ZKB2060直线振动筛的设计【含CAD图纸、说明书】
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压缩包内含有CAD图纸和说明书,Q 197216396 或 11970985 摘 要我国的振动筛在运行和维修方面中存在着大量的问题。这些问题突出表现在筛箱断梁、裂帮、稀油润滑的箱式振动器漏油、齿轮打齿、轴承温升过高、噪声大等问题,同时伴有传动带跳带、断带等故障。这类问题直接影响了振动筛的使用寿命,严重影响了生产。针对这些问题特设计了ZKB2060型直线振动筛，这类振动筛可以很好的解决此类问题，该系列振动筛是工矿企业普遍应用的筛分机械，用作物料的筛分、分级、洗涤、脱介、脱水之用。它根据自同步原理，采用双电机直接驱动，代替了强制同步式的齿轮传动。它的振动轨迹为直线，克服了以往振动筛由于单电机拖动，齿轮强迫传动引起的齿轮润滑，封闭问题，从而提高了整个振动筛的使用寿命。论文设计部分论述了设计方案，包括振动筛的分类与特点，对物料的运动分析，运用了Matlab的优化工具箱中的fmincon函数对振动筛的运动学、动力学分析及参数的计算与选择，并进行了电机的设计与校核；对主要零部件作了设计与计算，包括弹簧的设计计算、轴的设计计算、轴承的选择与校核、螺栓的选择与校核；为考察共振现象，对振动筛作了基于Matlab/Simulink的动态仿真，直观的了解到共振的危害；为了考察梁设计的合理性，对梁作了基于Pro/e-Mechanica的静载荷和模态分析，结果证实了设计的合理性，然后进行了设备维修、安装的设计，最后进行了振动筛的的环保以及经济性分析。关键词： 直线振动筛； 块偏心式； 弹簧；电动机ABSTRACTThere are many problems in operation and maintenance of our nations Vibrating Screens. These issues highlighted in the screen box off beam, crack of side panels, lubrication oil of box vibrators, crack of gear teeth, high temperature in bearings, being noisy accompanied by belt broking etc. These problems directly affect the life of a vibrating screen and have a great effect on production. ZKB2060 vibrating screen is designed to address these issues, which is a good solution to such problems. It is mining machinery widely used in screening industrial which is used for material of screening, grading, washing, off medium. It is designed according to principles of self-synchronization with dual motor direct drive instead of the forced synchronous gear drive. Its vibration trajectory a straight line, which tackles problems of gear lubrication and sealing result from single motor drive and force of gear drive, thus improving the life of the vibrating screen. The design part of this article discusses the scheme of vibrating screen, including the classification and characteristics of vibrating screen, motion analysis of materials, utilizing Matlabs optimization toolbox function fmincon in the calculation, selection, analysis of vibrating screens kinematics, dynamics parameter. Whats more, the motors design and verification is also conducted. Meanwhile, the design and calculation of main components are carried out, including the design and verification of spring, shaft, bearing, bolts. In order to further understand the phenomenon of hazards resonance, we conduct dynamic simulation with Matlab / Simulink. For the sake of investigating whether the design of beam is reasonable, we handled the static and modal analysis with Pro/ e-Mechanica, whose results confirmed the reasonability of the design. Then it talks about the maintenance, design of installation of equipment. Finally environmental and economical analysis is carried out.Key words: linear vibrating screen; block eccentric; spring; motor 目 录1 绪论11.1 引言11.2 振动筛国内外的现状及发展趋势21.2.1国内振动筛研究现状21.2.2国外振动筛研究现状21.2.3国内技术发展趋势31.2.4国外技术发展趋势31.3振动筛的分类及各自的特点31.3.1圆运动振动筛31.3.2直线振动筛31.3.3其它类型的振动筛42 ZKB2060直线振动筛总体设计52.1振动筛的选型及工作原理52.2整体方案的确定及结构特点52.2.1筛箱62.2.2激振器102.2.3联轴器112.2.4支撑装置133 ZKB2060直线振动筛的设计计算153.1 直线振动筛筛面上物料的运动分析153.1.1筛面的运动方程153.1.2筛面上物料的运动分析153.2.工艺参数的选择163.2.1筛面的长度和宽度163.2.2处理量的校核173.3运动学参数的确定173.3.1筛面的倾角 （）173.3.2抛射角（）183.3.3振动强度K的选择183.3.4抛射强度（）183.3.5振幅和频率 （A、n）183.3.6振动筛参振重量的Matlab计算193.3.7振动筛运动学参数的Matlab优化求解243.3.8实际振动强度的校核303.4 动力学参数的确定303.4.1激振器偏心块质量及偏心距的确定303.4.3 弹簧刚度K计算303.4.4电动机功率的选择323.4.5 启动转矩的校核333.4.5筛箱侧板的设计333.4.6筛箱质心的计算333.5 主要零件的设计计算343.5.1 轴的设计计算343.5.2 轴承的选择与校核373.5.3 弹簧的校核计算373.5.4筛框横梁强度的计算393.5.5螺栓的强度校核413.6 基于Matlab/Simulink的动态仿真433.6.1 直线振动筛工作原理简介433.6.2 直线振动筛的动力学分析443.6.3 直线振动筛的共振机理443.6.4 直线振动筛的仿真过程453.7 基于Pro/e-Mechanica横梁的静载和模态分析553.7.1 横梁模型的建立553.7.2 横梁的静载分析553.7.2 横梁的模态分析564 ZKB2060直线振动筛的安装与维护584.1直线振动筛的安装与调试584.1.1筛分机的工艺配置关系584.1.2安装584.1.3试运转594.2 直线振动筛的维护与检修604.2.1 筛分机的操作604.2.2日常维护、保养60经济技术分析62参考文献63附录64翻译部分65英文原文65中文译文69致谢75本科生毕业设计第97页1 绪论1.1 引言我国是一个以煤炭为主要能源的国家，难选煤和高硫煤所占比重较大，而且随着我国洁净技术的发展及对人类生存环境的日益重视，大力发展高效率的选煤技术是必然结果。选煤是洁净煤技术的基础，先进高效和经济实用的选煤技术一直是人们追求的目标，虽然选煤技术的发展仍将趋于多元化，但基本趋势是：选煤装备大型化；重介技术占主要市场；装配式成为选煤厂建设的新模式；选煤过程控制自动化和全厂自动化。我国的煤炭洗选加工技术，通过自行研究开发和引进消化，已有长足的进步。国外已有的各种分选工艺我国均已具有，在个别领域已达到国际领先水平。近年来，在选煤工艺的研究开发方面有了较大发展，基本满足了不同条件选煤生产的需求。跳汰方面，在深入进行理论和实验室研究的基础上，采用多项新技术开发了SKT系列和X系列跳汰机，其适应煤质的能力、自动化程度都可与国外同类设备相媲美，目前进一步向智能化、全自动化方向发展；自行开发的液压驱动式动筛跳汰机已初步形成系列，其技术指标、理论研究成果都接近或超过国际先进水平。重介质方面，研究开发的大型无压、有压三产品重介质旋流器选煤系统，技术指标优于国际先进水平，且实现了大面积推广；研制的大型重介质分选机，分选指标优于同型号的“TESKA”分选机，已形成系列；在国际上率先研制成功的500mm重介质旋流器和随后开发的05mm级煤泥重介质旋流器及其分选工艺，使选煤工艺流程得到简化并取得了良好的技术效果。我国自行开发的空气重介流化床干法选煤系统，在国际上首先应用于生产。浮选方面，在对传统浮选工艺和设备进行进一步完善的基础上，已经形成了各种机械搅拌式、喷射旋流式浮选机系列，同时对强化细粒级浮选效果的各种浮选柱、高选择性浮选机等进行了初步的研究并取得了一定的进展。煤泥水处理方面，在压滤机得到广泛应用的基础上，提出了强气压穿流式压滤脱水的概念，并完成了200平方米强气压穿流式压滤机的工业性试验；经过二十多年的研究开发，研制成功了系列圆盘加压过滤机，技术指标与国际同类设备相近并已得到推广；研制的大型卧式沉降离心机、平带式过滤机、大型盘式真空过滤机等新型煤泥回收工艺及设备也已在工业生产中应用。原煤准备及筛分脱水方面，已开发使用了大型多齿辊破碎机和强力分级破碎机，超过16平方米的大型分级筛也已在选煤厂应用；利用模态分析技术开发了系列重心偏移式振动脱水筛并广泛推广；节能的高频振动电磁筛、各种高频筛也已在生产中应用。此外，在复合式干法选煤、煤泥滤饼干燥破碎等方面，也取得了初步的成果；对高梯度磁选、选择性絮凝、摩擦静电选煤及微波、化学脱硫法等新技术，也进行了实验室的试验探索。振动筛具有结构简单、工作性能可靠、维修量小、故障率低、筛面不易堵塞、筛分效率高、造价低等特点，而且无论振动筛振动还是不振动时都能随时清理筛内杂物，不影响振动筛的正常工作。因此，振动筛在筛选煤中有着广泛的应用。振动筛是洗煤选中不可缺少的一种装置，在后续工作中起着非常重要的作用。它不仅对细煤有筛选作用，而且对粗煤也有振动细化的作用。由于本次设计的振动筛激振力大，筛箱及其上面的物料运动有很大的加速度，所以特别适合于煤炭的脱水，脱介和脱泥，也同时用于分级处理。本次设计的新型振动筛不仅适合煤炭行业，同时也适合化工，冶金、矿山。1.2 振动筛国内外的现状及发展趋势1.2.1国内振动筛研究现状由于工业发展缓慢，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50年的事情，大体上可分为三个阶段。仿制阶段：这期间，仿制了前苏联的RYT系列圆振动筛、BKT-11、KT-OMZ型摇动筛；波兰的WK-15圆振动筛、CJM-21型型摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功，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。自行研制阶段：从1966年到1980年研制了一批性能优良的新型筛分设备，1500mmx3000mm重型振动筛及系列，15平方，30平方共振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，YK和ZKB自同步直线振动筛系列，等厚、概率筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题，但他们的研制成功基本上满足了国内需求，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。提高阶段：进入改革开放的80年代，我国筛分机的发展也进入了一个新的发展阶段。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厚筛系列、同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、驰张筛、螺旋三段筛的研制，粉料直线振动筛、琴式振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得了成功。1.2.2国外振动筛研究现状国外从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，筛分机械得到迅速发展，到本世纪筛分机械发展到一个较高水平。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。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。1.2.3国内技术发展趋势积极开展筛分技术研究，提高原煤干式深度筛分技术，降低分级下限和增加煤炭品种，着重解决粒度细、水分高和粘度大的难筛物料的分级技术；为满足大露天矿选用，研制重型分级筛，适用于500毫米以下物料筛分；为提高筛板的寿命和效果，着重发展焊接筛网，非金属筛面；共振筛有被淘汰之势，应大力发展块偏心圆振动筛和直线振动筛。1.2.4国外技术发展趋势国外筛分设备仍以发展振动筛为主，振动筛向标准化、通用化和系列化方向发展；向大型化方向发展，但最大到55平方米，已够用了；增大筛面倾角，提高筛分效率；发展细粒筛分设备，筛孔尺寸小到0.10.3毫米；旋流筛使用逐渐增多；共振筛发展停滞。1.3振动筛的分类及各自的特点1.3.1圆运动振动筛圆运动振动筛是利用不平衡重激振器使筛箱振动的筛子，其运动轨迹一般为圆形。它普遍应用于煤炭、矿山厂的预先筛分、准备筛分以及脱水作业中。由于其筛面的圆形振动轨迹，使筛面上的物料不断地翻转和松散，因而圆振动筛具有以下特点：细粒级有机会向料层下部移动，并通过筛孔排出；卡在筛孔中的物料可以跳出，防止筛孔堵塞；筛分效率较高；可以变化筛面倾角，从而改变物料沿筛面的运动速度，提高筛子的处理量；对于难筛物料可以使主轴反翻，从而使振动方向同物料运动方向相反，物料沿筛面运动速度降低（在筛面倾角与主轴转速相同的情况下），以提高筛分效率。国外又将圆运动振动筛分为单轴惯性振动筛和自定中心振动筛两种。单轴惯性振动筛特点是激振器的轴和皮带轮参与振动；优点是结构简单、容易制造；缺点是由于皮带轮与筛箱一起振动，无论电动机在任何角安装都不能避免皮带传动中心距的反复变化，从而引起三角皮带的反复伸缩，大大影响其使用寿命。波兰的WK型振动筛属于单轴惯性振动筛。自定中心振动筛优点是运转时三角皮带轮不与筛箱一起振动，故传动皮带寿命较长，工作较稳定。自定中心振动筛又可分为轴承偏心式和皮带轮偏心式两种。前者又名万能悬挂筛，因其筛箱振动时，主轴中心线和皮带轮的空间位置保持不变，故目前已很少使用；后者工作时，皮带轮回转中心线固定不动，所以传动三角皮带就不会时紧时松，具有频率较稳定、皮带寿命较长等特点。美国莱普尔-弗洛型振动筛是典型的皮带轮偏心式振动筛。1.3.2直线振动筛直线振动筛是靠两根带不平衡重的轴作同步异向旋转而产生振动的筛子。其筛面呈水平或倾斜安装，运动轨迹一般为直线，故称之为直线振动筛或水平振动筛。直线振动筛具有下列特点：它的动力平衡与物料在筛面上的运动情况较好；物料在筛面上的移动不是依靠筛子的倾角而是依靠激振力，故筛面一般水平安装，所以厂房高度较低；全封闭、不堵孔和坚固耐用，筛面有两层、三层和四层之分；由于筛箱运动中有较大的加速度，所以特别适合于煤炭的脱水、脱泥、脱介以及物料的分级。国外直线振动筛采用箱式激振器者较多，如美国Low-Head型、西德USL型、日本古河A型、日本永田双偏心轴式、法国皮克双偏心轴式等。采用筒式激振器的有美国SS型和SG型、日本川崎D型和古河E型及横山椭圆振动筛等。1.3.3其它类型的振动筛（1）等厚筛我国现有的ZD型直线等厚筛系列，有7种基本规格，总筛分效率一般在85%以上，限上限下率一般为5%10%。ZD系列等厚筛适用于需要精确分级的煤炭及类似比重物料的干湿式筛分，处理量较大，筛分深度可至6毫米。（2）概率筛分机概率筛分机通过采用大筛孔、大倾角和多层筛面结构，使物料近似筛分而提高筛机处理能力和干式筛分的深度。QGS型琴弦概率筛是在GS型煤用概率筛的基础上，吸收琴弦筛的特点研制的。该筛能有效地对潮湿煤炭进行6毫米干式分级，筛选产品能满足空气重介流态床分选机对人选煤的要求。琴弦筛网在共振状态下工作，筛孔不易堵塞。（3）GPS型高频振动细筛GPS-900-3型高频细筛是在吸收美国Derrick高频细筛技术的基础上研制的，该筛采用了叠层筛网(由三层孔径不同的不锈钢编织筛网叠合而成)、三路给矿(沿筛面长布置三个给矿器)和长圆筒形振动器(电机轴两端装由偏重块和调偏块组成的振子)振频2850次/分。目前已在黑色和有色金属闭路磨矿作业中，作为分级设备推广应用，分级总效率达60%70%。（4）电磁振动旋流筛电磁振动旋流筛是一种结构简单的高效脱水脱泥设备。该筛无转动部件，无需润滑，不需动力，不仅用于选煤厂，还可推广用作污水处理和选矿厂及其它类似物料的脱水脱泥和分级设备。目前该筛已形成用于粗煤泥的C型和用于末煤的M型两种型号。2 ZKB2060直线振动筛总体设计2.1振动筛的选型及工作原理机型的选择主要依据以下条件确定：1、筛分物料的名称、堆积比重、黏度、温度2、每小时的处理量3、筛网目数4、物料的粒度比例和要求的筛分精度5、物料的酸碱性（确定使用304#不锈钢或者316L 不锈钢）6、生产场地放置振动筛的空间尺寸。振动筛的工作原理：振动筛是利用速度和加速度作周期变化的筛面，使物料在筛面上产生相对运动，筛面配备以适当的筛孔，同时在风道里运用适当的气流速度，按谷物和杂质粒度大小和悬浮速度的不同进行分离的。图2.1直线振动筛的原理图1 出料口；2筛面；3横梁；4筛板；5减振装置；6肋板；7激振器 ；8轮胎联轴器；9电动机根据本次设计的要求，选煤的工艺和运动性能，即筛洗过的煤，脱水、脱介、脱泥的煤，并且筛50mm以下的煤料，选择直线振动筛较为合适。本次设计的直线振动筛采用可调节激振力大小的块偏心激振器，双电机自同步驱动，并采用高强度螺栓联接、橡胶弹簧支承和万向联轴节，具有调整方便、操作简单、维修量小、振动噪声低、振动频率高、分级效率高、使用寿命长等到优点，安装方式为座式，分为单层和双层，筛板结构为冲孔筛板或条缝筛网。适用于选煤、选矿、发电、制糖等工业对中、细粒度物料进行干、湿式分级或脱水、脱介、脱泥。2.2整体方案的确定及结构特点直线振动筛主要由筛箱、激振器、联轴器、振动电机、减振弹簧、支撑装置等组成。2.2.1筛箱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，选型2060振动筛属于大型振动筛的范畴，故选用Q235钢的材料，以方便使用的年限及经济的合理性。图2.2 筛框的结构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。筛面一般按被筛物料的粒度和筛分作业的工艺要求来选择。常用的筛面基本上可分为5种：( 1 )板状筛面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。筛板的材质可选用A3、16Mn、16MnCr等钢板，厚度58mm。也可采用聚氨酯橡胶。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，或呈一定角度；圆形、六角形及正方形等筛孔的中心一般按等边三角形布置。筛孔排列方式与料流方向的关系如下图所示，用箭头表示料流方向。图2.3 冲孔筛板孔的形状及排列方式 筛孔间的距离应考虑筛面的强度和开孔率的大小。板状筛面的开孔率一般为50%左右。其中长方形孔的筛面开孔率最大，方形孔次之，呈三角形排列的圆形孔筛面开孔率最低。( 2 )棒条筛面棒条筛面是由平行排列的具有一定断面形状的一组棒条固定在结实的横梁上面支撑。其特点是：筛面平滑、抗堵塞性好、筛孔尺寸为棒条之间的缝隙宽度。棒条筛面主要用于静态的固定筛和重型振动筛上，筛分来自矿山的原矿。物料给到筛面的一端，顺着棒条方向向下滑动、细粒透过筛孔，粗粒从筛面的另一端排出。棒条筛面的开孔率为50%60%。图2.4 棒条的断裂形状( 3 )编织筛面编织筛面是由金属的径丝（沿筛面长度方向）和纬丝（横穿筛面）编织而成。为防止网丝错动，保证筛分精度，通常把金属丝进行卷曲或压成凹型，然后再编织成网。筛网突出的优点是开孔率高（可达70%75%），重量轻，制造方便。缺点是与筛板比，牢固性差，使用寿命短。图2.5 编制筛网的形状a-三纬丝长孔；b-正方形筛孔筛丝的材质可选用高碳钢、不锈钢或弹簧钢。编织筛网又分金属筛网和网状丝布，金属筛网的筛孔较大，金属丝较粗，多用于中、细料级的筛分。网状丝布的筛孔很小（最小筛孔尺寸为0.038mm）主要用于粉状物料的脱泥、脱水或湿式分级。筛丝直径选取必须兼顾筛面载荷、筛网寿命、开孔率等因素。正方形筛孔的优点是分级精度高；长方形筛孔的优点是开孔率高，不易堵塞筛孔。如果孔的长边顺着物料流动方向时，筛分精度较低。( 4 )条缝筛面条缝筛面有穿条式、焊接式和编织式三种形式。穿条式筛面优点是工作可靠，缺点是制造复杂，材料消耗大，开孔率较低。 筛条是组成条缝筛面的基本元件。其断面形状可归纳为三种：等腰三角形、梯形和U型。筛条的尺寸参数有3个：条背高度、高度和锥角。圆形断面筛条尺寸以直径D表示。图2.6 条缝筛面a-穿条式条缝筛面；b-焊接式条缝；c-筛面筛条的断面形式等边三角形断面的筛条具有锐利的尖角，能破坏附着在颗粒表面上的水膜；由于锥角大，筛孔不易被物料堵塞，脱泥、脱介效果好。但由于尖角处易磨损，缝隙容易变大。等腰三角形断面的筛条高度较大，除了脱泥、脱介效果好外，还可以提高筛条强度和使用寿命。在弧形筛及脱水筛上应用较多。梯形断面的筛条强度高，筛面磨损后，缝隙变化小。可用于较粗粒级物料的分级和脱水。因此根据本次设计的目的和振动筛筛面的要筛的物料，采用条缝筛面中的梯形断面最为合适。圆形断面的筛面缝隙不会因磨损发生变化，使用寿命长，但易堵塞筛孔。筛条的材料有不锈钢、低碳钢和塑料等。当物料具有较大磨损性时。可采用铬锰不锈钢和高锰高氮不锈钢制造筛条，该材质具有很高的耐磨性。( 5 )非金属筛面非金属筛面主要有橡胶、尼龙和聚氨酯三种。橡胶筛面的材质主要有天然橡胶、合成橡胶、聚氨酯橡胶等；其中聚氨酯橡胶性能最佳，具有耐磨损、质量轻、噪音小和筛面自净效果好等优点。橡胶筛面一般采用两层制作，下层胶为韧性层硬度高，弹性低，起支承作用，包罩在加强芯上，其厚度占总厚的30%；上层为耐磨橡胶层，要求材质弹性高，硬度略低。非金属筛面的骨架一般用钢筋、扁钢或钢丝绳制作。钢丝绳强度高、柔性好，制作的筛面便于安装和具有较高的开孔率。图2.7 日本三星皮带公司的聚氨酯分级筛面1-聚氨酯橡胶；2-人造纤维骨架；3-钢丝绳骨架橡胶和聚氨酯筛面的特点：（1）使用寿命长。（2）筛分效果好，堵孔现象少。（3）由于筛面能有效地吸收物料的冲击振动和摩擦等产生的13kHz的声音，因此降低了筛分机工作的噪音，改善了工作环境。（4）质量轻。橡胶和聚氨酯筛面的缺点是价格贵，筛面有效面积小，即开孔率低。根据以上筛面的比较，和本次设计的要求，即针对经原煤分级要求，选用冲孔筛板，最为合适。筛面的固定方法筛面的固定方法可分为4类：木楔压紧、拉钩张、紧栓压紧和斜板压紧。1、木楔压紧 冲孔筛板和条缝筛板可用木楔将筛面固定在筛框上。在筛箱两侧的壁上，对称的焊接两条长角钢，在其上方间隔一定距离焊有一段短角钢，并与长角钢各呈倾斜。筛面支撑在两角钢之间，用木楔和木条压紧。木楔遇水后膨胀。可以把筛面压得很紧，此法简单可靠，更换筛面方便。图2.8 木楔压紧筛面2、拉钩张紧 对编织筛网或厚度小于6mm的筛板，可以将筛网或筛板末端弯成钩形;如果筛丝直径小，则用薄钢板与橡胶垫把筛网边缘包住，再弯成钩形，然后用拉钩及螺栓固定。3、螺栓压紧 直接用螺栓将筛面压紧在筛框上的连接方式适用于筛丝较粗大的编织筛网，以及厚度大于8mm的筛板、棒条筛面、橡胶筛面和其它筛面的中部固定。螺栓的形式以前常用U形，这种结构简单、可靠，但拆装麻烦。近年来改用J形螺栓，较U形螺栓适用方便。因此对本次设计而言采取此种固定方式较好。4、斜板压紧 该方法是通过筛框两侧帮上的螺栓、斜板等将筛面两边固定在筛框上。通常用于中等粒级筛分的薄钢板冲孔筛面、橡胶和聚氨脂筛板的固定。因为本次设计是为精煤分级脱水，为了可以更好地把筛面压紧，再根据上述的压紧方式的比较和本次设计的具体要求，采用斜楔压紧方式较为合适。2.2.2激振器激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。激振器还可作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的输送、筛分、密实、成型和土壤砂石的捣固等工作。按激励型式的不同,激振器分为惯性式电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等型式。激振器可产生单向的或多向的，简谐的或非简谐的激励力。激振器按功能形式分类的种类很多，着重介绍以下几种。（1）筛帮式块偏心激振器该激振器由轴承座、滚动轴承、主偏心块、副偏心块、轴、注油装置和防护罩等组成，调节主、副偏心块夹角可改变激振力的大小。此种形式激振器结构简单，工作可靠，便于安装、制造与维护，轴承采用润滑脂润滑，减少漏油现象，无大型铸造件及加工件。圆振动筛可采用两套块偏心激振器，分别安装在筛箱两侧，直线振动筛利用自同步原理使用四套偏心激振器，筛箱两侧分别安装两套块偏心激振器。因此，直线振动筛和圆振动筛可采用该种结构，便于系列化、通用化。激振器可采用万向传动轴或者其他连接方式传递动力。该激振器由于直接安装在筛箱两侧，因此，挠力直接作用在筛帮上，对筛箱弯矩小，受力状况好。我国煤用ZKB、ZKR、YK、YKR等系列筛分机采用这种结构形势的激振器。图2.9 块式激振器1偏心块；2配重板；3轴承座；4轴承盖；5挡圈；6轴；7调心滚子轴承；8筛箱侧板；9压圈（2）箱式激振器箱式激振器采用偏心块激振，有多种形势结构，主要有左右分箱式包容结构、偏心块外置式上下分箱结构和偏心块外置式整体结构。 由于该激振器箱体采用整体结构 ，因此，具有质量轻、结构紧凑、制造成本低，整体精度容易保证，传动件润滑集中、密封好等优点。但维修稍有不便。广泛用于香蕉筛、直线振动筛等。对上述激振器的结构特点的比较和本次具体设计的内容，结合洗煤技术的发展和直线振动筛的配合使用，采用块式激振器对洗煤振动地效果最佳。2.2.3联轴器联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。在振动系统中，采用的联轴器由三种形式：万向联轴器，轮胎联轴器和橡胶联轴器。图2.10 万向联轴器（1）万向联轴器有多种结构型式，例如：十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式、三叉杆式、三球销式、铰杆式等，最常用的为十字轴式，其次为球笼龙，万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般5-45之间。万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。在实际应用中根据所传递转矩大小分为重型、中型、轻型和小型。（2）橡胶联轴器，又称散爪性联轴器。主要由法兰，圆形平胶带，压板和螺栓等构成。在传动源与被传动的元件之间，起到传递动力的作用。橡胶联轴器利用橡胶环工作时产生轴向扭转变形，以实现减振缓冲和补偿两轴相对偏移的联轴器。在等剪应力的V形截面橡胶环的两侧面上经硫化粘接着两个金属环，形成橡胶组合件，利用拧入金属环螺纹孔的螺钉将两半联轴器成一体，以传递动力。为了降低应力集中和提高组合件的使用寿命，在橡胶环内径处制成圆角过渡的截形，圆角半径约为窄边宽度的三分之一。这种联轴器装拆橡胶组合件时，只需拧出螺钉，轴向移开两个端面具有凸爪的保护环，就可装拆橡胶组合件。由于一个保护环的凸爪与另一保护环的凹槽沿周向有一定有间隙，正常工作时两半联轴器的相对扭转角小于间隙角，凹凸部侧面接触而传递部分转矩，从而避免橡胶环因变形过大而损坏，起到安全保护作用。粘接面上螺纹孔处盖板的作用是增加橡胶环与金属环的粘接面积，以提高黏着力。图2.11 橡胶联轴器1法兰；2圆形平胶带；3压板（3）轮胎式联轴器，分为凸型和凹型两大类，凸型又分为带骨架整体式、无骨整体式和径向切口式三种。它们的共同特点都是将轮胎环用螺栓来连接两半联轴器以实现两轴的连接。轮胎环内侧用硫化方法与钢质骨架粘接成一体，骨架上的螺栓孔处焊有螺母。装配时用螺栓与两半联轴器的凸缘连接，依靠拧紧螺栓使轮胎与凸缘端面之间产生的摩擦力来传递转矩，轮胎环工作时发生扭转剪切变形，故轮胎联轴器具有很高的弹性，补偿两轴相对位移的能力较大，并有良好的阻尼，而且结构简单、不需润滑、装拆和维护都比较方便。其缺点是承载能力不高、外形尺寸较大，随着两轴相对扭转角的增加使轮胎外形扭歪，轴向尺寸略有减小，将在两轴上产生较大的附加轴向力，使轴承负载加大而降低寿命。轮胎联轴器高速运转时，轮胎外缘离心力的作用而向外扩张，将进一步增大附加轴向力。为此，在安装联轴器时应采取措施，使轮胎中的应力方向与工作时产生的应力方向相反，以抵消部分附加轴向力，达到改善联轴器和两轴承的工和条件。图2.12 轮胎联轴器1胶带片；2压紧环；3半联轴节根据振动筛的特点和本次设计精分洗煤脱水的要求，结合联轴器本身的特点，选用轮胎式联轴器较为合适。2.2.4支撑装置一种属于振动筛分机械中应用的振动筛筛面支撑装置【16】，是针对现有设备有焊接应力，易产生变形的问题而设计的。振动筛筛面支撑装置的筛箱、筛箱横梁及安装支撑骨架均采用螺栓连接，并设置有螺栓限位装置，具有拆卸、安装、维修都比较方便，更换筛面容易等特点。可广泛应用到各种振动筛分机械中。振动筛的支撑方式有吊式和座式两种。吊式采用的吊挂装置包括螺旋形压缩弹簧、钢丝绳、防摆锤、吊环、钢绳卡等零部件。目前座式减振装置是比较常用的减振装置。它由底座、主弹簧和上座等组成。在底座安装阻尼器，用于缓解筛子停车过程中的共振力。阻尼弹簧通过橡胶摩擦块在水平方向压紧筛箱，摩擦块与底座的上下间隙为10mm。阻尼力的大小可以通过螺栓调节。为简化结构，目前许多座式减振不再安装阻尼器。座式减振装置中的主弹簧即可采用金属螺旋弹簧也可采用橡胶弹簧。金属螺旋弹簧工作可靠，并具有良好的动力性能，可以设计的相当柔软，从而有效的降低筛子对基础的动载荷，缺点是弹簧上下端精度不能保证，易产生噪音。橡胶弹簧内阻较大，一般认为在过共振区时应该具有较低的振幅，噪音低，其缺点是刚度较大，筛子对基础的动负荷大，易老化。由于橡胶弹簧相对于金属螺旋弹簧具有以下优势：1、减振性能好，能吸收高频振动的能力；2、重量轻，减少噪音；3、避免金属弹簧突然折断的可能；4、可以清除接触面或活动关节的磨擦。振动筛子通过四组吊挂装置挂在上层楼板上。改变钢丝绳的长度可以调整筛面倾角。防摆锤安装在钢丝绳的上方，其作用是防止筛箱产生横向摆动。筛子工作时，产生横向摆动是难免的，这是因为钢丝绳有其自振频率，当筛子工作频率等于钢丝绳的自振频率时，就要发生共振，此时钢丝绳就会产生强烈的偏摆，筛箱发生不稳定的振动。为了避免此现象，可以变化防摆配重在绳上的位置，来改变钢丝绳的自振频率，防止共振现象发生，达到防摆目的。如果钢绳长度比较短，即在1250mm以内时，也可不设防摆锤.图2.13 橡胶弹簧在工厂中都是尽量减小振动产生的噪声而采取很多的措施，对公司来说，使用性能越好，寿命越长越得到企业的亲睐。再结合具体要求，所以本次设计用支撑装置为橡胶弹簧方式为好。3 ZKB2060直线振动筛的设计计算3.1 直线振动筛筛面上物料的运动分析3.1.1筛面的运动方程直线振动筛的筛面是沿振动方向作简谐振动，筛面的位移方程式可用下式表示： 式（3.1）式中 S筛面运动的位移；A筛面的振幅；激振器轴回转相位角，=t；轴的转动角速度； t时间。筛面运动时的位移、速度和加速度分别在平行于筛面的x方向和垂直于筛面的y方向的分量为： 式（3.2）式中 -振动方向与筛面的夹角，同时它又是物料颗粒跳离筛面瞬间的运动方向与筛面的夹角。3.1.2筛面上物料的运动分析直线振动筛的筛面以不同的振次和振幅作连续振动时，筛面上的颗粒可能出现正向滑动、方向滑动和跳动等不同的运动状态。振动筛均采用抛掷状态下工作，故就抛掷运动的理论加以研究。物料颗粒在直线振动筛面上的受力情况如下图，筛面倾斜安装，与水平面夹角为，筛面沿S方向振动，当筛分机工作时，作用在颗粒上力的平衡方程式可表示为： 式（3.3）图3.1 物料颗粒在直线振动筛面上的受力状态式中 N筛面对物料的法向受力； F筛面对物料的静摩擦力； 颗粒抛掷运动的条件：，即颗粒给筛面的正压力所以 消去m，得： 式（3.4）根据公式：物料的抛掷指数，因此，公式（3.4）即为直线振动筛上物料抛掷指数的表达式，即 式（3.5）从上式中可看出，抛射强度是直线振动筛的一个重要特性量。显然，筛面的加速度和抛射角越大，抛射强度也越大。3.2.工艺参数的选择3.2.1筛面的长度和宽度为了提高筛分机的能力和效果，就要适当地确定筛分机的长度和宽度。一般地说，当筛分的其他条件相同时，生产率主要取决于筛面宽度，筛分效率则主要决定于筛面长度。筛面宽度是决定筛分机生产率的主要因素。因为要保证物料的筛分效果，筛面上的物料需要有适当的厚度。在物料厚度一定时，物料的通过能力主要取决于筛分机的宽度，所以筛面越宽，生产能力也越大。但是，筛分机的宽度不能太大，如果宽度过大，使用时很难保证均匀给料；同时，在结构上，筛子允许的宽度又受传动装置和筛筐骨架强度的限制。如果筛子做的太宽，则筛子的传动轴和筛筐横梁的断面尺寸需要增大，筛筐受力情况也会变坏。筛面长度影响到物料的筛分效率。因为筛分时间与筛面长度有直接关系。筛面越长，则筛分时间越长，筛分效率越高。但是根据筛分理论，任意增长筛分时间是没有必要的。因为在筛分过程中，最初一段时间筛分效率增加的很快，随着时间的增长，筛分效率增加逐渐缓慢，这时候，如果用增加筛分时间来提高筛分效率，实际上是不合理的。从这点出发，筛面应当有适当的长度。 在设计筛分机系列时，有时也用长宽比这样的指标来确定筛分机的长度和宽度。根据导师题目安排，确定振动筛筛面长6000mm宽2000mm。3.2.2处理量的校核筛分机的生产能力和原料性质、筛分条件及对筛分精度的要求都有关系。振动筛生产能力的计算虽然有不少经验公式，但由于筛分过程的影响因素很多，生产上还是以类似条件下的单位面积生产率来计算。根据筛子的单位面积生产率，可用下列公式计算筛子的生产能力： 式（3.6）式中筛面的工作面积，。筛子单位面积的生产率，根据筛孔尺寸确定。 因为本次设计2060型直线振动筛的长为6m宽为2m，面积为12米。故符合本次设计量的要求。3.3运动学参数的确定3.3.1筛面的倾角 （）筛面的倾角是指筛面与水平线的夹角。倾角大小影响到筛面上的物料移动速度。当筛子倾角大时，物料移动速度快，生产量大，但筛分效率要随着降低。在不同的使用场合上，各种筛子有各自适宜的倾角。对于做直线运动的筛子，一般是水平安装，倾角为零。此时，物料的移动主要靠筛面运动时与水平呈一定角度的抛射角。但是，水平的振动筛筛网很容易被颗粒堵塞，要避免筛孔堵塞，筛面的运动速度应该大于某个临界值。这个临界值随筛孔大小而改变，筛孔越大，所需临界速度越大。由于结构上的原因，筛箱运动速度只能限制在一定范围内。所以，水平的振动筛一般只用在筛孔为40毫米以下的中小粒度的筛分或煤的脱水脱泥和脱介质上。如果用于筛孔为50毫米以上的筛分，筛子应有一个角度，其倾角大约为510度。我国直线振动筛的筛面倾角一般取。3.3.2抛射角（）直线运动的筛子都有一定的抛射角。它是指筛箱运动方向与筛面所成的角度。实际上，抛射角就是筛面上的物料受力作用而抛起的方向角。抛射角大则有利于物料透筛，但生产率小，适用于难筛物料。目前直线振动筛的抛射角一般在3065之间。我国直线振动筛其抛射角采用45。3.3.3振动强度K的选择振动强度K是指筛箱运动的加速度与重力加速度的比值，它是反映机器强度的指标，K值越大，筛分机的强度越高，但根据目前机械水平，K值一般在8以内。 式（3.7）3.3.4抛射强度（）抛射强度就是颗粒受惯性力后，在垂直于筛面方向上的分加速度与颗粒在此方向的重力加速度分量之比。显然，筛箱的加速度和抛射角越大，抛射强度也越大。从式（3.5）中看出，当1时，颗粒脱离筛面，作跳跃运动。所以=1就是颗粒脱离筛面的极限条件。可见，抛射强度越大，颗粒受到的惯性力越大，抛射得也越高。这样，有利于物料的 透筛。但是，当增大时，颗粒跳动一次所需的时间也越长。显然，从充分发挥筛子的工作效率来看，跳动所需的时间过长也不是有利 的。颗粒跳动一次的时间不超过筛面振动一次的时间，才能充分利用筛面每次振动的作用。3.3.5振幅和频率 （A、n）振幅是指筛箱工作行程的一半。频率是指筛箱每分钟的振动次数。筛箱振幅和频率是表征筛面运动特征的一对参数，它们的大小决定了筛箱运动速度和加速度的大小。振幅越大，频率越高，则筛箱的运动速度和加速度也越大。它们之间的关系可用以下数学式表示： 式（3.8）式中：-筛箱振幅，米；-筛箱振动频率，次/分；-筛箱振动角频率，弧度/秒。从上式可见，加大振幅和频率的任何一个参数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要大的多。在筛分机工作过程中，筛箱必须具备足够大的加速度才能使筛面上的物料游动的向前移动。所以筛箱必须有足够大的振幅和频率。但是筛箱的加速度不能过大，因为加速过大，不 但会破坏筛子的正常工作，而且对筛箱的结构也要提出更高的要求，或者超过了筛子结构所允许的范围。3.3.6振动筛参振重量的Matlab计算筛机参振重量的计算，是振动筛设计中必须首先进行的，并且其计算的精确与否，直接影响整个设计的完美。过去的计算方法是依据设计振动筛多年经验和实际应用情况总结一个系数(如ZK系列的系数是650左右)再乘上筛机的工作面积来确定。这种方法虽然简练，但是否能真正反映参振重量和工作面积问的相互关系， 并未经过评价，而且也没有一个系统的理论推导。针对这一问题，-通过收集9种ZK系列不同筛机的参振重量和筛机工作面积资料，采用回归方法， 建立ZK系列振动筛参振重量计算时效学模型，并对线性回归方程相关程度进行了分析和总结。（1） Matlab求解方法表1给出了离际应用的9种ZK系列筛机的规格、参振重量和工作面积，并根据这些数据做出了相关图(图1)。振动筛型号工作面积参振重量2.251540.952.71716.833.01970.53.62122.214.529156.338008.1488112.67442.215.769439.058.835829.69表3.1 x=2.25 2.7 3.0 3.6 4.5 6.3 8.1 12.6 15.76; y=1540.95 1716.83 1970.5 2122.21 2915 3800 4881 7442.2 9439.0; plot(x,y,ro) hold on p1=polyfit(x,y,1)p1 = 583.7901 166.1107 x1=2.25:0.01:15.76; y1=polyval(p1,x1); plot(x1,y1)xlabel(振动筛面积)，ylabel(参振重量)采用最小平方误差(least squares error)或是线性回归，MATLAB的polyfit函数提供了 从一阶到高阶多项式的回归法，其语法为polyfit(x,y,n)，其中x,y为输入数据组n为多项式的阶数，n=1就是一阶的线性回归法。因此由matlab计算得到的线性方程为：图3.2 参振重量和面积相关图（2） 数理统计分析方法 数学模型的建立如图1所示，若把ZK系列振动筛工作面积定为自变量，单位为；参振重量定为因变量，单位为，从图1不难看出，参振重量与工作面积呈线性关系，因此假设其线性回归方程为： 式（3.9）根据最小二乘原理可得： 式（3.10） 式（3.11）序号15.06252374526.902510453.63503467.137527.29002947505.24898681.27604635.44139.00003882870.257105.48615911.5412.96004503775.28415454.08897639.956520.250084972252168.421713117.5639.69001444000042.400323940765.6100238241611409.227939536.18158.760055386340.84020994.983893771.729248.37768909472150354.4251148758.6400567.0001204951125.52106663.9446340777.994由表1可得： 根据表1数据可列表算出其它各值见表2。 =583.7901 =166.1107将a、b值代人方程(1)中得出回归方程即为数学模型： 式（3.12） 回归式的相关程度及估价 式（3.13） 由相关系数值表中可以查出， 当自由度，置信度为时，所对应的相关系数限值为0.666，则，所以ZK系列筛机的工作面积S与参振重量G之问存在着显著的直线相关。通过这个数学模型计算的筛机参振重量与实际的参振重量，在一般情况下应存在一定的误差，所以应对此回归线进行估价， 确定在一定信度下，误差范围有多大。这个方法是通过求误差的均方差求得，均方差计算式如下： 式（3.14） 由t的定性限值表中可以查出：当自由度， 置信度为时，则误差范围为，即在5 的可信度下， 回归直线方程的误差不超过。在设计ZK1432振动筛时，采用该模型进行筛机重量估算。其估算值为：在设计完成后，该筛机参振重量为2821.05，误差为。而如果采用过去的方法估算，即按650估算，其值为：，误差为由此可见，通过回归法得到的数学模型的计算参振重量更切合实际。但应注意：. 不同的振动筛生产厂家会因为材料和工艺的不同，将得到不同的回归模型，应根据本厂以往振动筛的设计资料，利用Matlab强大的计算功能，轻松而简便的得到要求的回归模型。. 回归模型的线性是在一定条件下得到的，如下面的模型仅适用于的情况，当时，将不满足线性回归模型，将用其它模型求解。图3.3鞍山矿山机械有限公司振动筛设计资料： x=10.8 12.6 14.4 15.75 18; y=6470 6980 7550 8060 8810;p1=polyfit(x,y,1)p1 =328.0105 2880.1702 x1=10.8:0.01:18; y1=polyval(p1,x1); plot(x,y,ro,x1,y1) xlabel(振动筛面积),ylabel(参振重量) axis(10.5 18 6000 9000线性方程为：郑州一帆机械设备有限公司振动筛设计资料：x=2.25 3.6 4.5 5.25 6 6.3 6.75 7.32 8.1 9 9.45 10.5 10.8 12 12.6 13.5 14.4 15.75 16.2 18 18.9 21.6 27;y=2.2 2.6 3.1 3.2 3.5 4.1 5 4.5 5.5 6 5.9 6.4 7.4 7.6 8.2 10 9.2 10 12.2 11 13.4 14.3 17.1;p1=polyfit(x,y,1)p1 = 0.6498 0.1560x1=2.28:0.01:27;y1=polyval(p1,x1);plot(x,y,ro,x1,y1)xlabel(振动筛面积),ylabel(参振重量)线性方程为：图3.4本次设计的筛子面积为，故采用第一种数学模型，即将代入上式得筛子的参振质量为3.3.7振动筛运动学参数的Matlab优化求解振动筛在工程中用于物料的筛分。下面根据实际生产对振动筛高生产效率与低动力消耗的基本要求，以单位生产量的够功率消耗为最小目标，建立直线振动筛的优化设计数学模型，并编写MATLAB语言文件进行了实例计算。结果表明了该方法的有效性。1. 数学模型的建立在实际工作中，对振动筛的基本要求是：生产效率高，动力消耗低。因此下面以最低的动力消耗得到最大的生产率，即以得到单位生产量的功率消耗最小为目标进行优化设计。（1） 目标函数及设计变量的确定直线振动筛的生产量 式（3.15）式中筛面宽度，；筛面上物料层厚度，；物料的松散密度，；物料运动的平均速度，；对于直线振动筛，物料运动平均速度 式（3.16）式中角速度，筛箱振幅，；筛面倾角对平均速度的影响系数；物料厚度影响系数；物料形状影响系数；滑行运动影响系数；振动方向角，；由式(1)、式(2)可以得到 式（3.17）总功率消耗 式（3.18）式中传动效率；振动消耗功率，；摩擦消耗功率，； 式（3.18） 式（3.19） 式中阻尼系数；参振质量，；振动次数，；轴承摩擦系数；激振器轴直径，；直线振动筛的振动频率 式（3.20）电动机转速为，由得，由上述关系式，可得：式中重力加速度，；抛射强度；筛面倾角，();由式(1)式(8)可得单位生产量的功率消耗 式（3.21）显然影响的独立变量有，因此取设计变量为 式（3.22）用设计变量表示成的目标函数可写为 式（3.23）1.2约束条件(1) 振动方向线与筛面之问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， 式（3.24） 式（3.25）(2) 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。直线振动筛的振幅一般为,考虑到本次设计的振动筛为筛分原煤，需要较大振幅，因此限制最小振幅为，得约束函数 式（3.26） 式（3.27）(3)直线振动筛的抛射强度通常取为，得约束函数 式（3.28） 式（3.29）(4)直线振动筛的筛面倾角通常取为，得约束函数 式（3.30） 式（3.31）综上所述，直线振动筛的优化设计数学模型是一个具有4个设计变量，8个不等式约束的优化问题，可表达为 2利用MATLAB优化工具箱优化振动筛设计2.1直线振动筛ZK2060设计参数该振动筛用于分级，有关参数为，。将参数带入目标函数，整理得 式（3.32）2.2编写目标函数及求解函数的M文件首先进入MATLAB，建立目标函数文件fun.m，如下：function f=fun(x)f=(21085.68*x(2)*x(3)*cos(x(4)*pi/180)+42.1714*x(3)*cos(x(4)*pi/180)/(996640.4763*x(2)*sin(x(1)*pi/180)*cos(x(1)*pi/180);建立非线性约束函数文件mycon.m，如下：function C,Ceq=mycon(x)C=;Ceq=0.5*sqrt(x(3)*cos(x(4)*pi/180)/(x(2)*sin(x(1)*pi/180)-16.1667;再建立主程序mytest.m，此为求解约束问题的m文件，如下所示：x0=45 0.004 4 0;A=;b=;Aeq=;beq=;lb=35 0.004 2.6 -10;ub=60 0.006 4 10;x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,mycon)程序分析：将多条命令放在m文件中是为了输入的简便，对运行结果无影响，按常规参数选择，所以本程序初始点为x0=45 0.005 4 0，调用了MATLAB7.1中优化工具箱的fmincon函数，它是专门用来求解非线性约束优化问题的。在MATLAB命令窗中，键入mytest,可得到优化结果，获得非线性不等式约束有效性情况： mytestWarning: Large-scale (trust region) method does not currently solve this type of problem, switching to medium-scale (line search). In fmincon at 274 In mytest at 8Optimization terminated: magnitude of directional derivative in search direction less than 2*options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon.Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-006): lower upper ineqlin ineqnonlin 2 x = 44.9526 0.0040 2.9545 0fval = 0.1875exitflag = 5output = iterations: 4 funcCount: 25 stepsize: 1 algorithm: 1x44 char firstorderopt: 0.0033 cgiterations: message: 1x172 charlambda = lower: 4x1 double upper: 4x1 double eqlin: 0x1 double eqnonlin: -0.0231 ineqlin: 0x1 double ineqnonlin: 0x1 doublegrad = -0.0000 -15.6270 0.0635 0hessian = 1.0e+003 * 0.0008 -0.0350 0.0000 0 -0.0350 2.4042 0.0017 0 0.0000 0.0017 0.0000 0 0 0 0 0.0010确定所采用的算法： output.algorithmans =medium-scale: SQP, Qua si-Newton, line-search获得常规设计的函数值： fun(x0)ans = 0.2539程序结果分析：output. Iterations = 4 表示迭代了4次。output. funcCount = 25 表示函数评价了25次。output. stepsize=1 表示最终步长为1(只适用于中型算法)output. algorithm= medium-scale: SQP, Quasi-Newton, line-search 表示所采用的算法情况。output. firstorderopt 表示一阶优化的度量：解x处梯度的范数。最优解为x= 44.9526 0.004 2.9545 0，最优值为fval=0.1875由此可见，优化设计得到的单位生产量的够功率消耗比常规设计的结果降低2.3现将常规设计与优化设计的相应结果对比如下表所示：常规设计450.004400.2539优化设计44.9520.0042.954500.1875表3.2由上表可知，与常规设计相比，优化设计得到的单位生产量的功率消耗明显下降，具有一定的优越性。由此可见，采用优化设计方法可使直线振动筛的单位功率生产量有较大的提高，其经济效益是明显的。3.3.8实际振动强度的校核查振动筛设计规范，取许用振动强度为()故优化结果合乎要求3.4 动力学参数的确定3.4.1激振器偏心块质量及偏心距的确定由经验可知，要满足振动筛的要求偏心距的取值范围在90mm左右，取r=90mm, 直线振动筛共2组4套偏心块，每组偏心块质量满足关系式中：偏心块质量，； 振幅，； 偏心块组数，； 每组偏心块质量，； 偏心块回转半径，；单个偏心块的质量为3.4.3 弹簧刚度K计算（1）刚度对筛子工作的影响 刚度的大小要影响振动筛工作频率所处的区域。因为筛子的工作频率要影响筛分效果，所以它主要根据物料在筛面上的工作状态而定。而筛子的自振频率又取决于所采用的弹簧刚度。因此，如果筛子的工作频率已定，则采用的弹簧刚度不同。筛子工作频率所处的区域也就不同。这样就会影响筛子振幅的稳定性。这个情况可以从图3.2中两条曲线看到。图中曲线K是采用弹簧刚度为K时的振动曲线，K则是采用弹簧刚度为K时的曲线，两者自振频率有明显的不同。当筛子的工作频率确定时，则采用弹簧刚度为K时，工作频率处在振幅稳定的区域（远离共振点）。若采用弹簧刚度为K时，工作频率则处在振幅不稳定的区域（靠近共振点）。这样，就使筛子振幅容易产生振动。因此确定筛子所用的弹簧刚度时，应该使工作频率处在振动曲线的平滑段（远离共振点）。图3.5 不同弹簧刚度的振动曲线（2）弹簧刚度计算 对单质量振动系统：式中：系统中弹簧的总刚度，； 系统的固有频率，； ，取 振动的圆频率，； 筛箱振动次数，； 则参振质量，。系统中弹簧的总刚度为： (3)每台振动筛由8个弹簧支承，则每个弹簧的刚度为参照橡胶弹簧规格标准，选择弹簧型号为规格：，刚度为。(4)振动筛传给地基的动载荷为(5)四个支点静载荷式中为参振重量，；(6)最大负荷为3.4.4电动机功率的选择振动筛电机功率消耗的主要为两部分：参振质量的运动阻力所消耗的功率和克服激振器中轴承的摩擦阻力所消耗的功率，电动机总功率的计算式中传动效率，取0.95；振动消耗功率，；摩擦消耗功率，；式中阻尼系数，取0.3；总参振质量，；筛箱及其附件的质量，包括侧板、管梁、出料口、后挡筛网及其固定装置、支承管梁、上弹簧座以及激振器等部件的质量，；筛面上物料的质量，它等于各分层筛面上料层总厚度的质量和。(、分别为筛面宽度和长度，为各层筛面物料的总厚度， )物料与筛面的结合系数，一般为，取。振动次数，970；轴承摩擦系数，取0.005；轴承直径，0.12；带入公式的：根据振动筛启动力矩较大的特点，采用Y系列电动机单电机功率为：由电机手册选用电机，功率为，转速为3.4.5 启动转矩的校核振动筛在启动时，电动机要克服偏心质量和运动链中所有回转零件以及振动筛参振质量的静转矩，因此电动机有较大的启动转矩，应满足下式关系式中：静转矩，；电动机的静启动转矩，；查电动机手册得，额定转矩为：启动转矩/额定转矩=2，则电动机的静启动转矩为：显然，所选电动机满足启动条件。3.4.5筛箱侧板的设计筛箱为钢板制成，其厚度取10 mm，采用座式结构。3.4.6筛箱质心的计算在筛箱尺寸结构确定以后，在箱体左下角为坐标原点建立直角坐标系，计算每个零件的质量和质心，然后用下面的公式计算箱体的质心。 式中第个零件的质量；第个零件质心的坐标；零件总数。3.5 主要零件的设计计算3.5.1 轴的设计计算（1）轴最小直径的计算 选取轴的材料为45钢，调质处理，取, 由式 由于轴上有双键槽，轴颈增大10%。因该装置为振动装置，取。（2）轴的结构设计轴的最小直径是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号，由轴的最小直径选择轮胎联轴器，许用转矩为，轴孔直径为， 轴孔长度，故轴的直径为，长度电动机的输入转矩：按类工作机选取工作情况系数联轴器的计算转矩：显然，所选联轴器满足扭矩要求。图3.6 轴的结构示意图为了满足半联轴器的轴向定位要求，-右端需要指出一轴肩，-段要安装偏心块，需要有键槽，故取-段直径为；单个偏心块的质量为， 初步算得偏心块的厚度为，取-段的长度为，为放置轴承，右端需一轴肩，取轴肩高度为，则轴的直径为，根据轴的直径选择轴承。滚动轴承载荷情况为：内圈静载,外圈脉动载荷，无轴向力，轴承选型可以是双列向心球面轴承或双列调心圆柱轴承，考虑到块偏心式激振器为整体结构，为有效避免由于激振器轴承温升过高而造成抱死现象，采用双列调心圆柱轴承。在满足质量和偏心距要求的条件下，用pro/e中将偏心块造型，并利用分析-模型-质量属性可以获得其质量和质心等特性，如下图所示图3.7（3）轴的校核轴的受力分析直线振动筛每根轴上装有两组偏心块，偏心块的旋转产生很大的激振力，激发振动筛自身振动，因此该轴受偏心块旋转产生的离心力F及偏心块产生的惯性力，轴及偏心块的自重和，支撑反力和，静转矩，当F、和方向一致时，轴的受力最大，在画弯矩图前轴的受力可简化为受到离心力F和支撑反力、，扭矩T的作用。轴的受力、弯矩和扭矩见图3.4。 式（3.33） 式（3.34）式中：、 偏心块对轴的作用力；、两轴承的支撑反力；偏心块产生的离心力 KN；左偏心块和左轴承间的距离，；左偏心块和右轴承间的距离，；左偏心块和右偏心块间的距离，；由公式3-14和3-15代入数据得 解得 KNB段的最大弯矩为扭矩为 轴的激振力即离心力=39.8450.0937KN轴的材料选用45号钢，按第二类载荷计算其弯曲应力=60MPa危险截面出现在A、B段，危险截面的当量弯矩为 式（3.35）其中： M-弯矩； T-扭矩； -根据扭转性质而定的折合系数，对不变的扭矩取=0.3；M=3996KN/m弯矩图T=147.68N/m扭矩图图3.8轴的受力图将数据代入公式得=3996.2危险截面的应力应满足其中： -抗弯模量 =22.36MPa 满足要求。（4）轴上键的计算选择激振器键的选择，键宽b键高h=2816，键长L=100mm。故满足强度要求。3.5.2 轴承的选择与校核在轴带动偏心块旋转过程中，内圈作用有恒定的离心力，而外圈随偏心块旋转位置的不同，载荷呈现脉动循环变化，故载荷K容易发热，本次设计选用承载能力强的双列调心滚子轴承，根据类比及轴径尺寸选择23124型轴承,其参数为，内径，外径，宽度，额定静载荷 KN，额定动载荷 KN。轴承承受径向力，无轴向力，故X=1,Y=0。取载荷系数，温度系数当量动载荷： =1.237=44KN其中： -载荷系数；基本额定寿命： =由于工作一年，三班制，所以所需实际寿命L=243012=8640h 小于基本额定寿命，满足要求。3.5.3 弹簧的校核计算（1）弹簧的静弹性模量其中橡胶弹簧的邵氏强度，取；（2）弹簧的动弹性模量（3）受压面积与自由面积之比（4）受压面积（5）外形系数（6）单个弹簧的刚度式中自由高度，弹簧的最大变形量，取（7）弹簧强度的验算式中为橡胶弹簧的许用强度，取值为；所选弹簧满足强度条件（8）弹簧压缩量校核根据振动筛设计规范橡胶弹簧的净压缩量不应超过自由高度的，校核如下：压缩量压缩比，因此满足压缩量要求。（9）隔振比的验算当时，筛机的固有频率为：筛机工作圆频率为，隔振比为：，符合的要求。3.5.4筛框横梁强度的计算（1）筛框的受力分析 横梁与其附件（筛面托架、筛面、紧固件）构成一体，按频率f和振幅A振动，因此受力由静载和动载组成。为计算方便，将附件的重量均匀分配给各梁，然后将动载荷的最大值和静载荷合成作为外载荷均布在横梁上，将横梁简化成受均布载荷的简支梁，做静态计算，其载荷分布及弯矩图见图3.5均布载荷：其中 q-梁的均布载荷，N/m W1-梁及附件的重力（包括物料的重力），kg Smax-梁的最大惯性力，N L-梁的长度，m L=2000+10=2010mm=2.01m 代入数值图3.9 载荷和弯矩示意图横梁强度的计算其中： -梁的弯曲应力， -梁的弯矩， -梁的截面模数，其中 -梁的外直径， -横梁的内直径比外直径，-梁的许用弯曲应力，-均布载荷，-梁的长度，代入数值 满足条件 横梁固有频率的验算按简支梁验算横梁的固有频率为：其中： -梁的固有频率 -振型系数，这里 -材料的弹性模量， -惯性矩 -单位长度的质量， -横梁的外径， -横梁的外径， -振动圆频率，代入数值得满足固有频率条件。3.5.5螺栓的强度校核（1）横梁与侧板连接处得螺栓强度校核螺栓材料为45钢，公称直径为20，性能等级为6.8级，即抗拉强度极限，屈服极限，取许用剪切安全系数，可得许用剪切应力为螺栓的剪切强度为式中-螺栓所受的工作剪力，;工作剪力为： -螺栓剪切面的直径，取螺栓的公称直径，；-螺栓的许用剪切应力，。将代入校验公式得每个螺栓受到的剪切应力为：所以所选螺栓剪切满足强度条件。（2）底座支撑弹簧处螺栓强度校核螺栓材料为45钢，公称直径为20，性能等级为6.8级，即抗拉强度极限，屈服极限，取许用拉伸安全系数，可得许用拉伸应力为，底座支撑弹簧的数目为16。螺栓所受的工作拉力为：式中-包括物料、偏心块的所有参振质量，；-单个偏心块的质量，；-振动筛的工作频率，；-偏心距，。代入数据得：每个弹簧所受的拉应力为：所以所选螺栓拉伸满足强度条件3.6 基于Matlab/Simulink的动态仿真本文在通过研究单轴振动筛的运动学和动力学特性的基础上，建立其数学模型，利用Simulink软件包在计算机中进行仿真，从理论上进一步分析了共振现象。系统仿真是近几十年发展起来的一门综合性学科，它为进行系统的研究、分析、决策、设计，以及对专业人员的培训等提供了一种先进的手段，增强了人们对客观世界内在规律的认识能力，推动了过去以定性分析为主的学科向定量化方向发展。在系统研究及人员培训中采用仿真技术，可大大减少费用、缩短周期。仿真技术已广泛应用于工程及非工程的广大领域，并取得了巨大的社会及经济效益。3.10直线振动筛工作原理3.6.1 直线振动筛工作原理简介大型直线振动筛的工作原理如图3.10所示，激振器两轴上偏心轮的偏心质量和偏心距均相等，分别由两台同步电机驱动匀速转动，旋转方向相反，起始相位相同，转速相同，这样，在每一瞬时偏心轮产生的离心惯性力，沿X方向的分力总是互相抵消，沿Y方向的分力总是互相叠加，产生的激振力合力强迫筛体沿Y方向作近似直线的往复振动。所以，直线振动筛的运动实际上是沿振动方向作简谐振动，其运动方程为：其中：振动筛的位移；振动筛振动幅值；激振器轴回转相位角；激振器轴转动角速度；时间。双轴直线振动筛作直线运动所满足的力学条件： 式（3.36）式中：M为机体质量；M为振动块质量。3.6.2 直线振动筛的动力学分析力学模型分析：振动筛水平放置，在稳定的工作状态下激振力作用线通过筛箱质心O，振动筛沿激振力合理方向作平面平行运动。为便于分析，简化振动系统力学模型如下图所示：图3.11 力学模型图以质心O为坐标原点，水平方向为X轴，竖直方向为y轴，设筛体、附件及物料总质量为M，且集中在质心O，因筛箱作平面平移运动，该坐标系完全决定它的运动，则根据达郎贝尔原理，系统的振动微分方程为： 式（3.37） 式（3.38）式中所有参振质量之和， ；单串偏心块质量之和， ；、方向的弹性阻尼系数；、方向的弹簧总刚度；偏心块质心回转半径，；回转角速度，；时间，；振动方向角，()；3.6.3 直线振动筛的共振机理共振是指筛子的工作频率等于其自振频率，振幅趋向无限大时的这种工作状态。实际上，由于筛子工作中有阻尼存在，所以共振时筛子的振幅不会增到无限大，只是比工作振幅大很多。尽管如此，在共振条件下工作，对筛子的结构仍有很大的影响，主要表现在加快筛箱连接件、弹簧、电机轴、电机座、传动皮带等的损坏，缩短轴承寿命，增大工作噪声等。3.6.4 直线振动筛的仿真过程直线振动筛是一维振动系统。其振动轨迹为直线，为沿振动方向作简谐振动。， ，。式中：振动筛的质量；分别沿方向和方向的弹性系数；分别沿方向和方向的阻尼系数；偏心块的回转半径。（1） 先考虑方向的振动 式（3.38）在软件包中，对上式建立模块方块图，如下图所示：3.12 简谐力作用下有阻尼强迫振动模型设置参数如下:设置仿真最大步长为0.001，设置仿真时间为0.5s，速度积分器设置初值值为，位置积分器初值设置为，速度增益设置为，位置增益为，正弦发生器的频率设置为。3.13 增益1参数设置3.14 增益2参数设置当时，分别得到位移、速度、加速度与时间的关系，如下曲线所示：(a)位移/()时间/()曲线(b)速度/()时间/曲线(c)加速度/()时间/()曲线振动筛的固有频率为：，将正弦发生器的频率改为此频率，并修改仿真时间为，max step size改为0.005，可得：(a)位移/()时间/()曲线(b)速度/()时间/曲线(c)加速度/()时间/()曲线（2）考虑方向的振动 式（3.39）时得到仿真图形如下：(a)位移/()时间/()曲线(b)速度/()时间/曲线(c)加速度/()时间/()曲线时，仿真时间改为，max step size改为0.005，得到仿真图形如下：(a)位移/()时间/()曲线 (b)速度/()时间/曲线(c)加速度/()时间/()曲线结论： 双轴振动筛是一位振动系统，其振动轨迹为直线，但它可以分解为沿水平和数值方向的两个方向的简谐振动； 当时，振动筛的振动频率远离共振频率，振幅，振幅近似为，振动工况稳定； 当时，振动筛的振动频率接近振动频率，振动幅度约达到，共振现象特别严重。 在共振频率时，阻尼对振动的影响较大，随着阻尼的增大，共振状态的振幅降低。对于双轴振动筛，增大阻尼，可降低共振振幅，减小筛子的破坏程度。远离共振频率时，阻尼对振动的影响不大，但有一定影响。选择合适的阻尼比，对振动筛的振动工况非常重要。3.7 基于Pro/e-Mechanica横梁的静载和模态分析3.7.1 横梁模型的建立在Pro/e中建立横梁模型，它包括筋板、拉伸等特征，如下图所示：3.15 横梁模型3.7.2 横梁的静载分析在Pro/e建立完完模型后直接进入Mechanica程序，对模型分配“钢”材料，对横梁的两端面施加全约束，将动载荷最大值和静载荷(自重和承重)合成作为外载荷，均匀分布在横梁上，使横梁演化成受均布载荷的简支梁，最后横梁的静载分析的结果如下:3.16 横梁静载应力云图3.17横梁静载位移云图3.18 横梁静载应变云图3.19 横梁静载应变能云图由此可见该横梁的强度足够好。3.7.2 横梁的模态分析但是在实际生产中，发现下横梁在中部发生断裂现象，根据己有的资料:对出现问题的振动筛作模态分析，发现振动筛的工作频率十分接近某一阶固有频率(数值差小于10%)，分析后认为这是大型振动筛出现断裂问题的关键所在。因此必须对横梁进行模态分析。在静载分析的基础上，选择模态分析的模态数为5，获得分析结果如下所示：阶数12345频率/ Hz288.42288.48696.97697.15723.95表3.3 前5阶固有频率值图3.20 第1、2阶振型图图3.21 第3、4阶振型图图3.22 第5阶振型图结论：从1阶振型图中可以看出，此时横梁中部振幅最大，最容易发生断裂，此时的频率为288.42Hz，而工作频率为16.16Hz，因此工作频率远离了共振频率，设计是合理的。4 ZKB2060直线振动筛的安装与维护4.1直线振动筛的安装与调试4.1.1筛分机的工艺配置关系振动筛安装配置时要注意以下问题：（1）振动筛箱体与相邻固定部件之间的距离。 从振动筛的动力学分析中可知，惯性振动筛工作频率是远离共振频率的，因此振动筛开、停车时都要经过共振区，振幅增大。为此，在工艺配置及安装时要注意。一般振动筛箱与固定物间距大于工作振幅的10倍以上，通常为50100mm。(2) 振动筛入料溜槽口至筛面的垂直高差，必须考虑入料中大块能通过，一般：H1.52dmax式中dmax -入料中最大粒径。（3）为了减少块煤的破碎率，尤其是动力煤，入料溜槽离筛面不宜过高。为减小对筛面的磨损，应尽量减少入筛物料相对筛面的初速度，因此倾斜入料溜槽不能太长。对振动概率筛，由于筛面短，为了提高筛分效率，应采用逆向给料或垂直给料，确保物料在筛面上充分分散开，再进行分级。4.1.2安装（1）安装前的准备新设备在安装前，应该认真检查安装现场并阅读总装图、安装基础图和安装、使用说明书。按照总装图、安装基础图的要求做好安装基础。做好设备的起吊准备工作，对所有的起吊设备和工具进行认真检查，确保设备及工具性能和技术参数满足起吊该设备的要求。清除起吊、安装区域的所有障碍，保证设备起吊、搬运线路无任何障碍，并有足够的施工人员工作、观察及行走空间。做好起吊途经及安装相邻设备的防护工作。此外，在安装前，还应该进行全面认真的检查设备。通常认为新设备，全部都是新的，不需更换，不需检查，其实不然。由于制造的成品，在库房堆放时间过长，如轴承生锈，密封件老化或者搬运过程中损坏等，如遇有这些问题需要更换零部件。还有如激振器，出厂前为防锈，注入防锈油，正式投入运行前应更换润滑油。（2）安装筛分机安装时应按照安装图及使用说明书进行，安装顺序：安装承载梁装置。安装时，首先清除基础钢板上的灰尘及杂物，然后按照总装图的要求摆放两承载梁使其保持平行，安装两横管梁。调整承载梁的水平，使两梁在横向方向要在同一水平面上，并保持水平状态；同时纵向方向保持水平状态。安装后弹簧座。调整弹簧上平面的高度，使其高度相等，并保持水平状态；同时调整两后弹簧座在纵向方向的位置，使其中心连线与承载梁纵向中心线保持垂直。固定承载梁与后弹簧座的位置，并将其紧固。将筛箱吊至略微高于弹簧高度的安装位置，将前后四对弹簧放置在图纸标定位置上。将筛箱后端上弹簧座徐徐的与弹簧接触，使弹簧略有压缩时即可停止，然后筛箱前端上弹簧座徐徐的与弹簧接触同时调整前弹簧组的位置，使筛面安装倾角为23使弹簧略有压缩时即可停止。将整个筛箱整体缓缓下降至稳定状态。检查筛面安装倾角，如果筛面安装倾角不是23或指定的度数，可调整前端弹簧的位置，达到期望的安装角度。然后重新吊起筛箱，将弹簧固定圈焊实，放好弹簧，重新将筛箱徐徐放下。固定承载梁。（采用现场焊接）安装电机架及电机。安装时，电机架的基础应该找平，电动机的水平需要校正，电机中心线与激振器中心线铅垂方向在同一平面内，电机中心线略低于激振器中心线5-6mm。调整好后，现场焊接固定电机架，紧固电机螺栓。然后安装软联接。检查筛子各连接部件的固定情况，以防止产生局部振动。检查传动部位的润滑情况，检查电动机及控制箱的接线是否正确，并用手转动传动部分，查看运转是否正常。检查筛子的入料、出料溜槽及筛下漏斗在工作时有无碰撞现象。4.1.3试运转筛子安装完毕，应该进行空车试运转，初步检查安装质量，并进行必要的调整。开机前应再检查一遍各部位安装是否正确，先用手搬动连轴器，观察有无阻卡，开机。试车前，将激振器外侧防护罩卸下，用手搬动偏心块，转动应灵活无阻卡现象，同时检查各部位螺栓是否松动，若松动应及时把紧，然后安装防护罩，检查电路连接是否正确，确无问题后，再送电开车。（1）筛子空车试运转不得小于8h。再此时间内，观察筛子是否启动平稳迅速，振动和运动是否稳定，有无特殊噪声，观察振幅是否符合要求。（2）开车4 h 内，轴承温度渐增，然后保持稳定，最高温度不超过75，温升不能超过40。（3）如果开车后有异常噪声或轴承温度急剧升高，应立即停车，检查是否转动灵活及润滑是否良好等，待排除故障后再启动。（4）开车2-4 h 后停机检查各连接部件是否松动，如果松动，待紧固后再开车。（5）试车8 h 后，全部正常后方可投入生产。4.2 直线振动筛的维护与检修4.2.1 筛分机的操作（1）操作人员在工作前应阅读值班记录，并对设备进行全面检查。检查各部位螺栓有无松动，如有松动及时拧紧。检查各受力部位有无损坏，发现问题及时处理。检查筛板有无明显的变形或开裂等损坏情况，如有损坏要及时校正或修补，损坏严重时要及时更换筛板。检查有无杂物堵塞筛孔，如有杂物要及时清理。（2）筛子启动停机应严格按照“逆向开机，顺向停机”的工艺顺序。禁止带物料启动，除特殊要求外，严紧带料停车或停车后继续向筛子给料。（3）在筛子工作运转时，要用视觉、听觉（甚至包括嗅觉）检查激振器和筛箱工作情况。（4）交接班时应把当班筛子技术状况和发现的故障记入在值班记录。记录中应注明零部件的损伤类别及激振器加换油日期。（5）筛子是高速运动的设备，筛子运转时操作人员与筛子要保持一定的安全距离，以防止发生人身事故。筛箱与静止物的最小距离不小于770 。（6）激振筛应在空负荷下启动，振动筛运行平稳后开始给料，停机前应先停止给料，待筛上物料全部排出后，再停机。4.2.2日常维护、保养日常维护内容包括筛子表面，特别是筛面紧固情况，松动时应及时紧固。定期清洗筛子表面，对于漆皮脱落部件应及时修理、除锈并涂漆，对于裸露的加工表面应涂以工业凡士林以防生锈。（1）当筛面有异物存在时，要及时清理。建议每次停车后对筛面清理一遍。（2）注意观察螺旋弹簧的振动情况，如果在振动过程中出现异常现象，应及时更换螺旋弹簧，以保证筛子的正常运行。（3）随时注意筛子的工作情况，观察声音是否正常，发现问题要及时停机处理，以保证筛子正常运行。（4）激振器轴承室每周加注二硫化钼锂基子一次，每次加油量2升。油通过油泵自动注油，加油时要注意油质的清洁。振动筛在运行过程中必须定期检查，检查内容包括：（1）周检：检查激振器、传动装置、筛面、支撑装置等各部件螺栓紧固情况，当有松动时应及时紧固。检查筛子时，须特别注意查看在飞轮上的不平衡重块固定的是否可靠，如固定不牢，筛子运转时不平衡重块就可能脱离飞轮，导致安全事故。螺栓的预紧力矩见表1，最初8小时检查一次，工作一周后再检查一次，以后每隔720小时进行检查，确保其牢固可靠。（2）月检：检查筛面情况，如发现明显的局部磨损应采取必要的措施（调换位置等），并重新固定筛面。检查整个筛框，主要检查主梁和全部横梁焊缝情况，并仔细检查是否有局部裂纹，检查筛箱侧板全部螺丝情况，当发现螺丝与侧板有间隙或松动时，应更换新的螺栓。（3）年检:应对激振器大清洗检修。拆卸时应注意轴承内圈与本轴承体做同一标记，严防清洗后装配时将内圈与原轴承搞错，须对号入座，以保持轴承的原有游隙。如发现轴承点蚀，应对整套轴承更换。更换轴承时，先对原轴承内圈预热，将其从主轴上取下，再将新轴承内圈用油加热至80100C后装入主轴。重新装配时，要注意两侧激振器的偏心块要保持同一相位。如果振动筛在工作过程中出现故障应及时修理，修理内容包括更换减震弹簧，更换滚动轴承，更换损坏的螺栓，修理筛框构件的破损等。（1）筛框侧板及梁应避免应力集中，因此不允许在这些构件上施以焊接。对于下横梁开裂应及时更换，侧板发现裂纹损伤时，应在裂纹尽头及时钻5mm孔，然后在开裂部位加以补强板。（2）激振器的拆卸、修理和装配应由专职人员在清洁场所进行。（3）拆卸后检查滚动轴承磨损情况，检查各部件连接情况，清洗轴承内的润滑回路使之畅通，清洁各结合面上的附着物，更换全部密封件及其他磨损零件。（4）筛机支承装置紧固螺栓每工作72小时，应检查一次，确保其工作扭矩要求。（5）激振器总成维修时，轴承安装应在干燥、无灰尘的条件下进行。（6）激振器总成的拆卸依据相反的顺序。拆下的零部件应清洗并检查是否可再使用。 （7）不准在筛箱上增加或减少任何部件，更不容许对筛体自行切割开孔，以免破坏振动参数和损坏设备使用寿命。维修时应特别注意：（1）激振器及传动装置拆卸应由有经验的技术工人进行，严禁野蛮操作，防止损坏设备。装配前应保持零件洁净。（2）更换后的新筛网应每隔48小时重新张紧一次，直到完全张紧为止。振动筛由于工作时间过长，导致激振器内无润滑油，因而必须在无油前加注润滑油。（1）激振器润滑方法采用ZL-2二硫化钼锂基润滑脂SY1412-75，首次充填量为轴承和轴承壳空间的1/22/3，约3.6升。工作后每运转150小时或一周需添加润滑脂一次需添加润滑脂一次，每个轴承室约注2.0升。（2）筛子其他需要润滑的部位包括电机轴承、传动装置中的轴承，万向传动轴的万向节和花键连接，振动器中的滚动轴承。（3）电动机轴承、传动装置滚动轴承和万向传动轴均采用ZN-3纳基润滑脂。传动装置轴承应每周补充油1次，万向传动轴每周注油一次，以上部位及电机轴承每年拆洗清理并换油一次。经济技术分析本次设计的ZKB2060直线振动筛吸收了以前振动筛的优点，改进了不合理的结构，提高了振动筛的使用性能。设计采用双电机直接驱动，不但节约能源，使振动筛启动迅速，运转平稳，而且还能降低噪音，对工人的身体健康影响降到最低。由于取消了齿轮传动和采用块偏心激振器，使加工制造简单，维修方便，减轻了工人的劳动强度，降低了制造成本，提高了经济效益。而橡胶弹簧的使用则减轻了筛机对地基的负荷并提高了振动筛的使用寿命。考虑到振动筛反复振动的工作特点，易引起粉尘污染，有害工人的身体健康，所以本次设计的振动筛提高了筛分效率，使筛上物料尽快透筛，减少细粒的振动次数，有效减轻了粉尘污染，对环境友好。由于本次设计的振动筛激振力大，筛箱及其上面的物料运动有很大的加速度，所以特别适合于煤炭的分级、脱水、脱介和脱泥，也同时用于分级处理。本次设计的新型振动筛不仅适合煤炭的企业，同时也适合化工、冶金、矿山、电力、建筑等行业的物料分离，因此具有良好的经济效益和发展前景。参考文献1 程志红、唐大放.机械设计课程上机与设计.东南大学出版社，2006年10月第1版；2 程志红.机械设计.东南大学出版社，2006年6月第1版；3 孙海波、姚新港.Autocad2008使用教程.机械工业出版社，2008年6月第1版；4王洪欣、冯雪君.机械原理东南大学出版社，2005年8月第1版；.5 任金全、文永红、贾焕如.机械设计课程设计.西安交通大学出版社，2003；6 唐大放、马晓宁、杨现卿.机械设计工程学.中国矿业大学出版社；7 郝桐生.理论力学.高等教育出版社，2003年9月第3版；8 韩正铜、王天煜.机械精度设计与检测.中国矿业大学出版社， 2007年8月第1版；9 刘鸿文.材料力学. 高等教育出版社，2004年1月第4版；10 李爱军、陈国平.画法几何及机械制图.中国矿业大学出版社；11 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，1999年6月第1版；12 王大康、卢颂峰.机械设计课程设计.北京工业大学出版社；13 洪钟德.简明机械设计手册.同济大学出版社, 2002年5月版；14 孙时元.中国选矿设备使用手册.冶金工业部马鞍山矿山研究所，1992；15 严峰、刘焕胜等.筛分机械.北京：煤炭工业出版社，1994；16严峰.选煤机械.中国矿业大学，1988；17闻邦椿、刘凤翘.振动机械的理论及应用.机械工程出版社出版，1982；18陈立周.机械优化设计.上海：上海科技科技出版社，1995；19张红兵、任文斗、周国庆等.机械设计手册.第四卷.北京：化学工业出版社，1979；20成大先.机械设计手册-联接与紧固.北京：化学工业出版社，2004；21甘永立.几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版社，2005；22陆玉、何在洲.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，1999；23邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社，1989；24濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社，1989；25毛振扬.机械零件课程设计.杭州：浙江大学出版社，1985；26龚龙义.机械设计课程设计图册（第3版）。北京：高等教育出版社，1989；27煤炭工业部选煤情报中心站，国外煤炭设备手册，煤炭工业出版社，1981；28郝凤印等.选煤设备手册.煤炭工业出版社出版，1992；29郑阿奇等.MATLAB实用教程.北京：电子工业出版社，2007；30吴寿培.采煤选煤手册.煤炭工业出版社出版,1992；31唐敬麟等.破碎与筛分机械设计选用手册.化学工业出版社，2001；32 F. Le Pimpec et al., In EPAC, Paris June， 2002.33 NLC ZDR . SLAC Technical Report-474，1996.34 软件. 机械设计手册(软件版)R2.0. 机械工业出版社。附录参数优化的Matlab程序：主程序文件mytest.mx0=45 0.004 4 0;%初始点A=;%无线性不等式b=;%无线性不等式Aeq=;%无线性等式beq=;%无线性等式lb=35 0.0040 2.6 -10;%变量下界ub=60 0.006 4 10;%变量上界x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,mycon)%fmincon函数的求解主函数文件fun.mfunction f=fun(x)f=(21085.68*x(2)*x(3)*cos(x(4)*pi/180)+42.1714*x(3)*cos(x(4)*pi/180)/(996640.4763*x(2)*sin(x(1)*pi/180)*cos(x(1)*pi/180);%主函数非线性约束函数文件mycon.mfunction C,Ceq=mycon(x)C=;%无非线性不等式Ceq=0.5*sqrt(x(3)*cos(x(4)*pi/180)/(x(2)*sin(x(1)*pi/180)-16.1667;%存在非线性等式翻译部分英文原文中文译文2010年第三届国际信息与计算会议大型振动筛筛箱的模态特性研究和有限元分析摘要-通过使用有限元分析软件ANSYS，建立了大型振动筛的静载应力分布模型，同时，分析了大型振动筛筛箱的动态特性，得到了筛框的低阶固有频率和振筛箱的模态，以及在额定负荷下筛框各部分的应力分布、变形情况，它提供了有关设计改进和动强度研究的必要基础。针对网框底部和侧板连接处产生的裂缝，根据应力分析结论，改善筛箱结构，改变钢管与侧板的焊接连接为法兰连接，这种改进得到良好的效果。关键词 大型振动筛，筛箱，有限元，模态特性。一导言大型振动筛由偏心块激振器、筛箱、电机、底座和附属设备，具有结构简单，运转平稳，工作可靠等的特点。筛箱结构采用焊接接头，牢固而可靠，如图1所示。除了在在中部有偏心轴外，在每个主轴的两端都固定有偏心轮。通过三角皮带的连接，电机带动偏心块高速旋转。偏心块产生很大的离心力，带动筛箱作特定振幅的周期运动。弹簧是用来支撑筛框，并降低筛框运转时传给地基的激振力。二筛箱模型以2YAC2460大型振动筛的模型为研究对象。有两种方法建立筛箱有限元模型：一种方法是在CAD中建立模型，然后将模型导入ANSYS，这不仅需要长时间建立模型，也需要很长的时间来计算，甚至无法获得结果；另一种方法是在ANSYS中建立筛箱有限元模型。这种方法可以快速建立模型，计算快速、准确 。1. 筛箱有限元模型为了准确合理地模拟筛箱，使用63个壳单元，188个梁单元， 14个组合单元， 21个质量单元来分别模拟侧板，上筛框，底部筛框，弹簧和激振单元。如表1所示。要注意的是，在完成网格划分以后，必须有共同的节点来传递不同厚度侧板之间、侧板与横梁之间、侧板和加强筋之间的载荷；否则在板单元交界处、板单元和梁单元之间在计算过程中会发生分离，导致结果的不准确乃至模型建立的失败。侧板是由一定数量的面组成，这其中包括的边界就是加强梁。曲面边界线的交点是侧板与板梁的连接点。网格划分完之后就完成了模型的建立，无论是通过焊接连接还是通过法兰连接都没有问题。在这个模型中，有公共节点来代表他们。在筛框侧板模型中，螺栓、法兰的质量和刚度对筛箱系统的影响都非常小，如果在模型的建立，将给网格划分带来麻烦，并明显地增加数字单位，因此忽略他们。筛箱处理后的的有限元模型如图2显示：2.边界条件和激振力分析在振动筛工作过程中，筛箱承受重力、激振力、弹簧恢复力和阻尼力。振动筛是一种惯性振动，主要是靠来自激振器偏心质量旋转时产生的惯性力。弹簧恢复力和阻尼力可以忽略不计，因此，针对筛框的强度分析，它受重力和激振力。偏心块旋转产生激振力，它等价于作用在两个侧板上的集中力，然后在X，Y方向分解，得到的分力为，。为了实现仿真，它利用在ANSYS中的刚性区域设置，视偏心块为质量单元，分别在偏心轮的旋转中心建立了四组质量单元，然后用这四个点的质量单元代表四个偏心块的质量，以此作为它的主节点，并在偏心块的安装位置设置16个节点，模拟激振器和侧板法兰的从节点。通过建立ANSYS的刚性区域命令，来连接主节点和从节点。这两个激振器传动轴的转速相同，其力学特征为正弦。将
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