（机械设计及理论专业论文）工业型弛张筛动力学参数的研究.pdf

安徽理1 人学颈十论文摘要 摘要 文章在已有的基础理论模型的基础下，为了获得更加接近予弛张筛实际的加 速度模型，采用了基于弹性体振动模型的方法，求得弛张筛的振动表达式，进而 得到筛面中点的位移、速度和加速度的表达式。借助于软件e x c e l 的数据计算和 绘图技术，对其动力学参数进行了系统的分析，并和已有的基础理论模型的动力 学参数以及j 实验数据进行了比较，得出该模型不仅能更深入地揭示了弛张筛特有 的动力学行为，而且为进一步提高弛张筛的设计和应用水平提供了理论依据。 为了确定橡胶筛面的张紧量对筛面基础动力学参数的影响，采用多种方法， 确定了三类动力学模型，同样借助于软件e x c e l 进行计算和绘图技术，对其动力 学参数进行了系统的计算和分析，获得了一系列特性曲面，研究并比较各类模型 下橡胶筛面的张紧量对筛面动力学参数的影响方式和程度，揭示了它对筛面动力 学参数的特殊调节功能，为合理设计和制造弛张筛橡胶筛面以满足这一特定要求 提供了参考依据。 图： 3 2 表： 7 参考文献： 4 4 关键词：弛张筛弹性体振动加速度模型筛面动力学参数细煤筛分 橡胶筛面张紧量 安徽理j 人学硕+ 论文 摘要 a b s t r a c t i no r d e rt oa c q u i r ea c t u a l l ya c c e p t a b l ea c c e l e r a l i o nm o d e lu s e df o rs c r e e ns u 西a c e o ff l i p n o ws c r e c n ，t h ep a p c ro 髓r s 也ev i b r a t o r ye x p r e s s i o nb yam e 恤融b a s e do nm e v i b r a t i o no ft l l ee l a s t i cb o d yf o rs c r ns u l f a c e ，a n da t t a i n st l l ee x p r e s s i o n so fd i s p | a c e ， v e l o c i t ya 1 1 da c c e l e r a t i o nf o rn l ci n i d d l e 砸mo fs c r c e ns 删雠e w i 也也ea i do fd a l a c a i c u l a t i o na i l dp l o n 洫gt e c h 王1 0 l o g yo fe x c e ls o n ，s y s t e m 撕c 柚a l y s i st od y n a m i c p a r a m e t e r s 舭dc o m p a r i s o nt oe l e m c n t a r yt b e o r i 如de x p e r i m e m a ld 砒aw e r em a d e ， t 1 1 em o d e ln o to m yd e 印l yd i s c l o 辩ss p e c i a ld ) m 锄i c 眦啊眦e r ，b u to f f b r s 也e o 硎c a l f o u n d a t j o nf o rn i p n o ws c r e e nt o 灿胁e rj m p f 0 v e1 e v c jo f d e s i g l la n da p p 】i 廿0 n a c c u r a t ep r c d i c t i n gd y n a i i l i cb e h a v i o ro f t l l ee l 粘t o m e r i cs i e v i n gp l a t co fm p f l o w s c r e e ni st h ep r e r c q u i s i t et od e s i g ns u i t a b l ee l a s t o m e rp a r tw i t l ll o n g e rs e r v i c el i v e s i n o r d e rt od e t e m l i n et h ei 1 1 f l u e n c eo fe l 船t i cs 仃e t c h i n go fe l 踮t o m e r i cs i e v i l l gp la _ t et ot h e d y n a m i c s ，t h r e et y p e so f 由眦i cm o d c l s 、e r ec r e a t e db 髂e do nt h r e ed i f f b r e n t m e t 量l o d s ，a n dt l l e nt h eb a s i cd y n a m i cp l 饱m e t e r sw e r es y s t e m a t i c a j i yc o m p u t e da n da s e r i e so fr e s p o n s e s 、v a s 砒s og e n e r a t e df o r 鲫i a l y s i sa n dc o m p a r i s o n f i n 8 l ly t t l ee l 醛t i c s t r e t c h i n gi n n u e n c e ，b o mi nq u a 眦i t y 如d i np a 吮m ，w a sp r o p o s e d as p e c i a lr e g u l a l i o n f 吼c t i o no ft h ee l a s t i cs 仃e t c h i n g 懈a l s 0r e v e a l 酣 t h e s ef i n d i n g s p r o v i d e f m 沮锄e m a l sf o rm e e t i n gd e s i g n 舡l dt e c h i m l o g i c a lr e q l l i r c m e n t so ne l 蛔t o m e r i c s i e v i n gp i a _ t cs p e c i 丘c a t i o no f t i l en i p - f i o ws c r e e n f i g ： 3 2 t 妯l e ： 7 r e f e n n ： 4 4 k e yw o r d s ：f 1 i p n o ws c r e e n v i b m ：t i o no fe l a s t i cb ( ) d y a c c c l c r a t i o nm o d e l d y n 舡n i cp a r a i n e t e r s f o rs c r e e ns u r f 她e s i e v i l l g f i n ec 0 8 l e i a s t o m e r i cs i e v i n gp l a t e e 1 a s t i cs _ e t c h i n g i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞徽理 墨盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：彳l 友 签字日期：衫年铜肪 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解童熊毽王太堂有保留、使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权塞熊理王态堂可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 。同时 本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为 安徽理工大学。 靴黼者叼小破 签字日期：“年翻压黝 名 弘 垫 期 雕 日 y 别 擀 安徽理i ? 人学硕十论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 筛分及筛分过程 1 ，1 】筛分的基本概念“ 筛分是将松散的混合物料通过单层或多层筛面的筛孔，按照其粒度分成两种 或若干种不同粒缴的过程。筛分作业可分为干式或湿式筛分，广泛应用于矿业、 冶金、化工、材料、机械、建筑、食品、医药、能源及环境等诸多领域。 早在1 6 世纪未，1 6 8 9 年英国煤炭工业首先使用了筛分设备，i 9 世纪下半叶 煤炭工业进行了广泛的按粒度实现机械筛分。2 0 世纪4 0 年代出现了振动筛，由 于振动筛的结构简单，工作可靠，在煤炭工业得到了广泛的应用。6 0 年代以来出 于采煤综合机械化的实现，开采的煤炭粒度减小，粉煤量增大，井下防尘的喷水 量增多，致使原煤水分增加，矿井来煤进入选煤厂的外在水分含量在8 左右，有 时还高达1 4 这就使潮湿煤炭细粒( 1 3 聊 或6 聊聊粒级) 筛分时筛孔造成堵塞。 近3 0 年来，国内外为解决煤炭干法筛分的问题，提出一然筛分理论并研制了概率 分级筛、等厚筛、旋转概率筛、弛张筛、螺旋筛和琴弦筛等新型筛分机械。这些 新型筛分机械在解决潮湿煤炭细粒筛分方面起到了较好的作用。但解决潮湿煤炭 深度筛分问题仍是世界各国在干法筛分领域的一大难题。 1 1 2 筛分过程“。 碎散物料的筛分过程，可以看作由阿个阶段组成：一是小于筛孔尺寸的细颗 粒通过粗颗粒所组成的物料层到达筛面，简称穿层或分层；二是细颗粒透过筛孔 成为筛下物，简称透筛，同时粗颗粒也排出筛面成为筛上物。为此，物料和筛面 之间必须存在相对运动，是粗粒层经常处于松教状态，便于细颗粒穿过粗颗粒之 间的空隙，促使细颗粒透筛。同时对筛面上的物料层必须有一定的输送能力。 1 1 3 颗粒透筛的概率“1 粒状物料的筛分是一个复杂的随机过程，其基本原理是物料颗粒的透筛概率 理论。影响颗粒透筛的因素很多，主要有物料的性质筛分机的工艺结构和运动学 参数。t a g g a r t ( 1 9 4 4 ) 和g a u d i n ( 1 9 3 9 ) 从颗粒大小与筛孔尺寸的关系出发， 提出了单个颗粒垂直投射水平筛面时的透筛概率，奠定了粒状物料筛分的理论基 础。 假定直径为d 的单个球形颗粒在重力作用下向水平布置的筛面自由落下，筛 安教理j 人学硕十论文 第一章绪论 丝直径为6 ，方形筛孔的边长为口徊d ) ，如图1 所示。 圈l 颗粒垂直透筛示意图 f i g 1 s c h e m n co f g 心n u kp e n e h t i 丑窖p e r p 嘲d k h l i r l y 驰r ns h m c e 则有透筛概率为 p ：鲤 ( 口+ 6 ) 2 1 9 6 5 年瑞典人m o g e n s e n 提出了单颗粒透筛的较完整的透筛概率理论，他研 究了筛面倾角对颗粒透筛的影响，着重于排除难筛颗粒对透筛的阻碍作用，创造 了概率筛分法。他指出相对粒度为酬口的物料从倾斜方向落到倾斜筛面的透筛概 率为( 如图2 ) ： 式中： p ：! ! ! 翌二垡2 鲢! 1 2 1 1 塑竺变2 二! ! 二竺! ! 二生! ( 口+ 6 ) 2c o s ( 口+ 万) 2 安徽理1 人学硕 j 论文 第一章绪论 d 筛孔倾角； d 物料下落时对筛面的相对运动方向线与垂直线的央角； 妒考虑物料与筛丝内倾碰撞后仍能落入筛孔的系数。 图2 倾斜筛面颗粒透筛示意图 f i 昏2 s c h e m 盐t i co fg 憎n u i ep e n “n t i 且go b l i q u e 卵r e e s u r 抽c e 1 9 8 2 年陈清如根据实验室模拟概率筛分试验结果指出，概率筛分物料时 沿料流方向筛面各段的物料透筛概率基本不变。 1 2 影响筛分过程的因素 1 2 1 入筛原料性质的影响“ ( 1 ) 含水率物料的含水率又称湿度或水分。附着在物料颗粒表面的外在 水分，对物料筛分有很大影响；物料裂缝中的水分以及与物质化台的水分，对筛 分过程则没有影响。例如，筛分某些烟煤时，如水分达到6 ，筛分过程实际上 就难以进行了，因为煤的水分基本上是覆盖在表面上的。但是孔隙很多的褐煤的 水分虽然达到4 5 ，筛分过程仍然能够正常地进行。 ( 2 ) 含泥量如果物料含有易结圈的混合物( 如粘土等) ，即使在水分含 量很少时，筛分也可能发生困难。因为粘土物料在筛分中会粘结成团，使细泥混 入筛上产物中。除此以外，粘土也很容易堵塞筛孔。粘土质物料和粘性物料，只 安徽理j 人学硕十论文 第一章绪论 能在某些特殊情况下用筛孔较大的筛面进行筛分。筛分粘性矿石时，必须采用特 殊的措施。这些措施包括：湿法筛分( 即向沿筛面运动的物料上喷水) ；筛分前预 先脱泥：对筛分物料进行烘干。用电热筛面筛分潮湿且有粘性的矿石，能得到很 好的筛分效果。 ( 3 ) 粒度特性影响筛分过程的粒度特性主要是指原料中含有对筛分过程 有特定意义的各种粒级物料的含量。表l 列出了物料的粒度特性对筛分过程的影 响。 表1 物料的粒度特性对缔分过程的影响 1 i b 1t h e 虹n - e o f 砸由盯h 10 l 黯o n0 k v 虹譬p m c e 蚪 粒级名称及其粒度范围对筛分过程的影响 易筛粒( d 0 7 5 口) 容易穿过粗粒层并接近筛面继 能筛粒级而透过筛孔 ( 以口)难筛粒( o 7 5 “一口)难于穿过粗粒层及透过筛孔， 原料( 一d ，) 且容易 在筛孔内 阻碍粒1 5 d ) 对其他粒级的穿层与透筛有阻 不能筛粒级 斜作_ i = j ，且容易 在筛孔内 扣d 2 ) 1 r 阻碍粒( 1 5 破) 对其他粒级的穿层与透筛阻 ；： 作_ | = | j 很小 注：口筛孔尺寸：d l 日 c ，2 由表l 可知，原料中所含的难筛粒及阻碍粒相对其他粒级较多时，对筛分过 程不利；而所含的易筛粒和非阻碍粒相对其他粒级较多时，对筛分过程有利。 影响筛分过程的粒度特性还包括颗粒的形状。对于三维尺寸都比较接近的颗 粒，如球形体、立方体、多面体等，筛分比较容易；丽对于三维尺寸有较大差别 的颗粒，如薄片体、长条体、怪异体等，在其他条件相同的情况下筛分就比较困 难。 ( 4 ) 密度特性当物料中所有颗粒都是同一密度时，一般对筛分没有影响。 但是当物料中粗、细颗粒存在密度差时，情形就大不一样。若粗粒密度小，细粒 密度大，则容易筛分。比如对5 0 网目破碎级煤与2 0 0 网目磨碎级铁矿粉的混合物 的筛分，由于粗粒层的阻碍作用相对较小，而细粒级的穿层及透筛作用却比较大。 相反，若粗粒密度大，细粒密度小，比如含有较多粗粒级许石的煤，筛分就相对 困难。 4 安徽理i ? 人学硕十论文 第一章绪论 1 2 2 筛子运动形式的影响“ 筛面运动形式关系到筛上物料层的松散程度，需要透筛的细物料相对筛面运 动的速度、方向、频率等，因而对分层、透筛过程均有影响。例如，物料在固定 筛上的运动，全靠物料在本身重力的作用下滑移流动，筛分效果较差 在振动筛 上，物料的运动能量主要来自筛面的振动，料层不断地充分松散，颗粒相对筛面 不断地剧烈冲撞，筛分效果较好；转筒筛运动平缓，料层松散度不够，粗、细颗 粒经常混杂，使分层不连续，物料相对筛面的运动速度较小，筛孔容易堵塞；摇 动筛巴的物料主要是沿筛面方向滑动，在筛面法向的速度分量较小，不利于细粒 透筛。 在振动筛中，筛面的运动形式有圆振动、直线振动和椭圆振动几种。其中圆 振动形式能使物料充分松散，抗堵孔能力强，但筛上物料的抛射角大，输送能力 小。为了提高输送能力，不得不加大筛面倾角，这使得筛分粒度不太严格，料层 里加速度输送，减少了接近筛孔尺寸的颗粒在筛面排料端透筛的机会。直线振动 形式不能使物料充分松散和重新排列，故细粒物料不易接近筛面而透筛，已经堵 塞筛孔的颗粒不易抛出，使筛分过程恶化。但筛上物料的抛射角小，输送能力较 大，筛面一般呈水平或接近水平安装，筛分粒度严格，料层呈匀速输送，有利于 接近筛孔尺寸的颗粒透筛。椭圆振动形式的“轨迹长轴”是强化筛上物料输送的 分量，“轨迹短轴”是促进物料松散的分量，因而兼有圆振动和直线振动的优点， 并克服j ：者的缺点，故筛分效果较好。 1 2 3 筛面结构参数的影响 ( 1 ) 筛面的宽度与长度一般情况下，筛面宽度决定筛子的处理能力，筛 面越宽，处理能力越强；筛面长度决定筛子的筛分效率。筛面越长，筛分效率就 越高。对于振动筛，增加宽度常受到筛框结构的限制。通常，宽度越大，筛框的 寿命就越短。筛面长度达到一定尺寸后，筛分效率提高很少，甚至不再提高，此 时再增加筛面长度只会增加筛子的体积和重量。筛子的处理能力和筛分效率，是 两个相依相存的指标，必须同时兼顾方具有实际意义。 ( 2 ) 筛面倾角为了便于排出筛上物，筛面有时倾斜安装。倾角的大小与 筛子的生产率和筛分效率有密切的关系，这是因为倾角大，料层在筛面上向前运 动的速度就快，生产率就大，但物料在筛面上停留的时间缩短，减少了颗粒透筛 机会，降低了筛分效率。 ( 3 ) 筛孔的大小、形状及开孔率筛孔越大，单位筛子面积的处理能力就 安徽理j 人学硕士沦文 第一章绪论 越高，筛分效率也越高。筛孔的大小主要取决于筛分的目的和要求。对于粒度较 大的常规筛分，一般是令筛孔尺寸等于筛分粒度：但是当要求的筛分粒度较小时， 筛孔应该比筛分粒度稍大些；对于近似筛分筛孔要比筛分粒度大很多。常见的 筛孔形状有圆形、方形和长方形三种。圆形和长方形筛孔所得到的筛下物的形状 较为规则，而片状和条状的颗粒则容易从长方形筛孔中漏下，因此，长方形筛孔 一般制作得较小。但是，在筛分潮灞、粘性的物料时，若把长方形筛孔的长边( 通 常称为筛缝) 顺着筛上物料的移动方向稚置，就可减少对筛上物料的阻碍，从而 减少堵塞。般情况下，筛孔尺寸越大，筛面歼孔率就越高。在筛孔尺寸一定时， 开孔率越大对筛分越有利，但丌孔率受到筛面强度和使用寿命的限制。 1 2 4 操作条件的影响 对于定的筛子和筛分原料而言，操作条件主要是指给料的数量和质量。前 者即筛子负荷，通常以t ( 台h ) 或t ( m 2 h ) 为单位；后者是指应保持连续和均匀地 向筛子给料，其中均匀性既包括在任意瞬时的筛子负荷都应相等，也包括物料是 沿整个筛面宽度上给进。此外，及时清理和维修筛面，也有利于筛分的操作。 1 3 原煤千法深度筛分的重要意义 1 3 1 我国能源发展现状及展望。“。 煤炭是我国最重要的一次性能源，资源十分丰富，约占常规能源储量的9 0 ， 远远超过石油和天然气的探明储量。同时，我国是世界上最大的煤炭生产和消费 国家，煤炭提供了7 6 的发电能源，8 0 9 6 的民用商品能源，7 5 的工业原料，6 0 的 化工原料。我国能源工业经过五十多年的发展，其技术水平有了很大的提高，保 障了煤炭生产的稳步上升。为保证我国国民经济发展速度，满足经济迅速发展和 人民生活水平提高对能源的要求，2 0 0 0 年原煤产量超过1 4 亿吨，而2 0 1 0 年将达 到1 8 亿吨。我国能源和经济发展条件决定煤炭在未来3 0 一5 0 年内仍将是我国的 主要能源。 1 3 2 原煤干法深度筛分的必要性川箕 从井下或露天采矿场开采出来的或是经过破碎的矿石以及其他物料，以各种 大小不同的颗粒混合在一起，在使用或进一步处理之前，常常需要把它们分成粒 度接近的儿种级别，利用多孔的工作面将颗粒大小不同的混合物料按其颗粒大小 进行的分级作业称为筛分。筛分是矿物加工工程的重要组成部分，在煤炭、冶盒、 6 安徽理】人学硕七论文第一章绪论 化工、建材等部门广泛应用。原煤干法深度筛分是指井下开采的煤不经过加水等 任何处理而直接进行细粒分级。 煤炭是非洁净能源，在开发和利用过程中对环境造成极大的危害。我国煤炭 资源的特点是高硫、高灰分煤比重大( 我国原煤平均灰分高达2 8 一3 0 9 6 ) ，这样的 煤及其发热量和稳定性都不能很好的满足动力煤的要求，而且高硫高灰分煤的产 量逐年上升。我国8 4 的煤炭直接用于燃烧，所产生的污染物己造成“南方酸雨， 北方荻二皂”的严重环境污染问题。 由于在今后相当长的时间内煤炭仍然是我国能源的主体，因此为促进环境与 能源协调丌发，中国的发展道路要从传统的发展模式向可持续发展模式转变，实 现既满足当代人的需要，又不对后代人的发展造成危害，能源发展战略从能源开 发型向能源经济效率型转变。大力开发推广洁净煤技术，这是减少污染物排放的 最有效途径之一，也是我国以煤为主的能源生产和消费结构下解决问题的一个必 然选择。 我国原煤在具有高驮分特点的同时，大部分矿区的动力煤还具有粒度越小、 灰分越低的特点，尤其是3 肌m 或6 肌聊以下绝大多数原煤的灰分能够满足动力煤 的要求。表2 的数据可明显看出：粒度越小、狄分越低，6 拼m 以下煤的灰分只有 1 5 0 6 ，而3m 卅以下煤的反分则低于1 4 ，因此对原煤进行不同粒级的筛选可获 得灰分在1 5 以下的优质原煤。这些灰分低的细粒级煤炭可以不通过洗选而直接 作为动力煤，这样既降低了高灰分煤对环境的污染，同时也减少水资源的浪费， 提高粉煤的利用率，降低了加工成本。 表2 粒度对产率和灰分的影响 t i b 2t ki n n 岫i o f 妇o np r 喇h c v 锺ya n d 鼻曲 l 粒级( 肌册)产率( r ) 灰分( 一d ) 5 0 2 59 1 04 1 6 6 2 5 1 31 2 4 73 2 7 8 1 3 61 5 ，1 72 2 4 l 6 31 6 o l1 6 0 6 3 l1 7 4 31 3 1 2 1 o 5 1 5 3 21 2 4 6 o 5 o1 4 5 01 1 6 8 7 安徽理i ? 人学硕十论文第一章绪论 对于原煤进行干法筛分，原煤水分含量的多少对筛分过程影响非常大。然而 由于井卜煤炭水分和采煤降尘洒水的需要，开采出的原煤水分难以控制，对筛分 效率又很大的影响。尤其是外在水分含量在7 一1 4 左右时，用普通的筛分设备 进行原煤干法深度筛分已难以进行。为了解决潮湿原煤深度干法筛分的问题，国 内有关专家学者币努力探索筛分理论与设备。 1 4 千法深度筛分设备的发展现状 在潮湿细粒煤炭的干法筛分设备的研制上，人们为了克服堵孔问题，早在上 世纪六卜年代就研制成功电动振动筛，但由于它存在这使用寿命、安全、成本等 诸多问题阻碍了它的推广和应用”3 。于是人们将研究的目标转向增大被筛分物料 的振动能量和采用特殊结构的筛分机械来完成潮湿原煤干法深度筛分的问题。近 几十年来，特别是针对一1 3 朋m 难筛煤炭筛分设备的研制上有了很大发展。主要有： ( 1 ) 旋转概率筛；( 2 ) 立式圆筒筛；( 3 ) 螺旋辊轴筛：( 4 ) 等厚筛；( 5 ) 概率筛； ( 6 ) 节肢振动筛：( 7 ) 琴弦细粒分级筛；( 8 ) 驰张筛等。 1 4 1 旋转概率筛“ 旋转概率筛是利用旋转离心概率透筛原理对物料进行分级。筛面上的物料在 离心力、重力、振动力作用下进行分级，细颗粒透筛成为筛下物。用这种筛分机 处理外在水分为1 2 1 4 的原煤时，分级粒度可达4 州小，对来煤含量高达5 0 9 6 的原煤按6 m m 分级时，限下率为2 0 9 6 2 5 ，处理能力为1 5 0 f ， 。 旋转概率筛优点是筛分粘结原煤时，筛面不易堵塞；只要调整筛面旋转速度， 即可调整分级粒度。缺点是结构复杂筛分效率较低，机械故障多，近年来在煤 炭行业应用较少。 1 4 2 立式圆筒筛“ 立式圆筒筛是利用离心力、振动力和物料重力综合作用的一种筛分机。该筛 机在传动装置的中心轴上设有偏心块，旋转时可使圆筒筛产生横向振动，物料在 偏心力的作用下被抛到筛网上，透筛的细颗粒在重力作用下，作为筛下物排出。 立式圆筒筛的优点是筛孔不用堵塞，且处理量在一定范围内波动时，筛分效 率波动小。缺点是结构复杂。 1 4 3 螺旋辊轴筛“o 8 安徽理1 人学硕十论文第一章绪论 螺旋辊轴筛最早由前苏联研制成功，专用于粘湿原煤和页岩的预筛分。它由 两段或三段结构相同的筛分机串联组合而成，各段筛机有一定的落差，每段筛机 分别由一排带有右旋双螺纹和左旋双螺纹的螺旋轴组成，通过支架安装在筛机框 架上，然后由电动机带动转动，细物料在重力和摩擦力的作用下透筛。调整螺旋 位鼍可获得两种筛孔尺寸。缺点是结构复杂，螺旋轴螺旋条易磨损；当分级粒度 较小水分较大时，细粒物料的重力和摩擦力难以克服颗粒之间的吸引力而不能 进行有效的筛分。 1 4 4 等厚筛”“ 等厚筛分法是法国布尔斯特莱凶于1 9 7 3 年提出的一种先进的筛分方法。它采 用的料层厚度一般为筛孔的6 8 倍，筛面有2 3 个倾角。第段采用大倾角， 使物料具有较大的流速，便于更好的分层：第二段、第三段筛面倾角较小。便于 物料更好的透筛。等厚筛对于水分高的原煤适应性强，处理能力与筛分效率均优 于一般振动筛，已在国内外推广使用，但缺点是机器庞大、笨重。 1 4 5 概率筛“3 “。 概率筛又称摩根森筛。该筛自上世纪5 0 年代起开始研究，目前瑞典、西德、 同本等许多国家都开始大批生产这种新型筛机：我国自1 9 7 7 年研制成功，目前已 应用于许多工业部门。其主要优点是处理量大、不易堵孔、筛面拆卸容易、易安 装和生产费用低等。 1 9 8 0 年中国矿业大学研制成功煤用概率分级筛，将外在水分大于7 ，粒度 为5 0 一o 埘m 级原煤分成5 0 2 5 m 棚、2 5 一1 3 聊坍、1 3 6 m 卅、6 加m m 四种产品， 效率达到6 0 左右。 1 4 6 节肢振动筛。” 节肢振动筛筛分原理类似等厚筛，但其参与振动的部分筛网与不参与振动的 筛框是分离的，因此命名为节肢振动筛。其已在冶金、煤炭行业得以迅速推广， 它的主要特点： ( 1 )筛机网体分离，筛框不参与振动，从而大大减轻了参振质量，提高 了筛机的处理能力和筛分效率。 ( 2 ， 筛网分节振动，筛枫的每段筛网均有独立的激振源，第一段为圆振 动，二、三段为直线振动，改变了传统的单点激振源及同一振动方 9 安徽理1 人学硕十论文第一章绪论 向角。 ( 3 ) 采用了橡胶弹簧两次隔振装置，噪音低、且降低了传至基础的动负 衙，小用安装地脚螺栓也可使用。 但它的结构复杂，可靠性相对较差，维修困难。 1 4 7 琴弦细粒分级筛“。 琴弦细粒分级筛是八十年代中国矿业大学研制的一种高效原煤伪缴筛。该机 采用单轴块偏心激振，第二层筛网由细钢丝编制的琴弦式结构使筛丝自筛箱中作 二次振动，使粘附在筛丝上的煤炭得以挣脱，保持筛面开孔状态，适用于高水分 细粒级含量多的煤炭。 缺点是筛网的强度不够，大于+ 6 m 珊级的扁块容易挤宽条缝而透筛，使筛分 效率降低，而且由于钢丝较细，物料的冲击作用会大大降低筛网的使用寿命，所 以选用 ：受到一定的限制。 近几十年来还相继出现了强化筛、梯流筛、低频振动筛、高幅圆振动筛、大 型抛射筛、高效煤用分级筛、大型弧线振动筛等大型化设备，基本解决了细粒物 料筛分的问题，它们币在上业，卜产中发挥蕾重要作用：。 1 5 问题的提出 尽管国内外筛分潮湿煤炭的筛机种类繁多，但还不十分令人满意主要存在 的问题有以下几点： ( 1 ) 筛分效率低，在进行潮湿原煤深度筛分时，常常出现粘连筛丝、固 化，严重时堵塞筛网，不能进行筛分。 ( 2 ) 为了提高筛分效率而增大筛面的开孔率，致使筛面抗冲击和抗磨损 能力低，使用寿命短，筛面更换频繁。 ( 3 ) 设备的大型化导致生产场地的扩大和筛分机的制造工艺上有更高的 要求。 因此，进一步开发和研究潮湿原煤深度筛分理论及设备同趋迫切。目前，作 为一种新型的适用于潮湿细粒煤炭筛分的有效设备，弛张筛在发展洁净煤技术中 起着重要作用，但现在有关弛张筛的理论和其工作机理还不十分明朗，还需进 步研究。弛张筛筛面具有特殊的筛面动力学，对其动力学参数的研究不仅可以反 映筛面的运动情况，而且对弛张筛的设计与制造起着指导作用。 安徽理l ：人学硕 ：论文第一章绪论 1 6 本课题的主要内容 本论文研究的主要内容包括以下几个方面： 1 ) 建立弛张筛筛面的弹性体振动模型，研究空载时筛面在运动过程中的 受力情况，在基础理论的基础上推导出筛面的运动微分方程。 2 ) 根据建立筛两的运动微分方程推导出筛面中点的振动响应，并作出 特性曲线，且1 j 已有的基础理沦模型作一比较。 3 ) 分析张紧量和偏心轮的凹转角度对筛面中点动力学参数的影响，做出 相应的振动特性曲面，并与基础理论模型的特性曲面进行比较和分析， 同时也将筛面中点加速度的计算值与已有的实验值进行比较来验证理 论是否可行。 1 7 本章小结 本章介绍了筛分的基本概念和筛分过程以及影响筛分的因素，并从我国目前 和未来的幽情出发分析了发展原煤f 法深度筛分的必然性，简单介绍了国内外具 有代表性的几类千法筛分机，指出对弛张筛理论研究的必要性。最后提出本课题 研究的主要内容。 安徽理1 人学硕十论文第二章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响因素 第二章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响因素 干法筛分是合理利用煤炭资源、保护环境的最经济和最有效技术，其加工费 用低，是煤炭转化为洁净煤必不可少的基础和关键环节。在筛分过程中，物料透 筛的影响因素主要反映在：筛分设备及参数、物料性质。 2 1 物料的透筛机理”“”“ 筛面的运动能使物料在筛面上分散并透过筛孔，从而提高筛分效率。工业筛 分实践表明：同一种物料在不同类型的筛分设备上进行处理将得到不同的筛分效 果。固定筛面的筛分设备筛分效率最低，一般仅用于处理大块物料的场合：物料 在摇动筛筛面上，颗粒主要沿筛面滑动，而且摇动的频率一般比较小，颗粒主要 借助重力透筛，所以筛分效率也不佳；转筒筛因筛面易堵，筛分效率也很低。 对于振动筛而言，物料在筛面的运动过程分为静止、松散、分层和透筛。松 散是分层的前提，物料分层是完成筛分过程的条件，物料透筛是筛分的目的。振 动筛筛面处于持续的振动状念，料群的静止状态是很短暂的，目的在于获取和积 聚能量，准备下一个抛射运动；筛面上的粒群更多的时候不断地调整各自的位置， 促使粒群松散和分层，为透筛创造条件。大量粒度不同、粗细混杂的散状物料进 入筛面，只有其中一部分颗粒与筛面直接接触，而直接接触筛面的这部分物料中， 又不全是小于筛孔尺寸的细粒物料，大部分小于筛孔的细粒分布在料层的各个部 位。物料在筛面上受外力的作用，与筛面作相对运动。当物料群下落筛面时，底 层颗粒首先与筛面发生碰撞，反射速度再与相邻的上层颗粒碰撞，逐渐以碰撞的 形式向上传递，当下层大颗粒之闻存在空隙时，小于该空隙的上层细颗粒就得不 到下层给它的碰撞，上层颗粒就会在原来能量下，克服一定的阻力，填入下层的 空隙中。物料群下落筛面时，底层物料与筛面碰撞后，获得在铅直方向运动能量 的同时，也获得水平运动方向的能量，使相邻层在水平方向也存在速度差，使上 面细颗粒填入下面空隙的机会增加。由于小颗粒孔隙较小，大颗粒不能穿过，因 此大颗粒在运动中位置不断升高。于是，原来杂乱排列的颗粒经过一段时间的析 离，按粒度分层，形成小颗粒在下，大颗粒在上的规律排列。这样，小于筛孔的 细粒得到透筛，实现粗细颗粒分离，即传统的筛分过程。 2 2 弛张筛简介 振动筛的筛分效果可由抛掷指数k y 体现。振动筛运动强度不同，筛分效率 1 2 宜徽理1 人学硕十论文 第一二章弛张筛筛分潮瀑细粒物料的彤响冈索 也有差别，增大k y 值可以提高筛分效率。所以，国内外为了解决潮湿细粒粘性 物料的透筛问题，一是选取合适的振幅与振动频率来提高抛掷指数值，二是采用 特殊结构来提高抛掷指数值，弛张筛突破传统的设计思路，大大提高了抛掷指数 值，提高了筛分机对物料的适应能力1 1 9 】【2 0 】。 弛张筛最早是在上世纪五十年代在德国出现的，适用于粘度较大，含水为7 一1 4 的难筛物料进行l 一1 3 m m 粒度的分级，尤其对中细粒级原煤的深度筛分效 果更佳。现在工业生产中所使用是第三代弛张筛，主要有德国的l i w e l l 型，前苏 联的ran 皿型弛张筛，我国鞍山矿山机械厂研制的c z s 系列型弛张筛以及奥地 利的b i v i t e c c r l 型弛张筛2 0 1 1 2 “。 l i w e l l 型弛张筛出内外两个独立的筛框构成，通过偏心相差1 8 0 度的曲轴连 杆带动实现相向或向背的直线运动。当入料粒度在8 0 0 m m 之间，外在水分在 7 一8 ，分级粒度为6 m m ，单位处理能力为3 0 f 矗m 2 筛分效率达到9 0 【2 ”。 圈3c z s 系列型弛张筛 f i g 3f i i p _ f 1 0 w r no f c z s 神r 鹤 r 。n 且型弛张筛是一个双质量振动系统，当筛机运转时，筛架在激振器的 激振力作用下，相对于筛箱进行纵向摆动，带动筛面做周期弹性弛张变形运动。 3 安徽理1 人学硕+ 论文第u 二章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响网素 其在结构上于l i w e l l 型弛张筛不同之处在于它只有一个筛板横粱可以移动，其余 与l i w e l l 型弛张筛类似【2 2 1 。 c z s 系列型弛张筛是我国鞍山矿山机械，一研制的弛张筛( 参见图3 ) ，其结构、 原理与l i 、转l l 型弛张筛类似。该筛机配备数片弛张式弹性筛网，筛网在交叉布局 的内外横梁往复靠近、分离的推拉作用下，网面产生向下松弛、向上张紧的蹦床 式运动。物料在筛网振幅及筛网伸长蹦弹作用下，连续进行接触网面，弹起松散。 落下透筛完成分选作业。筛嘲最大壤辐4 0 5 0 脚肌，抛射加速度3 0 5 0 9 ，物料弹跳 幅值是常规数1 0 倍，可彻底松散各种难筛物料，筛网表面无颗粒粘附、筛机干式 筛分透筛率高、筛分效率高、生产能力大。弹性筛网做弛张运动、筛网拉伸o 5 刖m ， 网孔宽度产尘微量增大( 筛网呼吸) ，可实现完全不阻塞网孔。其主要有三种型号： c z s15 4 0 ，c z s 2 0 5 5 ，c z s 2 0 8 8 1 20 1 。 b i v i t e c c r l 型弛张筛是奥地利于1 9 8 9 年研制的改良型两自由度弛张筛， 其主要特点是筛面一方商做弛张运动，另一方面所在的机架整体在偏心块的惯性 力作用f 做圆运动”1 。 l 1 外筛框2 内筛框3 弹性筛板辱内横粱5 ，外横梁6 支撑朴 7 连杆8 曲轴9 电机1 0 支架 图4 弛张筛掩图 f t g 4 s c h e m 耳娃co fn 耻n 洲鸵愀n 1 4 安徽理1 人学硕士论文 第一章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响因素 弛张筛一个显著特点是它打破了筛分机械刚性筛面不做相对运动的传统结构 模式，它采用了两个筛箱，筛板上相邻的横梁分别与两个筛箱相连，由导杆带动 两个筛箱做相向或向背运动，带动筛板做一张一弛横向挠曲运动( 参见圈4 ) ，从 而使筛板上的物料做前进弹跳运动，抛射加速度高达3 0 9 一5 0 9 汹3 ，而且由于筛面 弹性挠曲运动对颗粒有揉搓运动，能将粘附在大颗粒上的细小颗粒揉搓下来，同 时在筛分过程中弹性筛面的筛孔始终以激振力的周期为周期进行着大小弯曲等复 杂变化，使得粘附在筛面上的颗粒得以脱离，从而促使物料分层与透筛，弛张筛 由此得名。图5 是两种极限位置时的筛面弛张运动情况示意图。图的上半部分表 示具有横梁l 和3 的筛箱i 处于“右死点”位置，而具有横梁2 和4 的筛箱i l 处 于“左死点”位置。当横粱偶l 和2 以及横梁偶3 和4 的间距为最小时，其间的 筛面呈松弛下垂状态：而当横梁偶l 和2 以及横梁偶3 和4 的间距为最大时，其 问的筛面呈张紧并拉伸状念。图的下半部分所示的与上述情况恰恰相反，筛箱i 处于“左死点”，而筛箱j i 则处于“右死点”。随着筛箱i 和筛箱的周期作用， 各段筛板周期出现松弛和张紧运动。 ij 一 卜 一 卜 卜 一 卜 一 i 图5 筛面弛张运动示意圈 f i g s s c h e m _ l i co fn i p - f 1 0 wm o v e m to f 靶件蚰蛐r 如c e 弛张筛的另一个显著特点是筛面采用聚氨酯材料。图6 为潮湿细粒物料在不 同材料壁噬上的粘附情况。可以看到，细粒物料在碳钢表面粘附严重，而在聚氨 酯表面的粘附厚度较小，所以，筛分潮湿细粒物料时，最好不要采用碳钢表面。 聚氨酯的填充材料非常致密，不易被细颗粒物料穿透而磨损，因而具有很好的耐 1 5 安徽理i ：人学硕十论文 第一章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响因素 磨蚀性能；聚氨酯材料几乎不吸收水，因此具有耐溶解剂、化学物品腐蚀的性能； 此外，聚氨酯张力具有弹性；抗交变负荷和抗弯曲应力的疲劳强度大；粘和性好； 使用寿命长。是普通会属筛板的8 倍，不锈钢筛板的3 倍，天然橡胶的3 9 倍。 聚氨酯材料的特殊性决定了弛张筛筛面具有特殊的筛面动力学，对于物料的透筛 有很大的好处“。 聚乙烯l 0 聚乙燎鲫。o 筛 陶瓷 面 生瓷 材上轴瓷 料 钼 碳锏 舍垒钢 糟束材料 0l234s678 量大帖附覃魔【一】 图6 细粒物料在不同材料的筛面上的粘附厚度 f 咄6c o n g i u t i _ t i 0 _ o f f i n 髓o n 抽e r n ”r 如c eo f d 棚e 件n tm _ t e r h i 2 3 结构参数的影响” 在本论文中的结构参数主要是指偏心距( p ) 和两横梁问最大距离( 上) 。 弛张筛的聚氨酯筛面依次安装在横粱上，因此两横梁闯最大距离工影响到筛 板的工作情况。在筛板确定的f i i 提下，超过一定长度后，筛板的张紧量增加， 容易造成筛板断裂；工过小，筛面的加速度降低，势必影响物料的透筛。 当三确定之后，偏心距p 超过定值则产生兜矿现象，p 过小筛面加速度不够 大，因此上和p 的选取对提高筛分效率非常重要。 在文献 1 中，赵跃民博士和刘初升博士从理论的角度出发，推导出三设计数 值为 2 0 0 ，2 5 0 m m ，偏心距p 与三之间的关系满足0 。0 3 上口0 0 5 上。根据生产 6 安徽理1 人学硕十论文第：章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响因素 经验偏心距p 的取值范围在 5 5 ，6 5 m m ，由p 与三的关系式得上的大约取值为 1 2 6 ，2 2 0 m 朋，由理论得出的工值与经验所推的取值范围有较大出入，通过 对参数的优化，最终确定出最为合理的p 与值。 2 4 运动学参数的影响 弛张筛运动学参数包括筛面倾角口、振动方向角口、振幅4 、频率n 和时间， 等。 2 4 1 筛面倾角( 口) 【2 0 l 【2 3 j 1 2 4 j 筛面与水平面的夹角称为筛面倾角。倾角的大小取决于筛分的处理能力和筛 分效率的要求，在筛机的其他参数确定以后，筛面倾角越大，料层在筛面上向前 运动的速度就快，处理能力就越高，但这样使物料在筛面上停留的时间缩短，减 少了颗粒透筛机会，降低了筛分效果。此外，筛面倾角还影响颗粒无障碍地透过 筛孔的有效尺寸。在图7 中筛孑l 尺寸在水平面上的投影值：d = d c o s 口，由图很 显然d d 。对于筛孔大小一定的筛面，倾角口越大，颗粒透筛的通道越窄。在 图7 中，颗粒垂宜落向倾斜筛面，这种情况在实际中并不多见。而较为多见的是， 颗粒沿着铅垂线成某一角度的方向落向筛面，这时筛分粒度会减小更多。 图7 颗粒透过倾斜筛面筛孔示意图 f i g 7 g 憎n n i ep e n e t | t e d 也m g h p e r “r eo f o m i q u e 卵r n4 u r 抽 1 7 安徽理1 人学硕十论文 第二章弛张筛筛分潮湿细粒物料的影响因素 倾斜筛面不仅使筛分粒度相对减小，而且使筛分不甚严格，物制中小于筛孔 尺寸d 而大于筛分粒度d 的颗粒，从理论上讲应该是进入筛上产物的，但实际上 这部分颗粒必然有一些进入筛f 产物。在需要精确筛分的场合，这样的筛分是粗 糙的，不适宜的。然而在要求不高的场合，用较大的筛孔获得较小的筛分粒度， 这对于潮湿粘性细粒物料的干法筛分，可显著减少细小筛孔的堵塞现象，从而大 大的改善筛分效果。 综合以上分析知，为了满足定的筛分能力和筛分效率，筛面的倾角应有一 个较为合适的范围。生产能力与运动速度的关系为： q = 3 6 0 0 b ，访( 2 1 ) 式中： b 工作面宽度，m ，物料松散密度，埘 p 实际平均速度，聊s 料层厚度，小 以鞍山生产的c z s l 5 4 0 型弛张筛为例计算筛面倾角的取值范围，工作面宽度 占为1 5 m ，生产能力q 为8 0 ， ，在普通筛分时，料层厚度一般为筛孔的3 5 倍，所以 为o 0 4 棚，煤的松散密度在 0 8 ，1 o 范围内，取中间值为0 9 ，同 时为考虑计算方便，将理论平均速度代替实际平均速度，为y = t a l l 口，则有筛 面倾角与生产能力的关系式： t a n 口：l ( 2 2 ) 3 6 0 0 占，y 扣 将上述各数值代入上式，并考虑到在抛掷情况下实际速度略高于理论平均速 度，会得到筛面倾角的粗略取值为 2 0 9 ，2 5 。】。 2 4 2 振动方向角( 卢) ”“4 振动方向角指的是振动方向线与工作面的央角。为了使物料沿筛面移动，必 须要有振动方向角，在保证有较高的筛分效率和较大产量前提下。还应考虑所处 理物料的性质与要求，如物料密度、粒度、水分、粘性、易碎性和磨琢性等。如 对密度较大或粒度较细的粉料，宣选