分布在主轴两侧的偏心块组成，产生沿圆周方向变化的激振力。当轴两 端的偏心块具有不同的安装相位时，还会产生沿圆周方向变化的激振力偶。单轴椭 圆振动筛如图 2-1 所示： 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -14- 图 2-1 单轴椭圆振动筛 单轴椭圆振动筛的激振器回转时产生椭圆力，迫使筛箱振动。筛箱的运动轨迹 为圆形或椭圆。单轴振动筛又可分为纯机械式振动筛和自定中心振动筛。这两种振 动筛只是激振器的结构略有不同。纯机械式振动筛的轴承中心与皮带轮中心位于同 一直线上，筛子工作时皮带轮就随筛箱一起振动。这样就必然引起三角皮带的反复 伸缩，从而引起皮带很容易损坏。因此，纯振动筛的振动较小，一般均不大于 3 毫 米。自定中心振动筛的皮带中心位于轴承中心与偏心块的重心之间，并使皮带轮中 心线位于偏心块与振动机体合成的质心上，即使其保持下列关系: （式 2-1）MAmr 式中：振动机体的质量（Kg） ；M 筛箱的振幅(mm)；A 偏心块的质量（Kg） ；m 偏心块的质量至回转中心的距离（mm） 。r 这样，当筛子工作时，皮带轮到中心就不随筛箱一起振动，而只作回转运动， 即皮带轮到中心在空间的位置几乎不变，筛箱基本做圆运动，但筛箱的运动没有给 物料向前运动的分力，要靠筛箱的安装倾角使物料向前运动，这就增加了筛子的高 度。这种筛子的效率不高，一般筛分效率在 55%-60%。 2）双轴式椭圆振动筛 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -15- 双轴振动筛筛箱的振动是由双轴激振器来实现振动的振动筛。激振器有两根主 轴，两轴上都有偏心距和偏心重量。两轴中间用一对速比为 1 的齿轮连接。筛箱运 动轨迹为直线，圆形或椭圆。双轴式椭圆激振器的两轴通常作反向等速回转，所以 当两轴上的偏心块质量及偏心距相等时，在 y 轴方向上两轴偏心块产生的椭圆力相 加，而在 x 轴方向上两轴偏心块产生的椭圆力相互抵消，因此，该激振器将产生一 个直线的，方向变化的激振力。当轴两端的偏心块具有不同的安装相位时，还会产 生定向周期变化的激振力偶。当两轴上的偏心块质量及偏心距不相等时，筛箱的运 动轨迹是椭圆。由于椭圆的长轴是强化物料输送的分量，而短轴是促使物料疏松的 分量，因此这种筛子有较高的生产率和筛分效率，可以安装成水平和有倾角的。如 图 2-2 所示： 图 2-2 双轴椭圆振动筛 3）多轴式椭圆振动筛 最常见的为四轴式椭圆激振器，通常产生两种频率的激振力。因水平安装，占 用现场空间小，而广泛运用于冶金、建材、交通等行业，是移动筛分站上最为理想 的设备。 单轴式和双轴式椭圆激振器具有相当广泛的应用，而多轴式椭圆激振器仅在少 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -16- 数机器中应用。 2.2椭圆振动筛工作原理 在正常工作的筛箱运动轨迹为椭圆的振动筛称椭圆振动筛。近年来，这种筛分 机在世界各国的筛分领域中引起了很大重视。它兼有圆运动筛和直线运动筛的优点， 其椭圆轨迹的“长轴“是强化物料输送的分量，而“短轴”是促进被筛物料松散的分量。 因此，其特点是：物料运送速度大，料层薄；颗粒不易堵塞筛孔、有较大的有效筛 分面积；被筛物料松散，而且分层好，有颇高的筛分效率。生产实践表明，它的处 理能力比圆振动筛和直线振动筛高 25%左右，如果在处理能力相同的条件下，可有 较小的筛分面积。椭圆振动筛和一般的直线振动筛十分相似，其区别仅仅是激振器 不同。要想实现椭圆运动轨迹，必须使激振器的两个不平衡重质量 m1 和 m2 不相等， 或使两个不平衡重的回转半径 r1 和 r2 不相等。因此，目前各国使用典型的椭圆振 动筛有以下几种： （1）日本古河 E 型椭圆振动筛 图 2-3 古河 E 型椭圆振动筛 该筛分机用于中、小粒级煤的干式或湿式筛分，也可用于脱水、脱泥和脱介。 如分级时可水平安装，脱水时筛在倾角 06，处理大块煤时筛面倾角则为 58。 图 2-3 为古河 E 型椭圆振动筛外形图。古河 E 型椭圆振动筛的激振器如图 2-4 所示。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -17- 1-轴承；2-偏心轴；3-斜齿轮；4-激振器壳；5-皮带轮 图 2-4 古河 E 型筛激振器 两根偏心轴通过一对斜齿轮产生异向同步回转。但由于两根轴的偏心质量不相 等（m1m2） ，而且两轴的相对位置与一般直线振动筛也不同，故使筛箱作椭圆运 动。激振器的工作原理如图 2-5 所示。 图 2-5 古河 E 型筛激振器工作原理 这里，不平衡重回转半径 r1=r2=r，激振器轴的回转频率 1=2=。筛箱重心 在两激振器轴心连线中间的垂直线上，即激振器两轴心连线 X-X 与该连线中点和筛 箱重心连线 Y-Y 是互相垂直的。因 m1m2，故离心力 F1F2。在 1、3 位置上， 两离心力抵消一部分，作用在筛箱上的力为 F1-F2，在椭圆轨迹上对应为短轴 b 的 位置。在 2、4 位置上，两离心力叠加，作用在筛箱上的力为 F1+F2，在椭圆轨迹上 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -18- 对应为长轴 a 位置，长轴 a 相当于筛子的双振幅。古河 E 型筛椭圆轨迹长短轴之比 为 6：1。古河 E 型振动筛的工作参数见表 2.1。 表 2.1 用 途筛 面振 幅(mm) 频率 (1/min) 筛面倾角（）备 注 原煤分级 冲孔筛板、纺织筛 网 8128509000 干式或湿 式 脱 泥 纺织筛网、条缝筛 板 10148509000湿 式 脱水、脱介条缝筛板101485090006湿 式 (2)埃列泼泰克斯椭圆振动筛 筛分机的激振器在筛箱上的布置如图 2-6 所示。 图 2-6 埃列泼泰克斯椭圆振动筛激振器的布置 其结构特点是：两同步反向回转轴（1=2=）的不平衡重质量不相等，即 m1m2；X-X 轴和 Y-Y 轴不垂直；Y-Y 轴线通过筛箱重心及 o1 和 o2 之连线中点。 通过 o1、o2 和筛箱重心 oM 点取 S-S 轴与 Y-Y 轴垂直。筛分机工作时，两激振器不 平衡重在任意位置时的受力情况如图 2-7 所示。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -19- 图 2-7 激振器不平衡重受力情况 当两不平衡重回转半径 r1=r2=r，回转角速度 1=2= 时，两个不平衡重所产 生的离心力分别为 P1=m1r2，P2=m2r2。P1、P2 分别通过 o1 和 o2 点，而作用于 筛箱（包括物料）重心 oM 处，在 Y 和 S 方向之力则分别为 Py=P1y+P2y=（P1+P2） ， sint =（m1+m2） ，r2sintPs=P1s-P2s=（P1-P2）cost=（m1-m2）r2cost。此两 方向的最大作用力为 Pymax=（m1+m2）r2，Psmax=（m1-m2）r2。因为 PymaxPsmax，所以产生长轴在 Y 轴方向的椭圆形运动轨迹。由于 P1P2，所以对 筛箱重心 oM 有残余力矩， 这使筛箱产生不稳定的颠簸。为了消除残余力矩，可使 P1yh1=P2yh2，或 m1h1=m2h2；P1s1=P2s2，或 m11=m22 即 h1/h2=m1/m2 和 1/2=m2/m1。式中 h1、h2 分别为 o1、o2 点到 oM 点的 Y-Y 轴的距离；1、2-分 别为 o1、o2 点到 oM 点的 S-S 轴的距离。如：当不平衡重质量 m1=3A，m2=2A， （A 为常数） ，则 m1+m2=5A，m1-m2=A，因而产生长短轴比值为 5：1 的椭圆运动。为了避免筛箱颠簸，可使 h1/h2=m2/m1=2/3，1/2=m2/m1=2/3。 (3)德国 D 系列椭圆振动筛 椭圆振动筛的结构原理如图 2-8 所示。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -20- 图 2-8 德国 D 系列椭圆振动筛结构装置 图 2-9 激振器的作用力 其结构特点是两个不平衡重质量和回转半径元气不相等，即 m1m2，r1r2。筛 箱重心 oM 不在两激振器轴中心连线中点的垂直线上，即通过筛箱重心 oM 的 Y-Y 轴与 X-X 轴不垂直。两激振器轴反缶同步回转（即 1=2=） ，两个离心力不等。 如图 1.7 所示当质量 m1 分别在 1、2、3、4、12 位置，而质量 m2 也相应地 在 1、2、3、4、12位置时，在各个位置所产生的离心力分别为 P1 和 P1、P2 和 P2、P3 和 P3、P4 和 P4、P12 和 P12，其相应的合力分别为 S1、S2、S3、S4S12。这些合力都通过筛箱重心 OM（见图 2.7） ，使筛箱产生 和作用力大小相应的位移，此位移之轨迹即为椭圆，故合成的离心力决定了椭圆振 动轨迹的形状、大小和位置。 除去上述三种型式外，大型的椭圆振动筛、其激振器可有三个回转的不平衡质 量。图 2-10 为质量 A 和 C 同向同步旋转，质量 B 则反向同步旋转。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -21- 图 2-10 三个不平衡质量椭圆振动筛的激振器 B 与 A、C 的不平衡质量和回转半径可以相同，也可以不同。椭圆轨迹长短轴 之比和被筛物料的性质有关。对于维筛物料，即小于筛孔而又接近筛孔尺寸的颗粒， 如含量大或物料中的粘必物多时，椭圆长短之比宜采用 2：1 或 2.5：1；对于其它物 料，则采用 4：1 左右的比值。长轴 A 值（即振幅）的选择，也和被筛物料的粒度 特性有关。对于筛分大导体物料的筛分机，A=1520mm；对于筛分中块物料的筛 分机，A=1015mm；对于筛分小块物料的筛分机，A=615mm。椭圆振动筛的频 率，在筛分大块物料时，要取 7509001/min；在筛分中小块物料进，一般要取 9001200 1/min。目前各国生产的椭圆振动筛的筛面尺寸如下；日本横山椭圆振动 筛的宽度为 9001500mm、长度为 24003600mm；日本川崎 D 型椭圆振动筛的宽 度为 24003000mm、长度为 4000900mm；日本古河 E 型椭圆振动筛的宽度为 8003000mm、长度为 30008000mm。 图 2-11 对重式振动筛 应当指出，有些振动筛也有椭圆形振动轨迹。图 2-11 为对重式振动筛。筛箱 1 一方面有垂直于支杆的直线轨迹振幅 ax，另一方面由于对重 2 的振动，故有一个平 行于支杆方向的振幅 ay。由于 axay，因而产生椭圆形轨迹的振动。还应指出，单 轴激振的圆满振动筛的主轴，通常安在筛箱重心位置，那么，此时整个筛箱的振动 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -22- 轨迹都是圆形的。但主轴有时也安在筛箱上部，为了便于维修。在这种情况下，筛 箱上各点的振动轨迹都不相同，也会出现椭圆形轨迹。在给料端附近产生椭圆形轨 迹，可促使物料前进速度啬，在排料端附近的椭圆形轨迹，使物料前进速度减慢， 有利于提高筛分效率。 2.3筛箱设计方案 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，振动筛属于大型 振动筛的范畴，故选用 16Mn 钢的材料，以方便使用的年限及经济的合理性。 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 图 2-12 筛框结构 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 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -23- 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。 2.3.1 筛筛面面选选择择 筛面是筛分机械直接与物料接触的重要部件。其性能好坏不但影响生产率和筛 分效率。而且对延长筛分机械的使用寿命。提高作业率 和降低成本有重大的意义。 筛分机械对筛面的要求是：具有足够的机械强度。耐腐蚀。耐磨损。有最大的 开口率。筛口不易堵塞。物料运动时与筛孔相遇机会较多等。 筛孔的开孔率为筛孔的总面积与筛面面积之比。用百分数表示。开孔率越大。 颗粒在每次与晒面接触时透过筛孔的机会就越大。从而提高单位面积的生产率和筛 分效率。开孔率与筛孔的形状。筛丝的直径有关。筛丝的直径小。开孔率就大。但 筛丝太小。强度就不够。影响筛面的使用寿命。 筛面的材质要具有耐磨损。耐疲劳和耐腐蚀的性质。用作大快分级筛面时。采 用高碳钢。强烈冲击的筛面。可选用高锰钢制作。应用这些材质制作筛面时必须淬 火处理。以提高硬度和耐磨效果。用于脱介、脱水、脱泥等湿式筛分作业时。通常 采用不锈钢较适宜。近年来，随着科学技术的发展，聚氨酯橡胶显示了他的优越性， 使用寿命长，不易堵塞筛孔，噪音小，但价格昂贵 常用的筛面基本上可分为 5 种，板状筛面，编制筛面，条缝筛面，棒条筛面和 非金属筛面不同的筛面用途不同。一般按被筛物的粒度和筛分作业的工艺要求来 选择。 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。筛板的材质可以是 16Mn，16Mncr 等钢板， 厚度 5-8mm，也可采用聚氨脂橡胶。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -24- 图 2-13 圆孔筛板 图 2-14 长方体筛板 图图 2-15 方孔筛板方孔筛板 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，或成一定角度；圆形，六角行及正方形等筛孔的中心是等边三角形。 筛孔间的距离应考虑晒面强度和开孔率的大小。板状晒面的开孔率一般在 50% 左右各种晒板的开孔率计算如下： 圆形孔成三角形排列是，其开孔率应为一个圆形孔的面积和长方形面 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -25- 积之比： （式 2-2） 2 2 0.905100% () a A as 方形的开孔率为： （式 2-3） 2 2 100% () a A as 长方形的开孔率：（边长为 al） （式 2- 100% () () al A asls 4） 式中：a筛孔尺寸（mm） ； s孔间距离（mm） 由上述各式可见，长方形的筛孔，开孔率最大，方形空，次之，成三角形排列 的圆形孔筛面的开孔率最低。 本筛板选用长方行筛孔的板状筛面。 2.3.2 筛筛框框设设计计 各种筛分设备可以结构相同却大同小异。出现的问题是基本相仿。 侧板通常用钢板折弯或焊接制成，利用横梁将两块侧板连接起来，使筛框成为 刚制整体结构。侧板用以传递激振力，它在中部铆有座圈，激振器就连接在座圈上， 为了加强侧板的刚度，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。 下横梁采用槽钢，上横梁采用无缝钢管。后挡板中间有拆卸的后盖板，供清洗和检 查筛面之用。 筛框才用可焊性良好的、A3 普通碳素钢；横梁采用型钢制作。 筛框的强度除了本身材料有关，还与连接方法有很大的关系。筛框结构最常见 的连接方法有两种：铆接和焊接。焊接结构制造简单，但易产生内应力，筛子在强 烈振动下易在焊接缝出开列，所以适用与振动强度较小的筛箱。铆接结构制造的尺 寸准确，没有内应力，对振动有较好的适应性。但工艺复杂制造技术高。故选择焊 接。 北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文） -26- 2.4传动方案选择 图 2-5 传动方案一结原理图 齿轮强迫传动振动器的主要的优点。能保证两偏心轴的振动相位角一致。物料 能按一定的抛掷角运动进行筛分。组装精度要求一般。这种筛子的最大不足。就是 噪音大。轴承易发热。漏油也较严重。齿轮使用寿命短等。 图 2-6 传动方案二结原理图 双不平衡激振器由两台电机拖动。主要取消了一对齿轮。代之以两台电动机直 接带动轴转动。采用这种传动方式的振动器。其优点是可以简化了激振器的结构。 使振动筛的润滑。维护和检修大为简化；筛子噪音。消除漏油和降低费用等。 图 2-7 传动方案三原理图 采用这种传动方式的振动器。其优点可以降低筛子噪音。消除漏油。减少备件 消耗和降低费用等。但振动器两轴同心度及其装备精度传动要求较高。通过三角带 北京科技大学天津学院本科生毕业
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