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安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 摘要 本课题对潮湿细粒煤炭的筛分理论和弛张筛弹性筛面的筛分机理进行了研 究，建立了弛张筛筛面有载动力学模型和筛面位移、速度、加速度大小及分布 状况的计算公式。 为了证实筛面有载加速度模型的可接受性，采用另外两种筛面基础动力学 模型，对三种模型进行了系统的计算、分析和比较。结果推荐了可接受的加速 度模型，推荐模型既揭示了弛张筛特有的动力学行为，也为进一步提高弛张筛 的设计和应用水平提供了研究依据。 对弛张筛抛掷指数凰进行了系列优化和回归分析研究，建立了关键参数的 数学模型，得出结构参数和工艺参数的最优值，为今后筛机的改进工作提供一 些参考。 采用两类动力学模型，研究筛面的弹性拉伸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 筛橡胶筛面提供参考依据。 关键词弛张筛，弹性筛面，基础动力学模型，有载加速度，抛掷指数，优化， 回归分析，弹性拉伸 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 a b s t r a c t i nt h ep a p e 5t h es c r e e n i n gm e c h a n i s m so fe l a s t i cs c r e e ns u r f a c ea n ds c r e e n i n g t h e o r yo fm o i s tf i n ec o a lw e r es t u d i e d ，t h el o a d e dd y n a m i cm o d e lo ff l i p - f l o ws c r e e n s u r f a c ew a sd r i v e n ，t h ef o r m u l aa n dd i s t r i b u t i o nf o r m u l ao fs c r e e ns u r f a c ed i s p l a c e ， v e l o c i t y ，a c c e l e r a t i o nw e r eg i v e n i no r d e rt op r o v et h ea c c e p t a b l ea c c e l e r a t i o nm o d e l sf o rf l i p f l o ws c r e e n ，t h r e e d i f f e r e n td y n a m i cf u n d a m e n t a l sm o d e l sw e r ei n t r o d u c e d t h et h r e em o d e l sw e r e s y s t e m a t i c a l l yc o m p u t e df o ra n a l y s i s a n dc o m p a r i s o n f i n a l l y , t h ea c c e p t a b l e a c c e l e r a t i o nm o d e l sw e r ep r o p o s e d t h e s em o d e l sn o to n l yr e v e a lt h ed y n a m i c s p e c i a lb e h a v i o rb u ta l s op r o v i d et h ea c c e p t a b l ef u n d a m e n t a l sf o rf u r t h e rs t u d yi n a d v a n c i n gt h el e v e li nb o t hm e c h a n i c a ld e s i g na n dt e c h n o l o g i c a la p p l i c a t i o no f f l i p f l o ws c r e e n as e r i e so p t i m i z a t i o no nv i b r a t i o ni n d e x 缸a n dr e g r e s s i o na n a l y s i sw a sc a r r i e d o u t ，k e yp a r a m e t e r se x p r e s s i o n sw e r ec r e a t e d ，o p t i m i z e dd a t ao f m e c h a n i c a lp a r a r n e - t e r sa n dt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sh a v eb e e ng o t ；t h e s er e s u l t sp r o v i d ef u n d a m e n t a l s f o ri m p r o v i n gt h es c r e e n s 。 t w ot y p e so fd y n a m i cm o d e l sw e r ec r e a t e d t h ee l a s t i cs t r e t c h i n gi n f l u e n c e ， b o t hi nq u a n t i t ya n di np a t t e r n ，w a sp r o p o s e d as p e c i a lr e g u l a t i o nf u n c t i o no ft h e e l a s t i c s t r e t c h i n gw a sa l s or e v e a l e d t h e s ef i n d i n g sp r o v i d ef u n d a m e n t a l s f o r m e e t i n gd e s i g n a n dt e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t so n p o l y u r e t h a n es i e v i n gp l a t e s p e c i f i c a t i o no ft h ef l i p - f l o ws c r e e n k e yw o r d s ：f l i p f l o ws c r e e n ，e l a s t i cs i e v i n gp l a t e ，d y n a m i cf u n d a m e n t a l sm o d e l ， l o a d e da c c e l e r a t i o n ，v i b r a t i o ni n d e x ，o p t i m i z a t i o n ，r e g r e s s i o na n a l y s i s ，e l a s t i c s t r e t c h i n g 7 7 6 7 8 3 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 含为获得塞徵堡王太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：签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞垡堡兰太堂有保留、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。本人授权塞数堡王 太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) 学位论文作者签名：匆涩 签字日期：埘年年月刀日 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 第一章绪论 1 1 原煤千法深度筛分的重要意义 1 1 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 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 - - 5 0 年内仍将是我国 的主要能源。 1 1 2 原煤干法深度筛分的必要性”“”。1 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 成粒度接近的几种级别，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、冶金、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 ) ，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，所产生的污染物已造成“南 方酸雨，北方灰尘”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 境与能源协调开发，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。 我国原煤在具有高灰分特点的同时，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 册或6 肋以下绝大多数原煤的灰分能够满足动力煤 的要求。表卜1 是某矿的粒度组成，从表1 - 1 的数据可明显看出：粒度越小灰 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 分越低，6 册以下煤的灰分只有1 5 0 6 ，而3 m m 以下煤的灰分则低于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丽直接作为动力煤，这样即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。 表卜1 某矿煤的粒度组成 粒级( m m )产率( ，肋灰分( 爿搠 5 0 一一2 59 1 04 1 6 6 2 5 - - 131 2 4 73 2 7 8 1 3 一一6 1 5 1 7 2 2 4 1 6 一一3 1 6 0 1 1 6 0 6 3 一一11 7 。4 31 3 1 2 1 0 51 5 3 2 1 2 ，4 6 0 5 - 一o1 4 5 01 1 6 8 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 而由于井下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 筛分效率有很大的影响。尤其是外在水分含量在7 - - 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，国内外有关专家学者正努力探索筛分理论与设备。 1 ，2 干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，旱在 上世纪六十年代就研制成功电热振动筛但由于它存在着使用寿命、安全、成 本等诸多问题阻碍了它的推广和应用。1 。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 r a 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 ) 弛张筛等。 1 2 ，1 旋转概率筛 7 】【8 】【9 】 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 2 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 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 9 6 1 4 的原煤时，分级粒度可达4 r a m ，对末煤含量高达 5 0 的原煤接6 r a m 分级时，限下率为2 0 一2 5 ，处理能力为1 5 0 t h 。 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 2 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易堵塞，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 2 3 螺旋辊轴筛p 儿o 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。 调整螺旋位置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 ，2 4 等厚筛“1 等厚筛是一种采用大厚度筛分法的筛机。采用的料层厚度一般为筛孔尺寸 的6 8 倍，筛面有2 3 个倾角。第一段采用大倾角，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 2 5 概率筛川2 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、 日本等许多国家都开始成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；生产费用低等。 安徽理工大学硬士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 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 m m 级原煤分成5 0 一2 5 m m 、2 5 1 3 r a m 、1 3 - - 6 r a m 、6 - - o m m 四种产品， 效率达到6 0 左右。 1 2 6 节肢振动筛”1 节肢振动筛筛分原理类似等厚筛，但其参振部分筛网与不参振的筛框是分 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，筛框不参振，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，筛机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荷， 不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 2 7 琴弦细粒分级筛9 ” 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分级筛。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 r a m 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，物科的冲击作用会大大降低筛网的使用寿命， 所以选用上受到一定的限制。 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，它们正在工业生产中发挥着重要作用“。 1 3 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 在的问题有以下三点： ( 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机制造工艺上更高的要求。 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 因此，迸一步开发和研究潮湿原煤深度筛分理论及设备日趋迫切。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，还须 进一步研究。弛张筛筛面具有特殊的筛面动力学，对加速度和抛掷指数的研究 不仅可以很好的反映筛面运动，还可以很好体现筛分情况，二者既紧密关联又 相互独立，其中对加速度的研究是为抛掷指数的优化奠定基础。 本文拟从加速度和抛掷指数两个方面研究弛张筛的工作情况： 1 4 本课题的主要内容 本论文的主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 弛张筛有载加速度的推导及加速度模型研究： ( 2 ) 弛张筛抛掷指数的系列优化和回归分析； ( 3 ) 聚氨酯橡胶筛面张紧量对弛张筛加速度的影响。 1 5 本章小结 本章从我国目前和未来的国情出发分析了发展原煤干法深度筛分的必然 性，简单介绍了国内外具有代表性的几类干法筛分机，指出对弛张筛理论研究 的必要性，最后提出本课题的主要内容。 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 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态，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；筛面上的料群更多的时候不断地调整各自 的位置，促使料群松散和分层，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，又不全是小于筛孑l 尺寸的细粒物料，大部分小于筛孔的细料分 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，当振 动筛的抛掷指数凰 1 时，物料做抛掷运动。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，当下层大颗粒之间存在空隙时，小于该空隙的上层细颗粒就得不到 下层给它得碰撞，上层颗粒就会在原来能量下，克服一定阻力，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。由于小颗粒孑l 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，大颗粒在上的较规律排列。这样，小 于筛孔的细粒得到透筛，实现了粗细颗粒分离，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皿体现。振动筛运动强度不同，筛分效率 也有差别，增大氲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豇值，二是 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 采用特殊结构来提高抛掷指数瓜值。弛张筛突破传统的设计思路，大大提高了 抛掷指数正值，提高了筛分机对物料的适应能力“”。 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 - - 1 4 的难筛物料进行卜一1 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r9n 且型弛张筛，我国鞍山矿山机械厂研制的c z s 型弛张筛以及奥 地利的b i v i t e c c r l 型弛张筛“”“”1 。 l i w e l l 型弛张筛由内外两个独立的筛框构成，通过偏心相差1 8 0 度的曲轴 连杆带动实行相向或相背的直线运动。当入料粒度在8 0 一o m m 之间，外在水分 在7 8 ，分级粒度为6 r a m ，单位处理能力为3 0 t h 脚2 ，筛分效率达9 0 ”o 。 r 3 皿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梁可以移动， 其余与l i w e l l 型弛张筛类似“”。 c z s 是我国鞍山矿山机械厂研制的弛张筛( 参见图2 1 ) ，其结构、原理与 l i w e l l 型筛机类似。其主要有三种型号：c z s l 5 4 0 ，c z s 2 0 5 5 ，c z s 2 0 8 8 “。 图2 - lc z s 2 2 9 0 型弛张筛 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 安徽理工大学硕士学垃论文：驰张持育载加速度及抛期指数系列优化研究 其主要特点是筛面一方面做弛张运动，另一方面所在的机架整体在偏心块的惯 性力作用下作圆运动”。 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相背运动，带动筛板做一张一弛横向挠曲运动( 参见图 2 2 ) ，从而使筛板上的物料作前进弹跳运动，抛射加速度高达3 0 9 5 0 9 “”，促 使物料分层与透筛，弛张筛由此而得名。 8 图2 - 2 弛张筛简圈 卜外筛框 2 一内筛框3 一弹性筛面4 一内横粱5 一外横粱 6 一支撑杆7 一连杆8 一曲轴9 一电机 1 0 - 支架 图2 3 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1 和3 的筛箱i 处于”右死点”位置，而具有横梁2 和4 筛箱i i 处于n 左 死点”位置。当横梁偶1 和2 以及横粱偶3 和4 的间距为最小时，其间的筛面呈 松弛下垂状态；此时横梁偶2 和3 的间距为最大，其间的筛面张紧并拉伸。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i i 则处于” 右死点”。随着筛箱i 和筛箱i i 的周期作用，各段筛板周期出现松弛和张紧运动。 安徽理工大学硕士学位论文：驰张缔有载加速度及抛掷指数系列优化研究 i i i ii i 。坌f _ z f 。 i i ii i 图2 - 3 筛面弛张运动示意图 弛张筛的另一个显著特点是筛面采用聚氨酯材料。图2 - 4 为潮湿细粒物料在不 同材料壁面上的粘附情况。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，最好不要采用碳钢筛 面。聚氨酯的填充材料非常致密，不易被细颗粒物料穿透丽磨损，因而具有很 好的耐磨蚀性能；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，是普通金属筛板的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“。 董 材 # 量丈辖时犀度i c - 】 圈2 4 细粒物料在不同壁面上的粘附厚度 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 2 3 结构参数的影响“1 在本论文中的结构参数主要是指偏心距( p ) 和两横梁间最大距离( ) 。 弛张筛的聚氨酯筛面依次安装在横梁上，因此两横梁间最大距离影响到 筛板的工作情况。在筛板确定的前提下，超过一定长度后，筛板的张紧量增加， 容易造成筛板断裂；过小，筛面的加速度降低，势必影响物料的透筛。 当确定之后，偏心距e 超过一定值则产生兜矿现象，e 过小筛面加速度不 够大，因此和e 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，推导出设计 数值为 2 0 0 ，2 5 0 m m ，偏心距日与之间的关系满足0 0 3 l e 0 0 5 l 。根据 生产经验e 的取值范围在 5 5 ，6 5 m m ，由e 与的关系式得三的大约取值为 1 2 6 ，2 2 0 m m ，由理论得出的值与经验所推的厶取值范围有较大出入，在 后面通过对参数的优化，最终确定出最为合理的e 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、振幅a 、频率1 7 和时间 t 等。 2 4 1 筛面倾角( 口) 筛面与水平面的夹角称为筛面倾角a 。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2 4 中筛孔尺寸在水平面上的投影值： d = d c o s a ，由图很显然d d 。对于筛孔大小一定的筛面，倾角瑾越大，颗 粒透筛的通道越窄。在图2 4 中，颗粒垂直落向倾斜筛面，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。 倾斜筛面不仅使筛分粒度相对减小，而且使筛分不甚严格，物料中小于筛 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下产物。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。 安徽理工太学硕士学位论文：驰张筛有载加速度_ 及抛掷指数系列优化研究 圈2 - 4 颗粒透过倾斜筛面筛孔示意图 综合以上分析知，为了满足一定的筛分能力和筛分效率， 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 y v h 式中：卜工作面宽度，1 1 1 r 实际平均速度，m s r 物料松散密度，t m 卜料层厚度，1 1 1 筛面的倾角应有 以鞍山生产的g z s l 5 4 0 型驰张筛为例计算筛面倾角的取值范围，工作面宽 度占为1 5 皿，生产能力p 为8 0 t h ，在普通筛分时，料层厚度一般为筛孔的3 5 倍，所以h 为0 0 4 m ，煤的松散密度在 0 8 ，1 0 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v = v o t a n 。，则有筛 面倾角与生产能力的关系式： t a n 口= q 3 6 0 0 b v o h ( 2 - 2 ) 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 。，2 5 0 。 2 4 2 振动方向角h 町 振动方向角指的是振动方向线与工作面的夹角。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，宜选用较小的振动方向角；对水分较大 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 或粘性较强的物料，宜选用较小的振动方向角；对易于粉碎的物料，为了防止 物料在输送过程中遭受粉碎，宜选用较小的振动方向角；对磨琢性较强的物料， 为了减小工作面的磨损，宣选用较大的振动方向角。 驰张筛主要用于筛分含水量大的潮湿原煤，为了使难于筛分的细颗粒透 筛，减少堵孔现象，其筛面大约做垂直运动，振动方向角的取值区间拟定为 8 8 。，9 2 。 。 2 43 振幅”m 1 振动筛和共振筛的振幅通常按下列数值选取： 圆运动振动筛做预选筛分：a = 2 5 3 5 r a m ； 圆运动振动筛做最终筛分：a = 3 4 m m ； 直线运动惯性振动筛：4 - - 3 5 5 5 m m ； a = 3 一6 m m ； 4 - - 2 一一8 m m ； 仁2 一5 册。 振幅爿的选择要根据被筛物料的粒度大小而定，对于粗筛( 处理大块物料) 。 适宜采用大振幅，对于细筛( 处理粉状物料) ，则宜采用小振幅；对于难筛物料 则应采用大振幅。 对弛张筛而言，其筛面一方面有弹性，另一方面又参与运动，其振幅彳是 筛面弹性挠曲运动时的最大弹性挠度值，取决于曲轴的偏心距( 日) 、筛板长度 ( j ) 、张紧量( 1 ) 和相邻两横梁最大间距( ) 等。由于和e 由筛扳强度和 处理能力及不发生兜矿的条件决定，因此振幅a 由筛板张紧量，来控制， 过小则加速度不够大，物料难以很好地松散和分层；过大，物料被很快抛 离筛面，跳动次数减少，物料透筛机会也减少，同时颗粒落下时对筛面的冲击 力大，筛板使用寿命受到影响。 如果假设仁0 。挠曲线用三段圆弧近似代替，则其挠度为： = 孚瓜而丽i 丽 最大挠度为：h = , 6 e l ( 1 - 2 e ) 如果j 取2 0 2 m m , p 取6 m m ，计算得弛张筛振幅为4 1 r a m ，这一数值远远大 于其他振动筛。由此可以看出弛张筛与一般筛分机械的不同之处，它具有一般 筛机所不具有的大振幅，而且振幅由筛面弹动产生的，所以虽然其有大振幅， 但并不会对筛机的结构要求太高。 第五章将对聚氨酯橡胶筛面张紧量( ) 对弛张筛加速度的影响作进一步 研究。 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 2 4 4 频率1 7 “”“ 频率1 7 是指弛张筛驱动系统曲轴的回转转速。 筛分机在工作过程中，筛箱必须具有足够大的加速度才能使筛面上的物料 较好的分层。加大振幅和频率的任何一个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大的多。尽管筛箱 必须具有较大的加速度才能较好的分层，但加速度过大，会使物料颗粒快速飞 离筛面，减少与筛面接触的机会，影响物料透筛，进而降低筛分效率，另一方 面，加速度过大会对筛箱的结构提出更高的要求，容易造成横梁断裂。 对筛机频率的分析是在对物料运动状态分析的基础上进行的，但是驰张筛 具有弹性筛面，当物料接触时，会产生弹性力，从而传统的计算方法不适合驰 张筛，在文献 2 1 中得出，驰张筛的频率范围为 5 6 3 ，7 0 0 r a d m i n ，在后面优 化中，近似将频率范围取为 5 5 0 ，7 0 0 r a d m i n 。 2 4 5 时间t 2 3 1 对于一定的筛分作业，筛分原料中小于筛分粒度的物料的质量是常量，它 不随时间f 变化；筛下物的质量是变量，它的初值为零，随着时间的增长而增 长，直到筛分结束为止。因此，筛分效率是时间的函数。 设d q 是在时间微元d t 内所产出的筛下物微元质量，则d q d t 代表单位时 间内筛下物的产量，它与筛面物料中小于筛分粒度的物料的质量q 成正比： 塑：一桕 一( 2 5 )d t 一 式中，k 为比例系数，负号表示q 随着时间的延长而减少。对该式积分： 偿一t p 一e ， 得：lnq=一kt+c(2-7) 设口0 为筛分原料中小于筛分粒度的物料的质量，则当拧o 时，q = q o ，因 此有c = i n q o ，于是i n q = 一k t + i n q o ( 2 - 8 ) 或旦：。( 2 9 ) 根据效率得基本定义有： r ：q o - 。q q o 将( 2 9 ) 式代入( 2 1 0 ) 式，则有：r = 1 一e “ 更符会实际的公式为：玎= l e “1 一一( 2 1 0 ) ( 2 一“) ( 2 1 2 ) 安徽理工大学硕士学位论文：驰张瓣有载加速度及抛掷指数系列优化研究 式( 2 - 1 2 ) 即为筛分效率与筛分时间的关系式，式中7 , k 均为筛分原料的性质 及筛分条件有关的参数。将式中”项分解为级数e “。= 1 + 幻“+ ( k t ”) 2 2 + 取前两项带入式( 2 - - 1 2 ) 得：，7 = 羔，令七= 丢，则有： 坪：二( 2 一1 3 ) 坪3 鬲i一2 1 3 式( 2 - 1 3 ) 展现了筛分效率与筛分原料的性质、筛分条件和筛分时间的关 系，图2 - 5 展现了筛分效率与筛分时间的关系。( 2 1 3 ) 式表明当时间f 无限增 大是时，筛分效率可接近1 ，但图2 - 5 表明当筛分时间超过一定时，筛分效率得 增加是不明显的，因此无限延长时间t 是不可取的，也是没有任何现实意义的。 由于弛张筛筛面的运动是周期运动，所以本文时间t 取筛面的个运动周期即 可，即驱动轴运转周。 8 0 蔷6 0 耧 鑫4 0 l 2 0 n 02 04 06 08 01 0 0 筛分时间t s 图2 - 5 筛分效率与筛分时间得关系 2 5 物料性质的影响 物料性质的影响主要包括湿度的影响，含泥量的影响，粒度特性及密度特 性的影响等方面。本论文考察的是潮湿细粒原煤的筛分，故主要考察湿度和粒 度特性对筛分的影响。 2 。5 1 物料湿度的影响嘲2 8 1 物料的湿度反映了含水量的多少。一般物料所含水分有三种：一是结合水 分，它与物料紧密结合在一起；二是吸着水分，存在于物料的孔隙裂缝中；三 是外在水分，物料表面上所带的水分。上述三种水分，前两种对筛分过程没有 安徽理工大学硕士学位论文；驰张筛有载加速度及抛掷指数系列优化研究 影响，主要是外在水分影响筛分的进行。我们所研究的细粒级原煤由于比表面 很大，故外在水分相对较高，当外在水分含量超过7 9 6 时，颗粒表面形成一层薄 薄的水膜，相邻颗粒在液桥力和水膜表面张力作用下相互粘结成团，随着普通 筛分过程的进行，一些潮湿粘性物料相互粘结并粘附到筛面上，筛分时间的加 长，粘附到筛面上的细小颗粒越来越多，最终与筛面上的潮湿细粒物料一起在 液桥力和水膜表面张力作用下，形成一张覆盖膜，将筛孔堵塞，使筛分过程恶 化，筛分效率低下。筛分效率与物料湿度的关系如图2 - 6 所示，图中说明物料 所含水分如达到某一范围，其筛分效率急剧下降，但所含水分超过这个范围后， 颗粒的活动性提高，渐渐转为湿筛，筛分效率又提高了。井下开采出的原煤水 分含量在7 一1 4 之间，由图2 6 知对井下开采出的原煤利用普通筛机直接进行 干法筛分，其筛分效率十分低下。 图2 - 6 筛分效率与物料湿度的关系 2 5 2 物料粒度特性的影响 被筛分物料中，“易筛粒”( d ( 0 7 5 d 。) ，“难筛粒”( o 7 5 d 。d 1 0 d 。) 和“阻 碍粒”( i o d 。 d f ，使得堵 孔可能性减小。同时筛孔在变形过程中能将粘附在筛孔上的细粒物料揉搓下来， 保证了筛面的开孔率，筛孔的正压力还可将粘附成团的颗粒压碎而成为筛下 物，从而使筛分得以高效进行。即使物料外在水分含量在7 _ - 1 4 时，其筛分效 率仍高达7 0 左右。 2 6 本章小结 本章介绍了弛张筛的工作原理，考察了物料性质、筛分设备和相应参数对 筛分的影响，分析了结构参数、运动学参数对筛分过程的影响，给出各参数的 取值范围，为第四章所的优化和回归分析打下基础。 安徽理工大学硕士学位论文：驰张筛有载加速度爰抛掷指数系列优化研究 第三章弛张筛有载加速度的推导及加速度模型研究 对于振动筛来说，物料的松散与分层时物料筛分的前提，只有物料得到充 分分层，小颗粒物料才得以向下渗透与筛面接触。物料才能按粒度分级。 不同粒度组成的物料受到振动发生分层，物料分层的速度与抛掷指数、粒 度差、颗粒形状、密度差有关。物料本身起决定作用的是粒径比，外界影响条 件主要是抛掷指数。筛面方向的垂直振动引起颗粒在垂直方向上的相互碰撞， 筛面将速度传给底部颗粒，然后依次向上传递至上部。由于大颗粒物料比小颗 粒物料跳得高，形成空隙，小颗粒物料则添入空隙逐步下移至料层底部实现分 层。 筛机的抛掷指数是指筛面得最大振动加速度沿筛面方向得法向分量与重力 加速度沿筛面方向得法向分量之比，它是加速度和其他相关参数的一个综合。 通过上述分析可知，在物料一定的前提下，筛面加速度的大小直接影响筛分效 果，如果筛面加速度过大，物料起跳速度很快，物料会飞离筛面，和筛面接触 的机会大大减少，从而影响细颗粒物料透筛；如果加速度过小，物料得不到足 够的能量来分层和松散，会有大颗粒物料沉积在料层底部，阻碍细颗粒物料穿 过料层到达筛面透筛，而从排料口排出，造成错配率高，筛分效率下降。因此， 对弛张筛筛面加速度的研究有利于找出提高筛分效率的途径。 在已有的筛面加速度介绍中，加速度的近似或推导公式均在无载的假设条 件下进行的。众所周知，筛分是不能空载进行的，因此对筛面有载加速度的研 究有一定的现实意义。 3 1 有载筛面在垂直方向上的位移、速度和加速度”“”“” 弛张筛使物料产生抛射运动的加速度是由筛箱内外筛框上的横梁带动多段 筛板做周期性挠曲运动而产生的。每段筛板的运动有类似性，因此研究单块筛 板的运动，便可了解整个筛面的运动情况。 取任意块筛板，假设筛板中性面在弹性挠陆运动过程中保持长度不变， 将其视为一个简支梁，其压缩后的力学模型如图3 - 1 所示： 筛面材料的弹性模量为e 截面惯性距为l 两端载荷为尸，在筛分过程中， 物料的重量基本保持一个常数，因此筛面上的载荷可视为均布载荷q 。实际上， 由于筛面物料作抛掷运动，因而对筛面具有冲击作用，所以在计算时应当考虑 动载荷系数。动载荷系数与筛面挠度和物料被抛起高度有关。在弛张筛筛分物 料对，物料可以被抛起2 米高，甚至飞出筛