2YTA1842椭圆振动筛的设计说明书

辽宁科技大学本科生毕业设计 I 2圆振动筛的设计 摘 要 目前我国各种筛选的设备中，振动筛是问题较多、维修量较大的设备之一，这些问题突出表现在筛箱断裂、齿轮打齿、轴承温度过高、噪声大的问题，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。此次设计的 2圆振动筛可以很好地解决此类问题，该系列振动筛主要用于煤炭行业中的物料分级、脱水、脱泥、脱介等作业。其工作可靠，筛分效率高，但设备自身较重，设计分析论述了设计方案，包括振动筛的特点、分类和方案的确定，对振动筛的动力学分析以及动 力学参数的计算，合理地设计振动筛的尺寸大小，对激振器偏心块等设计计算；电动机的选择与校核；进行对振动筛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；轴的设计与校核；轴承的选择与计算，然后进行振动筛的环保与经济性的分析。 关键词： 椭圆振动筛；激振器；弹簧 辽宁科技大学本科生毕业设计 he of t of in is of is a of in at by of of is a to of is in in as of of of of of so on of of of of of of of to of 辽宁科技大学本科生毕业设计 辽宁科技大学本科生毕业设计 辽宁科 技大学本科生毕业设计 V 目 录 概要 . . 1 绪论 题的选择及其背景 . 1 内筛分机械研发展状况 . 1 分机械的发展趋势 . 1 2 椭圆振动筛的设计 . 3 动筛基本概念 . 3 动筛分类 . 3 分工艺原理 . 3 动筛的基本结构 . 4 性振动筛力学基本理论 . 14 动筛运动方程 . 14 圆振动筛参数计算 . 19 定筛面尺寸和面积 . 19 椭圆振动筛参数的选择和计算 . 19 偏心质量的配置及惯性力的计算 . 21 动机的选择计算 . 23 簧设计 . 25 主要零件设计与校核 . 28 动带的设计 . 28 轴的强度校核 . 31 轴承的选择与计算 . 34 轮的设计及校核 . 36 椭圆振动筛的安装及调试 . 37 装前的准备 . 38 装 . 38 运转 . 38 3 隔振技术及应用 . 39 4 椭圆振动筛的环保和经济性分析 . 40 设备的环保 . 40 备的经济性分析 . 40 辽宁科 技大学本科生毕业设计 投资回收期 . 41 结束语 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1. 绪论 题的选择及其背景 就振动筛的筛面运动轨迹而言，有两种基本形式：一种是圆，一种是直线。 物料在筛面上的运动状态应符合筛分工艺的要求，使物料能从筛面上产生抛掷和向前运动。抛掷运动的目的，除了避免 物料产生滑动、减小对筛面的磨损外，主要是时物料层间产生一定的松散作用，促使粒径不同的物料重新排列，并与筛孔不断进行比较，增加透筛几率，向前运动速度的大小，将直接影响生产能力。 园振动筛物料在筛面上的抛掷运动，抛掷方向不是单向的，而是连续 全圆周方向多项抛掷，旋转加速度主矢量将沿整圆 方向 不断往复循环运动（所谓松散度叫完全）。这样不但对物料松散分层十分有利，而且防止物料堵塞筛孔。但是，圆振动筛也从在不足之处。 内筛分机械研 发展状况 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近 50 年的事情，大体上可分为三个阶段。 (1)仿制阶段：这期间，仿制了前苏联的系列圆振动筛、 摇动筛；波兰的 摇动筛和 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。 (2)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， 1500 毫米 3000 毫米重型振动筛 及系列， 1530振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列， 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，但是它们的研制成功基本上满足了国内需要，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。 (3)提高阶段：进入改革开放的 80年代，我国筛分机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、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、弛张筛、螺旋三段筛的研制，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。 分机械的发展趋势 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 振动筛分机在工程中应用广泛，对国民经济起着重要作用。从国内为的研究方向来看，一方面致力于当前筛分机械的运动分析和结构调整；另一方面瞄准新颖的设计目标、探求合理的结构方式，以便进一步推动筛分机械的应用。 （ 1）国外技术发展趋势 国外筛分机械 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。就是增大筛面倾角，提高筛分效率；发展细粒筛分设备，筛孔尺寸小到 米；旋流筛使用逐渐增多；共振筛发展停滞。 （ 2）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 ，降低筛分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技术；为满足大露天矿选用，研究重型分级筛，适用于 500下物料筛分；为提高筛板的寿命和效果，着重发展焊接筛网，非金属筛网；共振筛又被淘汰之势，应大力发展偏心圆振动筛和直线振动筛。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 动筛基本概念 振动筛是一种广泛用于散性物料分级的设备。物料通过晒面的筛孔可根据需要按粒度要求分成几种级别，这项工作 简称为筛分。而炼铁厂所用的筛分机械，通常为振动筛。 动筛分类 用的分类方法，通常以激振器驱动轴的根数来分，可分为单轴与双轴两种： 1）单轴式：圆振动筛 2）双轴式：直线振动筛 椭圆振动筛 概率筛 双幅异频振动筛 分为近共振点工作和远离共振点工作的振动筛，即： 频率比（ Z): 近共振点工作 (Z=一共振筛 远离 共振点工作 (Z=46) 一惯性筛 目前大部分振动筛均属惯性筛，因为它有较为稳定的工作振幅，不受其他因素的影响。缺点是激振器 尺寸比较大，消耗的功率也较大。 分工艺原理 在筛分的过程中，粒度小于筛孔的散性物料将通过筛孔，并从给料中分离出来。筛机的振动将使被筛物料相对于筛面的一定角度获得加速度，在一个短时间的自由飞跃之后落回到筛面上。这时将开始一个颗粒和筛孔尺寸的较量，便产生颗粒通过筛孔的概率。随着这种次数的增加，透筛的概率也增加。由于各种振动筛的构造和运动方式的不同，因此其性能也有差异。 圆振动筛以一个旋转加速度矢量运转，松散被筛物料的效应相当强烈。圆振动筛有一个相当陡峭的抛射角，可使被卡在筛孔的颗粒重新跳出，对防止筛孔堵塞十分有利。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 筛面成水平的直线振动筛，有较高的物料输送速度，然而它的加速度矢量只能作用在一个方向上，被筛物料不能得到充分的松散和重新排列的机会。因此，小颗粒物料不能很快穿过层接触筛网。由于直线的加速度矢量使塞在筛孔内的颗粒很难从筛孔中跳出，具有较大的堵孔机会，不利于筛分进程。 椭圆振动筛结合了圆运动和直线运动两种筛分机的优 点。具体地说，椭圆的长轴是强化物料运输的分量，而短轴是促使物料松散的分量。所以，椭圆振动筛具有以下的优点： 1）物料向前输送速度较高，使物料层薄 ; 2）水平安装，机器总高度低； 3）被筛物料有强烈地松散和在排列效应，因此有较高的生产效率； 4)筛孔不易被物料堵塞，有较高的筛分质量。 概率筛虽然是也是一种振动筛，但它的工作原理与惯用的振动筛完全不同，它利用大筛孔、多层筛面、大倾角的原理进行筛分，具有许多突出的优点。最上面的筛孔尺寸最大，往下筛孔尺寸依次减小；每一层筛面的筛孔尺寸都远 远大于被分级粒度；由于筛面倾角大，致使有效筛孔尺寸小于实际筛孔尺寸；粗颗粒物料同振动的筛网丝撞机的概率细颗粒物料大，因而通过筛孔形成的透筛的概率较小。该筛具有筛孔尺寸大不易堵塞，处理量大和丝网直径大耐磨性好等优点。 双幅异频振动筛的筛箱两端各装有振动频率不同的箱式激振器，使进料端产生大振幅低频率，排料端产生小振幅高频率的振动，故称为双幅异频振动筛。该筛机的的最大特点是物料在筛面上呈变速运动，入料端快、排料端慢。当物料运动到下半段时，物料透筛难度 增加，但运动速度变慢，延长在筛面上的停留时 间，同时又增加了振动的频率，致使难透筛的物料有较多的透筛机会，故该筛有较高的筛分效率。 动筛的基本结构 椭圆振动筛主要由筛箱、激振器、传动装置以及附属部件组成。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 振动筛的筛箱由侧壁钢板及横向构件焊接或铆接而成。侧壁版常用厚度为 6向构件一般多用钢管、槽钢和工字钢制成。筛箱要求有良好的刚性，以此承受振动。焊接结构在焊缝处容易产生应力集中，当承受真振动时可能发生焊缝开裂或折断，为了消除焊接结构的内应力，须用环槽铆钉联接，不管筛箱如何振动，不产生任何回松现象 ，并兼有高强度螺栓的特点。 图 2圆振动筛筛体 激振器是振动筛的主要部件之一，常用的激振器有单轴式与双轴式之分。单轴式主要作为圆振动筛的激振器，双轴式激振器主要用于直线振动筛，椭圆振动筛以及概率振动筛等筛分机械上。从减小设备重量，减小中心轴弯矩，偏心质量可调等观点出发，当前多采用偏心轴和偏心质量兼有的组合形式。 激振器的润滑和发热问题十分突出，因为驱动电机有一半左右的功率将消耗在轴承处。由于激振器不宜采用稀油润滑，是改善散热条件受到限制，因此出现了箱型激振器。由于箱型全 封闭，可以采用稀油飞溅润滑，不但有良好的润滑条件，而且可将轴承出的热量带走。同时，箱型激振器有利于标准化，而且检验更换十分方便。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 图 2轴激振器 惯性振动筛，无论启动还是停止，都得经过共振区。特别是停机工况，当激振转数等于系统固有频率是，其振动十分强烈，造成工作弹簧有离位趋势。为改善此种工况，常用摩擦式阻尼器。 动筛筛面物料的运动理论 振动筛的运动参数（振幅、振动次数、筛面倾角和振动方位角）通常是根据所选定的物料运动参数状态来选取的。筛上物料的运动状态直接影响振动筛的筛 分效率和生产率，所以，为了合理选择筛子的运动学参数，必须分析筛上物料的运动特性。以下就分析筛面作圆或近似圆运动的振动筛。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 图 振动筛上的物料运动 筛面的位移可用下 式表示： c o sc o s)180c o s ( 0 s i ns i n)180s i n ( 0 （ 其中 ： A 振幅 ; 轴之回转相角， t 轴的回转角速度； t 时间。 求上式中 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： s o sc o ss （ 根据筛子的运动特性（位移、速度、加速度）即可研究筛上物料的运动学。 物料在筛面上可能出现三种运动状态：正向滑动（沿排料方向 即沿 反向滑 动（逆排料方向滑动）和跳动。这些运动状态只有在一定条件下（如 一 定的振动次数和振幅）才能出现。下面就分析出现正向滑动、反向滑动和跳动的条件。 当物料颗粒与筛面一起运动时，其位移，速度、加速度即等于筛面的位移、速度和加速度。 现在先研究一下位于筛面上质量为 m 的物料颗粒的动力平衡条件。 作用于质量为 m 的物料颗粒上的力有： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 1） 物料的重力为： 为重力加速度 2）筛面对物料颗粒的反作用力为： y s o s 2 或 s o s 2 式中 筛面倾角。 3） 筛面对物料 颗 粒的极限摩擦力为： )s o s( 2 （ 式中 物料沿颗粒沿筛面开始正向滑动时的临界条件： s 或 ： c o s)s i nc o s(s i n 22 )s i nc o s(s i nc o s 22 kk 因为 f ， 为静滑动摩擦角。将上式化简后得： )s c 2 A （ 令式中k为正向滑动初始 角。 则 : 2)s 30 k （ 式中k称为正向滑动系数。由式 2料颗粒出现正向滑动的条件是 1 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 1则可求得使物料 颗粒沿筛面产生正向滑动的最小转数为： m s 30 为了使物料颗粒沿筛面产生正向滑动，必须取筛子的转数 物料颗粒沿筛面开始反向滑动时的临界条件是： s )s i nc o s(s i nc o s2 qq 将上式简化得： qq bA g )s c 2 (式中 q 反向滑动初始角 反向滑动系数。 则 ： q 2 )s 30 （ 由 2料颗粒出现反向滑动的条件是物料颗粒能出现跳动。当 或时，则可求得物料颗粒开始跳动时的最小转数为： o （ 为了使物料颗粒产生跳动，必须取筛子的转数 以上分析了物料颗粒出现正向滑动、反向滑动以及跳动的条件，导出了出现这些运动状态的最小参数。关于物料颗粒的滑止角、滑动角及运动速度，也可以导出计算公式。由于在目前使用的振动筛多数采用跳动的状态，因此，下面仅讨论跳动终止角跳动角及运动速度。 物料颗粒离开筛面后，颗粒 沿筛面法线方向的运动方程式为： c （ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 将式 2物料颗粒开始跳动的时间 )(c o s dd 上式中的忽略物料颗粒对筛面冲击的影响，则可认为： c o s 由此式 变为： )(c （ 物料颗粒跳动后，按抛射线轨迹下落与筛面相遇时的法线位移 式中y 将式代入式 积分后得： 2)(c o s)(c o ss i n 22 (料颗粒落到筛面上的纵坐标，即y b为物料颗粒跳动一次后又落到筛面时的轴之相位角。 ，将以上关系代入式 简得： )c o s a 1c o tc s cc o ss i 2 （ 当 03602 ，则由式 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12 页 0d 4017,1t a n 即d 将 0417 0 d代 入式 ，得物料颗粒跳动的第一临界 ， 转数： o （ 当 07204 时，则有式 2 29,2 1t a n 0d 即d 将 09d代入式 物料颗粒跳动的第二临界转数： （ 当筛子的转数0，即物料颗粒的跳动角 0360 ，在这种情况下，虽然在一次循环中应出现物料颗粒的滑动状态，但由于前一循环中颗粒对筛面的多次冲击，使滑动状态不能形成，故滑动角接近于零。 物料颗粒从 d 点起跳，到 22 )(s i i （ 式中V 由此，则 2)(s d 在同一时间 t 内，筛面的位移为： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页 c o s)c o s (c o sc o s因此，在一次循环中，物料颗粒对筛面的位移为： c o s)c o s ()(s i i n 243( 当筛子在近于第一临界转数下工作时，即 0360 ，则上式括号内的数值接近于零。 2)(s d 物料跳动的平均速度为： 2)(s i i （ 当 0360 时，则 0c o s,in,s a n 由此， 简化为： t a n 22t a ns 或 根据 : d 2 )ta 0 （ 按上式计算所得的结果与实际情况相比，计算值较大。这是由于未考虑到物料的特性、摩擦、冲击等因素的影响。为此，上式须乘以修正系数 K。初步 K 。 )t a 00 （ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14 页 性振动筛力学基本理论 动筛运动方程 椭圆振动筛具有圆运动和直线运动两个基本特点，其运动轨迹为一椭圆形。描述椭圆形状用长轴和短轴，其长轴其物料输送作用，与直线振动筛相似；短轴起物料松散作用，与圆运动筛相似。椭圆振动筛所以能够形成椭圆运动轨迹 。 图 2振动系统力学模型 因此，起运动微分方程式为： )co s ()co s ()()s i n ()s i n ()(21.( 式中 : j ； 21, 两轴运动的偏心质量； 222211 ; ； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15 页 2:1 两个偏心质量的偏心距。 椭圆振动筛的质心条件与圆和直线振动筛像比较复杂，其原因是主副偏心轴各自所产生的激振力不等，而且均不通过质心。所以，椭圆振动筛设计时，除满足其他要求外，必须满足质心条件才可消除筛箱摇摆，筛箱任一点才按椭圆运动轨迹做平动。现将两偏心轴产生的激振力，分别沿 两者同步回 转 主偏心轴： c o 向 s 副偏心轴： c o s （ 椭圆振动筛的质心条件为 : 00 m 0s i n)(c o s)( 1211222222221211 即： 022221211 012112222 所以： 222121 222111 2111 2221 ( 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页 上式为消除摇摆的理论依据，也是设计椭圆振动筛的质心条件，也称“三心”条件，即一个质心、两个偏心轴回转中心。 如将质心条件代入质心振动筛。可得到直线振 动筛的条件。 椭圆振动筛在工作过程中是以筛箱平动而产生椭圆运动轨迹。很显然。筛箱为参振质量，支撑弹簧为弹性件，在激振力作用下构成强迫振动系统，为简化分析不计阻尼影响。 为分析起见，首先建立一个固定坐标系和两个动坐标系，今以椭圆运动轨迹中心点两个偏心质量回转中心2,1别建立两个动坐标系即：222111 , 并设筛箱质心距 1o 点坐标分量为 11, 。距 2o 点为 22, 。由于偏心质量不仅随筛箱一起运动，而且相对筛箱又有一个相 对运动，故偏心质量的位移方程为： m c o m c o （ m s i m s i （ 因此，偏心质量绝对运动的惯性力为： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17 页 )c o s( 21.211 )s i n( 22.222 ( )s i n( 21.211 )s i n( 22.222 my m (当系统不考虑阻尼影响时，除偏心质量的惯性力外，尚有筛箱的惯性力外，尚有筛箱的惯性力 和 （ 以及弹簧的恢复力 ,。 故其运动方程为： )c o s()c o s( 2. 2221. x )s i n()s i n( 22.1. y （ 式（ （ 式的解应是自由振动与强迫振动的叠加，但由于启动瞬间自由振动在阻尼的作用下很快消失。因此，筛机正常工作时只有稳态强迫振动，所以上式两式的稳态解为： c )( 22122211 s )( 22122211（ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18 页 （ 1）由于椭圆振动筛是惯性筛，频率比为 5 ，在振动过程中，激振力主要是克服参振质量的惯性力，即惯性力起主导作用，弹簧恢复力起主导作用，弹簧恢复力可以忽略不计 。 令： 0,0 yx c o ， s （ 从上面两式可以直接得出 : 长轴振幅 212211 短轴振幅 212211 （ （ 2)椭圆的振动轨迹 c o s （ 整理后得： 12222 （ 3） 椭圆振动筛的振幅 （ 式为 X， 系统的自振频率为： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19 页 W p （ 圆振动筛参数计算 定筛面尺寸和面积 参考“选矿机械”所给公式： F . （ 式中： Q 要求的处理量 400吨 /小时； 筛分对象的假比重 /立方米； g 每平方米平均生产率。当筛孔 为 8 / 平方米小时； K 考虑粒度小于筛孔尺寸一半的颗粒多少，而对筛分质量的影响系数，各地粒度不一，取平均值 5%， K= L 考虑粒度大于筛孔尺寸的颗粒多少，而对筛分质量的影响系数，取平均值为75%， L = M 考虑筛分效率的影响系数，当筛分效率要求为 85%， M= N， O， Q 分别为考虑物料 形状的影响，无聊中汗水量的影响和筛分方法的影响。取均值为 1。 将各值代入公式得： 00 米F 因此，取筛面的宽为 为 椭圆振动筛参数的选择和计算 筛面与水平之间的夹角称为筛面倾角 。筛面倾角与筛分处理量及筛分效率密切相 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20 页 关。随着筛面倾角的加大，物料在筛面上的运动速度加快，筛分机的处理量野随之加大。筛面倾角的大小决定了要求的生产率和筛分效率。所以产品质量要求一定时，就应该有一个合理的倾角。根据实践经验，筛面倾角使用下面数据 : 单轴振动筛用于预先分级： 02015 单轴振动筛用于最终分级： 020 双轴振动筛用于预先分级： 0100 双轴振动筛或共振筛用于脱水、脱介 005 所以，此振动筛的 筛面倾角选用 05 。 在一般的情况下，根据筛子的用途选择，圆振动筛一般取线振动筛取筛物料取大值，易筛物料取小值。筛孔小时取大值，筛孔大时取小值，此次振动筛设计，选取。 振幅 A 是根据被筛物料的粒度以及性质来选 用的，对于粒度小的 选 用小的振幅，粒度大的选用大的振幅。振动筛的振幅一般按照下列的数据选用： 单轴振动筛用于预先分级： A=轴振动筛用于最终分级： A=3轴振动筛： A=振筛： A=6里，选振动筛振幅为 5 n 振动强度可在选定抛射强度 后按下式计算： 5 5c o o v = /分 为了计算方便，取 845 转 /分。式中振幅单位为毫米。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21 页 振动筛的物料运送速度可以按照下面的经验公式计算： )18)(t a 000 320 （ 其中 : 0k 修正系数，其值可按表查取。 N 常数， N=米 /秒