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振动筛的原理与分析 院系：班级： 姓名： 学号：振动筛的原理与分析摘 要：介绍了振动筛的工作原理，并通过实例分析了振动筛的工作特点，并给出了计算公式和参数计算，为了解振动筛提供了很好的依据。关键词： 振动筛 振动分析 工作原理 计算公式 参数计算前言 目前, 直线振动筛在矿山工业中广泛应用, 特别是在选煤厂, 常用于煤炭的脱泥、脱水、脱介和筛分作业, 振动筛是工矿企业普遍应用的筛分机械, 是利用振动的多孔工作面, 将颗粒大小不同的混合物料按粒度进行分级的机械.振动筛也常用于物料的脱水, 脱介及清洗物料表面的污泥，本文主要介绍了其工作原理。一 振动筛的定义振动筛是利用振子激振所产生的复旋型振动而工作的。振子的上旋转重锤使筛面产生平面回旋振动，而下旋转重锤则使筛面产生锥面回转振动，其联合作用的效果则使筛面产生复旋型振动。其振动轨迹是一复杂的空间曲线。该曲线在水平面投影为一圆形，而在垂直面上的投影为一椭圆形。调节上、下旋转重锤的激振力，可以改变振幅。而调节上、下重锤的空间相位角，则可以改变筛面运动轨迹的曲线形状并改变筛面上物料的运动轨迹。二 振动筛的分类振动筛是常见的筛分机械，它在各行各业有着极为广泛的应用。从矿山到冶金、从建材到电力、从筑路架桥到食品化工，到处都有振动筛在工作。可以毫不夸张地说，没有振动筛就无法制造出合格的、高质量的产品。振动筛的主要种类分为：主要分为直线振动筛、高频振动筛、圆振动筛、旋振筛、激振式振动筛、三元旋振筛、变频振动筛、概率直线振动筛、弧形振动筛、弹臂式振动筛等。 较常用的振动筛包括圆振动筛和直线振动筛。圆振动筛筛箱的运动轨迹（可以在筛体上任找一点来看）为圆或椭圆。一般地，圆振动筛的振动器只有一个轴，所以又称单轴振动筛。圆振动筛主要用于各粒度物料的分级，一般倾斜安装，有座式和吊式。它工作可靠，筛分效率较高。 直线振动筛筛箱的运动轨迹为直线或接近直线，它有两个轴，所以又称双轴振动筛。直线振动筛水平或倾斜安装，这类振动筛结构紧凑，运行平稳，被广泛用于各类物料的脱水、脱泥、脱介，也用于中、细粒度物料的干式和湿式分级作业。三 振动筛的结构我们都有这样的经验：当汽车转弯时，坐在汽车里的人的身体即向转弯的另一侧倾斜，这便是离心力。振动筛正是靠依据这一原理制成的惯性振动器来工作的。人们在轴上装上偏心体，用电动机（或其它动力机）带动其旋转，这时由偏心体产生一向外（相对于轴心）的力，（如同坐在车中的人一样）偏心体的质量越大，距轴心的距离越远，轴的转速越高，离心力越大。与汽车转弯不同的是，此偏心体做的是圆周运动，产生的是沿圆周方向的连续的力。这就是振动器（或者叫激振器），将它以适当的方式、安装在筛机适当的位置，就能带动筛机做圆周运动，圆振动筛便产生了。如图为圆振动筛实物图及工作原理图将两个这样的带偏心体的轴并排安装，让它们同步（偏心体的初始位置一致）且反向同速旋转，此时两偏心体在水平方向产生的力大小相等、方向相反，因此相互抵消；而在竖直两个方向产生的大小相等、方向相同的力则相加，这样就产生了直线运动，这就是直线振动筛了。直线振动筛筛箱的运动轨迹为直线或接近直线，它有两个轴，所以又称双轴振动筛。直线振动筛水平或倾斜安装，这类振动筛结构紧凑，运行平稳，被广泛用于各类物料的脱水、脱泥、脱介，也用于中、细粒度物料的干式和湿式分级作业。如下图为直线振动筛： 注：该直线振动筛，可为一层或多层使用。制作材料多为 不锈钢和 碳钢。也可以根据客户要求、物料的特性，来定做更合适筛机。DZSF直线筛动机安装示意图：现主要介绍直线振动筛：直线振动筛的振动器为双轴，其结构形式有箱式振动器（块偏心）、筒式振动器（轴偏心），以及偏心块式振动器（中间用万向节传动轴联接，类似YK型圆振动筛）。其中箱式振动器和筒式振动器制做工艺复杂，维修不方便，现多趋于用后一种振动器。直线振动筛还多用振动电机来做激振源。振动电机是将振动器和动力源合二为一的一种振动装置，它由于结构简单，占用空间小，维修简便等优点而得到广范的应用，我厂生产的ZKS、ZSS、TSS、DZSF等直线振动筛均采用振动电机作振动器。振动筛的箱体由侧板（墙板）、横梁等组成。先做成数根两端带法兰的无缝钢管，然后用环槽铆钉（或高强度螺栓）将其和墙板连接。小型振动筛也可将无缝钢管直接与墙板焊接，但一般需经去应力处理。振动筛的墙板应用整块钢板，安装振动器处还应加装衬板。筛网是振动筛的重要部件，振动筛的筛分过程就是靠它来完成的。有各种各样的筛网，就结构形式来说，常见的有：编织筛网、冲孔板筛网、条缝焊接网、棒条筛网等；就材质来说，有低碳钢、不锈钢、弹簧钢、聚氨脂、尼龙等。筛网的选用非常重要，它直接关系到振动筛的筛分状况，应根据所筛分物料的性质、处理量、筛分效率等因素来确定筛网的结构及材质。振动筛需要用隔振装置（弹簧）将筛体与地面进行隔离。其弹簧的刚度不宜太大，以免对地面造成过大的震动。常用的弹簧有钢制螺旋压缩弹簧和橡胶弹簧。为了抑制筛箱的横向摆动，有时还要安装阻尼弹簧。四 振动筛的工作原理及参数分析直线振动筛工作时利用同步异向旋转的双不平衡振动器激振，振动器的两组偏心块质量，作同步反向转动。在每一时刻，沿振动方向，偏心块产生的离心力分力互相叠加；沿法线方向，离心力的分力互相抵消，从而形成一个方向上的激振力，使筛箱作来回的直线运动。直线振动筛筛箱的运动轨迹和水平线之间成夹角，振动筛箱体由组支承装置支承，在激振力作用下，筛箱的振动使筛面上的物料作连续斜向上抛起和下落。物料在抛起过程中进行松散和分层，下落时与筛面相碰撞，细小颗粒透过筛网完成分级、脱水、脱泥和脱介作业。其工作原理如图所示：直线振动筛的运动学参数包括振幅A 、振动次数n、筛面倾角和振动方向角, 这些参数直接影响直线振动筛的筛分效率和处理能力, 所以必须合理选择。( 1) 振幅A振幅的选择是根据被筛物料的粒度及性质来选取。对于粒度较大的物料, 选用较大的振幅; 对于粒度较细的物料, 选用较小的振幅。直线振动筛的振幅A = 3.5-6mm。( 2) 筛面倾角筛面与水平面之间的夹角, 称为筛面倾角。筛面倾角与振动筛的处理量及筛分效率密切相关。随着筛面倾角的加大, 物料在筛面上的运动速度加快,处理量随之加大; 但物料在筛面上停留时间缩短, 筛分效率降低。直线振动筛用于筛50 mm 以上物料时, = 5-10; 用于40mm 以下中、细物料筛分时= 0;用于脱泥、脱介、脱水时= - 5-0。( 3) 振动方向角振动方向线与筛面之间的夹角称为振动方向角。值小, 物料运动速度快, 处理能力高, 适于易筛物料; 值大, 物料运动速度慢, 得到充分筛分, 适于难筛物料。直线振动筛的取值范围= 30-60, 对于国产直线振动筛全部取= 45。该值不但有良好的适应各种筛分的性能, 而且还可以获得最好的运动速度和较高的生产率。( 4) 振动次数n振动次数n 的选取由抛射强度Kv 和振幅A 确定。抛射强度Kv , 即最大振动加速度的筛面法向分量与重力加速度的筛面法向分量的比值。直线振动筛抛射强度K v = 2. 2-3, 计算公式为国内通常取 = 4.2, K 称为机械强度。由此得振动次数计算实例：设计块煤脱介用ZK1848 直线振动筛的各项运动学参数。考虑到块煤的粒度较大, 因而振幅A 取较小的值, A= 4mm。振动筛用于脱介, 因而取筛面倾角=0。直线振动筛振动方向角= 45。取抛射强度Kv = 3, 得振动次数=976r/min直线振动筛的简化模型见下图2.基于Lagrange 法,建立振动筛系统的运动微分方程 式中, qi 、qi 为广义坐标和广义速度; T 、V 为振动系统的动能和位能; Ds 为振动系统的能量耗散函数;Qi ( t) 为广义干扰力; t 为时间.在广义坐标x , y 中,式(1) 变成 （2）由于干扰力包含在系统的动能之中,不存在其他外界干扰力,故Qx = Qy = 0 ,带入振动系统的动能、位能(主要为弹簧的变形能) 、耗散函数. 考虑到阻尼存在,自由振动在设备正常工作时将会消失,故仅考虑受迫振动. 同时正常工作时阻尼很小,在分析强迫振动时可以忽略阻尼的影响7 ,此时式(2) 为： 式中,m0 为参振质量(偏心块除外) ,kg ;m1 为激振器两偏心块之一的质量,kg ; kx 、ky 为x 和y 方向的弹簧刚度,N/ mm; e 为偏心质量重心至其回转中心的距离,mm;为偏心轴工作时转动角速度,rad/ s ; s 为振动筛的振动方向角,. 式(3) 的特解为x = Ax sin t y = Ay sin t 式中,A x 、A y 为x 和y 方向的振幅. 将式(4) 及其二次导数带入式(3) ,可得 由式(5) 可见,当kx = ky = ( m0 + 2m1 )2 时,振动筛的振幅为无穷大,即产生了共振. 为避免共振发生,可使 ( 为振动筛固有频率) ,即 ,这样式(5) 可简化为 其合成振幅为 根据设计参数得,理论计算振动筛的稳态受迫振动时的振幅为11. 805 8 mm. 设计时要求其稳态振幅为12 mm. 五直线振动筛的常见故障及维修直线振动筛也是采用惯性激振器来产生振动的，直线振动筛振源有电动机带动激振器，激振器有两个轴，每个轴上有一个偏心重（图2-1），而且以相反方向旋转，故又称双轴直线振动筛，由两齿轮啮合以保证同步。当两个带偏心重的圆盘转动时，两个偏心重产生的离心力F，在x 轴的分量互相抵消，在y轴的分量相加，其结果在y轴方向产生一个往复的激振力，使筛箱在y 轴方向上产生往复的直线轨迹振动。图2-1直线振动筛筒式激振器当直线振动筛振源采用振动电机时，必须布置二台，其轴线与直线振动筛纵向轴线方向一致（不平行，具有一夹角）。二台振动电机对称布置在筛箱的上方、下部和两侧均可以。其直线振动筛工作原理可以参见图2-2。图2-2直线振动筛工作原理示意图（a）合力最大；（b）合力为0直线振动筛的筛面倾角通常在8以下，筛面的振动角度一般为45，筛面在激振器的作用下作直线往复运动。颗粒在筛面的振动下产生抛射与回落，从而使物料在筛面的振动过程中不断向前运动。物料的抛射与下落都对筛面有冲击，致使小于筛孔的颗粒被筛选分离。筛子的筛分效率及生产能力（处理量）同筛面的倾角、筛面的振动角度、物料的抛射系数有关。为了保证筛分效率高、筛子的生产量大，必须选择合适的Kv（抛射系数）值，同圆振筛选定Kv值的方法相同。故障原因排除方法无法启动或振幅小1电机损坏更换电机2控制线路中的电器元件损坏更换电器元件3电压不足改变电源供给4筛面物料堆积太多清理筛面物料5振动器出现故障检修振动器6振动器内润滑脂变稠结块清洗振动器，更新添加合适的润滑脂物料流运动异常1筛箱横向水平没找正调整支架高度2支撑弹簧钢度太大或损坏调整弹簧3筛面破损调整筛面4给料极不平衡均匀操作，稳定给料筛分质量不佳1筛孔堵塞轻筛机负荷及清理筛面2入筛物料水分增加改变筛箱倾角3筛机给料不均调节筛机的给料4筛面上料层过厚减小筛机的给料5筛网拉的不紧，传动皮带过松张紧筛网，拉紧传动皮带正常工作时筛机旋转减慢，轴承发热1轴承缺少润滑油往轴承内注入润滑油2轴承阻塞清洗轴承，更换密封圈，检查迷宫密封装置3轴承注油过量或加入了不合适的油检查轴承的润滑油4轴承损坏或安装不良，圆轮上偏心块脱落，偏心块的大小不同，迷宫密封被卡塞更换轴承，安装偏心块，调整圆轮上其它故障1轴承损坏更换轴承2筛网拉的不紧或筛面固定不牢拉紧筛网3轴承固定螺栓松了拧紧螺栓4弹簧损坏更换弹簧六 主要特点及应用行业 该产品筛分精度高、处理量大、结构简单、耗能少、噪音低、筛网使用寿命长、密封性好、极少粉尘溢散、维修方便、可用于流水线生产中的自动化作业。该产品广泛应用于化工、食品、塑料、医药、冶金、玻璃、建材、粮食、化肥、磨料、陶瓷等行业中干式粉状或颗粒状物料的筛分。七 结语 本文对直线振动筛的工作原理和运动学参数进行分析，有助于在实际设计过程中提高直线振动筛总体质量。但直线振动筛与其他类型的振动筛相比，振动器箱体体积过大，且内置在振动器内部，不宜散热，应向圆振动器方向改进，把箱体外置，有利于散热，有利于延长使用寿命参考文献：【1】 闻邦椿, 刘风翘. 振动机械的理论及应用M . 北京: 机械工业出版社, 1982.【2】 严峰. 筛分机械 M . 北京: 煤炭工业出版社, 1995.【3】 成大先. 机械设计手册K . 北京: 化学工业出版社, 1998.【4】闻邦椿，李以农振动利用工程北京：科学出版社，2005【5】方同，薛璞振动理论及应用西安：西北工业大学出版社，2000【6】 王文亮等. 结构振动与动态子结构方法. 上海: 复旦大学出版社,