人工砂干法生产工艺及设备的设计说明书

毕 业 设 计题 目 人工砂干法生产工艺及设备的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一 年 月 日(宋体三号，居中)济南大学毕业设计- I -摘 要随着改革开放的深入发展，在经济利益的驱使下，在我国很多地区都出现了乱采乱挖天然砂的情况，国务院和各地人民政府不得不相继出台了禁采或限采天然砂的规定。因此，发展人工砂势在必行。在人工砂的生产过程中，振动筛的选择尤其重要。振动筛的选择直接决定了人工砂颗粒的大小。目前我国人工砂生产过程中使用的设备中,振动筛是使用最为广泛同时也是问题较多设备之一。振动筛的问题主要表现在筛箱容易出现断梁裂帮、齿轮出现打齿、轴承温度容易过高、生产过程中噪声过大等,同时传动系统也容易出现问题。以上这些问题会直接影响了振动筛的生产效率,也会降低振动筛的使用寿命。本次设计的2YAH1548 型圆振动筛可以很好的解决这些问题，该系列的振动筛主要用于物料分级、筛分作业。该振动筛的优点是筛分效率高，工作安全可靠，但是设备自重较大，占地面积大。在设计的过程中论述了设计方案，其中包括振动筛的分类与特点和设计方案的确定；对物料在振动筛中的运动进行运动分析；同时对振动筛进行动力学分析及动力学参数的计算；合理设计振动筛的结构尺寸；对激振器的偏心块进行设计与计算，包括原始的设计参数，电动机的设计与校核；进行了主要零部件的设计与计算，皮带的设计计算与校核，弹簧的设计计算，轴的强度计算，轴承的选择与计算，最后对设备维修、安装、润滑及密封进行设计。关键词：振动筛；激振器；电动机济南大学毕业设计- II -ABSTRACTWith the deepening reform and opening up, driven by economic interests in China have emerged in many areas Luancai the case of natural sand digging, the State Council and local peoples governments have unveiled a no-take or limit the provisions of natural sand mining . Therefore, the development of artificial sand imperative. In the process of sand production, the choice is especially important shaker. Shaker choose to directly determine the size of sand particles. At present, China artificial sand used in the production process equipment, vibrating screen is the most widely used equipment is also one of the more problematic. The main problem shaker prone to breaking in the screen box beam crack help, there to fight tooth gear, bearing temperature is easy too high, the production process such as excessive noise, but also prone to transmission problems. These issues will directly affect the productivity of a shaker, also reduce the life of vibrating screen. The design of the 2YAH1548 type circular vibrating screen can solve these problems, shaker of the series is mainly used for material classification, screening operations. The sieve shaker has the advantage of high efficiency, reliable and safe, but the larger weight equipment, a large area. In the design process design are discussed, including the classification and characteristics of shaker and Design Scheme; of the material in the Shaker movement in the motion analysis; while the dynamic analysis of vibrating screen and the calculation of kinetic parameters ; rational design of the structure vibrating screen size; on the exciter and eccentric block design calculations, including the original design parameters, motor design and verification; were the main components of the design and calculation of design calculation and school belt core, spring design calculation, the axis of the strength calculation, bearing selection and calculation, the last of the equipment maintenance, installation, lubrication and seal design. Key words: shaker; Vibrator; Motor 济南大学毕业设计- 1 -摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .21.1 前言 .21.2 背景 .31.2.1 振动筛的发展概况 .31.2.2 我国振动筛的发展概况 .31.3 振动筛的分类 .41.4 筛分机械发展方向 .42 振动筛筛面物料运动理论 .52.1 筛上物料的运动分析 .52.2 正向滑动 .62.3 反向滑动 .72.4 跳动条件的确定 .82.5 物料颗粒跳动平均运动速度 .93.振动筛的工作原理及结构组成 .103.1 圆振动筛的工作原理 .103.2 振动筛基本结构 .103.2.1 筛箱 .113.2.2 激振器 .113.2.3 支承装置和隔振装置 .113.2.4 传动装置 .124.振动筛动力学基本理论 .125.振动筛参数计算 .155.1 运动学参数的确定 .155.2 振动筛工艺参数的确定 .165.3 动力学参数 .175.4 电动机的选择 .185.4.1 电动机功率计算 .185.4.2 选择电机 .186 主要零件的设计与计算 .196.1 轴承的选择 .196.2 皮带的设计 .196.2.1 选取皮带的型号 .196.2.2 传动比 .196.2.3 带轮的基准直径 .196.2.4 带速 .206.3 轴的设计 .206.3.1 轴的设计特点 .206.3.2 轴的常用材料 .206.4 支承弹簧设计验算 .216.5 弹簧刚度计算 .217 振动筛的安装维护及润滑 .237.1 振动筛的安装及调试 .23济南大学毕业设计- 2 -7.1.1 安装前的准备 .237.1.2 安装 .237.1.3 试运转 .247.2 润滑 .247.3 操作要点与日常维护检修 .257.4 常见故障处理 .258 设备的环保、可靠性和经济评价 .268.1 设备的环保 .268.2 设备的可靠性 .268.2.1 可靠度的计算 .268.2.2 可靠度的计算 .268.3.2 设备合理的更新期 .27结 论 .29参 考 文 献 .30致 谢 .31济南大学毕业设计- 3 -1 绪论1.1 前言YA 型圆振动筛在生产过程中其筛箱运动轨迹为圆，适用于煤炭、石灰石、碎石、砂石、各种矿石及其他物料的筛分。经过破碎机进行破碎后的物料，是以各种大小不同的颗粒混合在一起的。物料在使用或进一步处理前，常常需要分成粒度相近的几种级别。物料通过筛面的过孔分级称为筛分。在筛分过程中所使用的机械称为筛分机械。目前现有的筛分机械有很多种结构型式，如固弧形筛、定格筛、旋流筛、简筛、摇动筛、滚轴筛、惯性振动筛和共振筛等。目前，由于惯性振动筛具有构造简单、生产能力大，筛分效率高等优点，因而在选矿厂、选煤厂及其它工业部门中已被广泛用于分级、脱水、脱介和脱泥作业。共振筛在生产实践中也取得较好的效果，但因具有较大的冲击裁荷，故其机件(如横梁与侧板)容易损坏，须进一步研究和改进。随着煤矿开采能力和入洗原煤量的提高,作为物料分级筛选的主要设备振动筛也不断向大型化发展。1.2 背景1.2.1 振动筛的发展概况振动筛的工作原理是通过筛面的高速震动，使筛面上的物料跳动，因而物料易于松散和分层，增加了物料透筛的机会，根据这个原理，现在已经研究出很多适用于不同用途的振动筛。筛分设备在国外的发展已有 300 多年的历史，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，筛分机械得到迅速的发展，大约 100 多年前就出现了惯性筛，最早的惯性筛是采用柴油机带动的，主要用于物料的分级作业。到本世纪筛分机械已经发展到一个较高的水平。比较完善的惯性振动筛出现在 19 世纪初，其主要作用是用于物料的分级。现在世界上很多大型的振动筛生产厂家能够提供各种型号的筛分设备。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 多种规格的筛分设备，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。济南大学毕业设计- 4 -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。1.2.2 我国振动筛的发展概况由于我国工业发展缓慢，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近 50 年得事情，大体上可分为三个阶段。（1） 仿制阶段：在这期间我国对前苏联的 ry系列圆振动筛进行仿制，其他的还有 BRK11，BKROMZ 型摇动筛；波兰的 WK15 圆振动筛，CJM21 型摇动筛以及 WP1，WP2 型吊式直线振动筛。这些筛分机械的仿制成功，为我国筛分机械以后的发展打下了坚实的基础。（2） 自行研制阶段：从 1966 年到 1980 年我国自行研制了一批性能优良的新型筛分设备，例如 1500mm3000mm 重型振动筛及系列，15m2，30m2 共振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，YK 和 ZKB 自动直线振动筛系列，等厚、概率筛系列，冷热矿筛系列。虽然这些设备存在着故障较多、寿命比较短的问题，但是他们的研制成功基本上满足了我国的国内需要，从此我国筛分机走上了独立发展的道路。（3） 提高阶段：进入改革开放以后，我国筛分机械的发展进入了一个全新的发展阶段。在此期间我国成功研制了一系列新型振动筛分机械，像振动概率筛系列、旋转概率筛系列，同时完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、驰张筛、螺旋三阶段筛的研制。粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得成功。我国的振动筛技术从无到有、从小到大。目前国内筛分机械品种型号繁多，中小型产品基本上能满足不同用户的要求，大型产品技术日趋成熟，但是仍然需要更进一步的提高。在不远的将来，我国将会拥有更多的大型筛分机械的自主知识产权。1.3 振动筛的分类1.按照振动筛的振动频率不同可将振动筛分为共振筛和惯性振动筛。共振筛曾一度受到各国的普遍重视，但是在生产中，其缺点很快便暴露出来。共振筛普遍存在结构比较复杂、维修调整困难、故障出现频率较多等缺点。惯性振动筛由于其激振器的结构简单，工作可靠，便于维修等优点从而得到了广泛的使用。惯性振动筛的振动是靠固定在其中部的具有偏心块的惯性振动器驱动而产生。惯性振动筛按振动器的不同可分为单轴振动筛和双轴振动筛。济南大学毕业设计- 5 -2.按照振动筛工作时筛面运动轨迹的特点，可以分为圆运动振动筛（简称圆振动筛）和直线运动振动筛（简称直线振动筛）两大类。圆振动筛由于振动器安装的位置存在偏差，筛箱的实际运动轨迹一般为椭圆。即便是直线振动筛，由于制造与设计的偏差，通常筛箱的运动轨迹也不完全规则的直线，只是接近于直线。圆振动筛由于激振器是一根轴，又叫单轴振动筛，直线振动筛激振器由两根轴组成，也称双轴振动筛。3.振动筛还有其它分类方法，例如，按照支撑弹簧的不同结构，分为线形弹簧振动筛和非线形弹簧振动筛。按支承装置的位置不同，可分为吊式振动筛和座式振动筛。按筛箱的安装角度，可分为水平筛和倾斜筛。按工作频率，可分为高频振动筛和低频振动筛等等。1.4 筛分机械发展方向综合国内外筛分机械发展现状 ,筛分机械以后将向以下几个方向发展。1.向大型化发展。工业的现代化进程促使企业规模增大 ,生产能力大大提高2.向重型、超重型筛发展。大型的矿业工程一般需要对大块物料进行处理,因此振动筛也将向重型、超重型发展。3.向标准化、系列化、通用化方向发展。这是便于设计、生产和降低成本的有效途径 。 6.应用自同步技术。采用双电机自同步技术来代替齿轮强迫同步 ,可简化设备结构 ,降低噪音 ,从而简化了机器润滑、维护和检修等经常性的工作 ,减少设备出现故障的概率。7.振动强度增大。筛机的振动过程逐渐强化 ,以取得较大的速度和加速度 ,从而提高生产能力和筛分效率。8.向空间发展。这样既可以减少振动筛的占地面积 ,又大大提高了振动筛的生产能力和筛分效率。2 振动筛筛面物料运动理论2.1 筛上物料的运动分析对筛上的物料进行分析，如图 2.1 所示：济南大学毕业设计- 6 -图 2.1 圆振动筛上物料运动振动筛的运动学参数（振幅、振次、筛面倾角和振动方向角）通常根据所选择的物料运动状态选取。筛上物料的运动状态将会直接影响振动筛的筛分效率和生产率，所以为了合理地选择筛子的运动参数，必须分析筛上的物料的运动特性。圆振动筛的筛面在生产过程中做圆运动或近似于圆的运动，筛面的位移方程式可用下式来表示：t （2-1）coss)180cos(AAxt （2-2）iniiny其中: A振幅;轴之回转相角， = t;轴之回转角速度；时间。t求上式中的 x 和 y 对时间 t 的一次导数与二次导数，即得筛面沿 x 和 y方向上的速度和加速度：t （2-3）sinAvXt （2-4）coy济南大学毕业设计- 7 -t （2-5）cos2AaXt （2-6）iny从运动特征来看，物料在筛面上可能出现的运动状态有三种：正向滑动、反向滑动和跳动。2.2 正向滑动当物料在筛面和筛面一起运动时，物料的位移、速度和加速度与筛面的相等。对筛面上质量为 的颗粒进行受力分析（如图 2-1）：m1、物料的重力：（2-7）Gg2、筛面对物料的反作用力，由 2cossinyNmamAt可以得到：（2-8）2ssigt式中 为筛面倾角3、筛面对物料的极限摩擦力为：（2-9）2(cossin)FfNmgAt式中 为颗粒对筛面的静摩擦系数。f物料沿着筛面开始正向滑动时的临界条件：（2-10）cosxgFa将 ， 用已知式子（2-9）与（2-5）替代，且 （ 为滑动摩擦角） ，Fxa ftg简化整理得：（2-11）2cos()sin()kgA式中， 为正向滑始角。k令 ，则：cos()b（2-12）230sin()kgnAb式中 称为正向滑动系数。由上式得知，正向滑动系数 。db 1kb济南大学毕业设计- 8 -当 的时候，可以求得使物料沿着筛面产生正向滑动时最小的转数应该为：1kb（2-13）min2si()30gNA为了使物料能够沿着筛面产生正向滑动，必须使筛子得转数 。min2.3 反向滑动临界条件为：（2-14）sinxmgFa将 ， 用（2-9）与（2-5）替代，并简化后：Fxa（2-15）2cos()si()q qbA式中： 反向滑始角q反向滑动系数b则可以得到：（2-16）230sin()qgnAb由上式可以知道，反向滑动的条件 。1q当 时，可以求得使物料沿着筛面反向滑动的最小转数应该是：1qb（2-17）min2si()30gA为了使物料能够沿着筛面产生正向滑动，必须使筛子的转数 。min2.4 跳动条件的确定物料产生跳动的条件是物料对筛面法向压力 。0N即 ，或者是 。cosymga2cosindgA由此可以得到：济南大学毕业设计- 9 -（2-18）2cos1sinddvgbAk式中： 物料跳动系数db跳动起始角振动强度，k2Akg 抛射强度，它表明物料在筛面上跳动的剧烈程度。v上式可以写成：（2-19）0223cos30cossinddggAAb当 时或者 ，则颗粒出现跳动。1db1kv当 或 时，则可求得物料开始跳动时的最小转数为：VK（2-20）sinco302minAg为了使物料产生跳动，必须取筛子的转数 。mi0由于目前使用的振动筛采用跳动状态，因此要讨论跳动终止角，跳动角及运动速度。2.5 物料颗粒跳动平均运动速度物料颗粒从振动相角 起跳，到振动相角 跳动终止时，沿 方向的位移为：dbx2sin1tgtVS= （2-21）2d式中 为物料颗粒起跳时沿 方向的运动速度：dVx（2-22）dxdAVsin由此，则：济南大学毕业设计- 10 -（2-23）2)(sin1sigASd同一时间内,筛面位移为： （2-24）cos)cos(scos3 dddbc A物料颗粒在每个循环中,对筛面的位移为： CSxS43= （2-25）21sinsincos()cosd ddgAA当筛子在近似于第一临界转数下工作时,即 ，则上式中方括号内的数值接近360于零。故得到：（2-26）21sinsindgSA物料跳动平均速度：（2-27）).(si2si602Vd当 时,则 , , ,360dtgsinn0co1因此, 式（2-40）可以化简为：（2-28）2sidt或者化简为：（2-29）dsin由式（2-42 ）和式（2-18 ）,可以将式（2-40）化简为:（2-30）)1(30tgkAVv按照上式计算得的结果与实际相比,计算值较大,因为未考虑物料特点,摩擦和冲击等因素.为此,上式应该乘以修正系数 , ,015.03所以：（2-31）)1(30tgkAnVv济南大学毕业设计- 11 -3.振动筛的工作原理及结构组成3.1 圆振动筛的工作原理筛面在生产过程中轨迹为圆形的惯性振动筛为圆振动筛。这种惯性振动筛又称为单轴振动筛，其支承方式有吊式支承与座式支承两种，悬挂支承，筛面固定于筛箱上 ，筛箱 由弹簧悬挂或支承，主轴的轴承安装在筛箱上， 主轴由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近似圆形轨迹的振动YA 型圆振动筛和一般圆振动筛很类似，筛箱的结构一般采用环槽铆钉连接。振动器为轴偏心式振动器，用稀油润滑，采用大游隙轴承。振动器的回转运动，由电动机通过一堆带轮，由 V 带把运动传递给振动器。3.2 振动筛基本结构本次设计 2YA2460 型圆振动筛主要组成部分由：激振器、筛箱、隔振装置、传动装置等。YA 系 列 圆 振 动 筛 型 号 说 明 :2 Y A 丨 筛面长度 dm 丨 筛面宽度 dm 轴偏心振动器 -圆振动 筛面层数（单层不写）3.2.1 筛箱筛箱主要由筛框、筛面及其压紧装置组成。1筛面：为了适应大块大密度的物料的筛分，振动筛的筛面需要要有较大的承载能力，耐磨和耐冲击性能。为减少生产过程中的噪声，提高筛面的耐磨性，在 设计中采用成型橡胶条，用螺栓固定在筛面上。济南大学毕业设计- 12 -筛网的安装要求：（1）所有筛网安装后，筛面平整，不得有高低不平或歪斜现象。（2）所有的固定筛网螺栓必须拧紧，不得有松动或螺帽倾斜现象。（3）筛网安装后，整个筛面纵向不得有明显过大的缝隙。2筛框：筛框主要由侧板、横梁等部分组成。侧板一般采用厚度在 616mm 之间的 A5 或 20 号钢板制成。横梁常用圆形钢管、方形钢管或工字钢制造，用螺栓紧固在侧板上。筛框必须要由足够的刚性。筛框各部件的联接方式有铆接、焊接和高强度螺栓联接三种、3.2.2 激振器圆振动筛采用单轴振动器，由纯振动式振动器、轴偏心式振动器和皮带轮偏心式自定中心振动器。3.2.3 支承装置和隔振装置支承装置主要是用来支承筛箱的弹性元件，有吊式支承和座式支承两种，本次设计的 2YA2460 型振动筛采用座式支承装置。隔振装置主要是用来减小振动筛的振动，振动筛的隔振装置常用的有螺旋弹簧、板弹簧和橡胶弹簧。3.2.4 传动装置振动筛通常采用三角皮带传动装置，它机构简单，可以任意选择振动器的转数。4.振动筛动力学基本理论圆振动筛的振动系统主要是由振动质量（筛箱和振动器的质量） 、弹簧和激振力（由回转的偏心块产生的）构成。为了保证筛子能够稳定工作，必须对惯性振动筛的的振动系统进行计算，以便找出振动质量、弹簧刚性、偏心块的质量矩与振幅之间的关系，合理地选择弹簧的刚性和确定偏心块的质量矩。济南大学毕业设计- 13 -图 4.1 振动系统力学模型图图 4.1 表示圆振动筛的振动系统。为了简化计算，假定振动器转子的回转中心和机体(筛箱)的重心重合激振力和弹性力通过机体重心。此时，筛子只作平面平移运动。现在取机体静止平衡时(即机体的重量为弹簧的弹性反作用力所平衡时的位置)的重心所在点 O 作为固定坐标系统(xoy)的原点，而以振动器转子的旋转中心作为动坐标系统( )的原点。1o1xoy偏心重块质量 m 的重心不仅随机体一起作平移运动(牵连运动)， 而且还绕振动器的回转中心线作回转运动(相对运动)，则其重心的绝对位移为： + + +rcosx1xcosrxt + + =y+rsinmyyin式中： 偏心质量的重心至回转轴线的距离。r轴之回转角度， , 为轴回转之角速度,t 为时间。t偏心质量 m 运动时产生的离心力为：（4-1）)cos(22trxdtFx（4-2）)in(22tytmy 式中 和 为偏心质量 m 在 x 与 y 方向之相对运动离心力或rcostrsi2称激振力。济南大学毕业设计- 14 -在圆振动筛的振动系统中，作用在机体质量 M 上的力除了 和 外，还有机体xFy惯性力 (其方向与机体加速度方向相反)、弹簧的作用力 yMx和 yKX和( 和 表示弹簧在 x 和 y 方向的刚度，弹簧作用力的方向永远是和机体重心的XKy位移方向相反)及阻尼力 (c 称为粘滞阻力系数，阻尼力的方向与机体运动速c和度方向相反)。在单轴振动系统中，除了作用在机体质量 上的力外，还有机体的惯性力M（其方向与机体的速度方向相反） 、弹簧的作用力（表示弹簧在方向的刚度） ，及阻尼力（称为粘滞阻力系数，阻尼力的方向与机体的运动方向相反） 。当振动器在作等速圆周运动时，将作用在机体 上的各力，按照理论力学中的动静法建立的运动微分方程式为：（4-3）tmrxKCMcos2yin式中： 机体的计算质量（4-4）wj式中： 。jm振 动 机 体 质 量 。w筛 子 的 物 料 重 量 ， 。K物 料 的 结 合 系 数 3.015.wK根据单轴振动筛运动微分方程式的全解可知，机体在 x 和 y 轴方向的运动是自由振动和强迫振动两个简谐振动相加而成的，事实上，由于有阻尼力存在的缘故，自由振动在机器工作开始后就会逐渐消失，因此，机体的运动就只剩下强迫振动了。所以，只需要讨论公式的特解：； （4-5）xxtAcos yytAsin其特解为： 22mMKCsrxx21tamMKCx（4-6） 22oAyy21tnyy（4-7）式中： 。角为 机 体 的 振 幅 和 相 位 差和方 向 机 体 的 振 幅 ；和为和 yxyx济南大学毕业设计- 15 -系统的自振频率为：（4-8）mMKWp下面根据图 4.2 来分析圆振动筛的几种工作状态：1.低共振状态： 即 若取 ，则机体的振幅低 共 振 状 态 Pn2K2。在这种情况下，可以避免筛子的起动和停车时通过共振区，从而能提高弹簧rA的工作耐久性，同时能件小轴承的压力，延长轴承的寿命，并能减少筛子的能量消耗，但是在这种工作状态下工作的筛子，弹簧的刚度要很大，因此，