ZKB2460直线振动筛的设计.pdf

l 6 煤 矿 机 械 2 0 0 2年第 l 2期 文章 编 号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 2 1 2 ． 0 0 1 6 - 0 3 Z K B 2 4 6 0直线振动筛的设计 张 建勋 ，王辉 ，周明 ，白书亚 1 ． 中 国矿业 大学 机 电学 院 ，江苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 大 电煤 电公 司 技 工 校 ，江 苏 沛县 2 2 1 6 1 l ； 3 ． 河 南 神火煤 电集 团 洗煤 厂 ，河南 永城 4 7 6 6 1 3 摘要 对 Z K B 2 4 6 0型振动脱 水筛的工作原理 、 结构设计进行 了阐述 ， 对动 力学方程及 工作参 数等进行 了设 计计算 ， 并进行 了运转测试和工业应用 。 关键词直线振动筛；自同步；结构设计 ；参数选择 中图号 T D 4 6 2 文献标识 码 A 1前 言 近年来 随 着 煤 矿开 采 能力 和人 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 ， 为了开发大型筛分设备 ， 我们总结 以往的设计 经验 ， 与神火煤 电集 团合作 ， 成功地设计 出了 Z l I 4 6 o直线振 动筛 。 2工 作 原 理 本 振动筛采 用 双 电机拖动 ， 实现 自同步 直线振 动 ， 无齿 轮强 迫传 动 ， 工作 原理先 进。 电机启 动后 ， 两 串偏心质量 m。 和 m2 作 反 向旋 转 ， 产 生的激 振力 超过 3 ． 5l O 5 N， 带动筛箱剧烈运动 ， 当 m1 和 m2 存 在相位角差时 △a。 可依靠 自行产 生 的不平 衡力 AF 和力矩 AM 使筛箱产 生 附加 的 移动 和摆 动 ， 并 导致 ml 和 m2 互 相 追 逐 ， 超 前 的 偏 心 质 量 相 位 角 趋 于 减 小 ， 落后 的偏 心 质量 相 位 角 趋 于增 大 ， 使 相 位 角 差 Aa趋于零 ， 形成 自同步反 向旋 转 ， 这样 一个 自行 追 逐 的同步过程 结束 。 由于摩擦 阻力 矩 、 人料 等 因素 的存 在 ， 相位角差 Aa不断产 生 ， 自同步 的作用 有使 之趋于 消失 ， 因此 自同步形 成 的过程 就是 两 串偏心 质量互相追随运动 的过 程 ， 是一种动 态的平衡过程 。 Z K B 2 4 6 0振动筛 以 自同步 形式 工作 ， 具有 以下特 点 和要 求 1 两 电机要 同时起 动 、 反 向旋转 ， 选 用 同一型 号 、 同一 厂家、 机械 性 能一 致 ， 转 速 差小 于 5 r ／ m i n ， 起 动 力 矩 大 的 电 动 机 。 2 两 串激振 器组装 完成 后 ， 应转 动灵 活 ， 无 卡 阻现象 ， 摩擦 阻力矩 A Mn AM 一0 ； 每 串激振器 的 扇形偏心重 的外形 尺寸及相位角严格一致 。 3结构 设计 振动筛是 由筛 箱、 激振 器、 减振弹簧 、 支承座 、 电 动机 、 传 动部分等组成 。 3． 1 筛箱 结 构 Z K B 2 4 6 0的筛 箱为 板 梁铆 栓 焊组 合 结构 ， 由主 副侧板 、 管梁 、 入 料挡 板 、 出料 板 、 筛 板等 组成 ， 侧 板 选 用低合金 压力 容器 钢板 ， 强 度高 、 可 焊性 好 。 周边 折弯 ， 并在振动方 向及沿纵 向连接多根 角钢 ， 使 侧板 刚度大大 增 强 ， 有 利于 强 度 的提 高 和 噪音 的降 低 。 管梁 由法兰盘 、 无缝 钢管 、 加强槽钢等组成 ， 重量轻 、 强度大 ， 便于制造安装 ， 具有互换性 。加 强槽 钢上有 T形孔 ， 使用 T形 螺栓 ， 便 于 筛板 的安 装维 护 ， 消除 U形螺栓对管梁 的磨损 。 承 重 管梁 与 侧板 之 间使 用精 制 高强 度 螺 栓 紧 固 ， 这种紧 固方式不 仅使 被紧 固件 之间 利用静 摩擦 传递振动力 ， 而且 利用高 强度螺 杆 与钢 板孔 的过盈 配合 ， 直 接传递 振动 剪切力 ， 联 接强 度高 ， 使 用 防松 螺母 ， 联 接可靠不 松动 ， 将筛箱联接成一个 刚性 箱体 结构 ， 是 目前最为有 效 的联接方 式 。而采 用热铆 或 环槽铆钉冷铆 ， 由于铆 钉杆与 钢 板之 间存 在较大 问 隙 ， 因锈蚀 、 微动 磨损或 振动 异常 出现松 动后 ， 现 场 将 无法处理 ， 导致故障 的扩大 。 3 ． 2激 振 器 的 选择 激振器是振动筛的心脏 ， 其 工作 频率高 ， 工作 时 间长 ， 润 滑效果差 ， 振动冲击力大 ， 故 障多 ， 因而选 用 合适 的激振器是筛机稳定运行 的保证 。 自同步块偏 心式 激振 器 具有 结 构 简单 、 成本 低、 激 振力 调 节方 便 、 油脂 润滑不漏 油 、 迷宫环密封摩擦阻 力小及易于 实现通用化 、 标 准化、 系列化等优点 。每个 激振器 由 壳体 、 轴 、 轴 承 、 主 副偏心块 、 迷宫 端盖等 组成 ， 通 过 铰制孔用螺 栓固定 在侧板上 。激振力直 接 由侧板传 递到各个部件上 ， 省去工字大梁 ， 降低了筛 箱重量和 成本 ， 但对筛箱结构设计提 出了较高 的要求 ， 为此我 们对筛箱强度 、 刚度 、 重 心 、 空 间结 构 进行 了优 化设 计 。 3． 3传 动 方 式 Z K B 2 4 6 0振 动筛每 串激振器 之问采 用重 型万 向 传动轴联接 ， 能够 自动补 偿角度 和长 度 的加 工和安 装误 差 ， 降低 了激振器对安装精度 的要求 ， 有利于激 振器的稳 定运行。检修或更换万 向传动轴 时务必保 维普资讯 2 0 0 2年第 l 2期 煤 矿 机 械 1 7 证两侧偏心块相位一致 ， 否则易 引起筛 体偏振 ， 导致 侧 板 、 管 梁 的 断 裂 损 坏 。 振动筛 电机和激振器之 间采用 轮胎 式挠性联 轴 器传动 ， 这种联 轴器 由半联 轴节 、 挠 性 片 、 压环等 组 成 ， 挠性 片由多 层尼 龙夹布 橡 胶输 送带 剪成 。由于 挠性片具 有弹性 ， 切 向刚度 远大 于径 向刚度和 轴 向 刚度 ， 能够承受较大 的扭矩而 不能承受 径向力 、 轴 向 力和弯矩 作用 ， 因 而恰 好 适 合振 动 筛 工 作 的要 求。 与三角带 相 比， 既能传 递较大 功率 ， 又最大程度 地减 小 了振动对轴承 、 电机 的影响 ， 在 物料 突然增 加 时， 不会失步 ， 易于实现 自同步运转 。挠 性片成本极 低 ， 现 场 可 自制 。 4动力学分析 4 ． 1力学模型 分析 振 动筛水 平放 置 ， 在稳定 工作状 态下 激振力作 用线通过 筛体质 心 O ， 振 动筛沿 激 振力合 力方 向作 平面平 移运动 。为便于 分析 ， 简化 出振 动系统力 学 模 型 如 图 l 所 示 。 图 1力 学 模 型 图 F i g ． 1 ] ／ n lt n l i c n md e l d r a wi n g 以质心 O为 坐标 原点 ， 水平 方 向 为 轴 ， 铅 垂 方 向为 Y轴 ， 设筛体 、 附件及物 料等总质 量为 ， 且 集 中在质心 O， 因筛 体作平 面平移运 动 ， 该 坐标 系完 全可 以决定它 的运动 ， 则根据达 朗伯原理 ， 系统 的振 动 微 分 方 程 为 f 2 m x 2 砌 2 r s i n c o t c o s 0 i 2 m c 2 砌2 r in 叫 n 0 式 中 所有参振质量 之和 ， k g ； m 单 串偏 心 块 质 量 之 和 ， k g ； 、C 、 Y方 向弹 性 阻 尼 系数 ； 、 、 Y方 向弹簧 总刚度 ； r 偏心块质心 回转 半径 ， m； 叫 回转角速度 ， r a d ／ s ； ￡ 时 间 ， S 振动方 向角 ，o 。 4． 2求 解 微 分方 程 惯 性 振 动 筛 工 作 时 处 于 强 迫 振 动 状 态 ， 自由振 动 部 分 由于 阻 尼 作 用 ， 在 启 动 后 不 久 得 到 衰 减 。 设 微 分 方 程 的 特 解 为 A ． s i n c o t - 一 a Y A s i n c o t 。； 2 一 口 - 式 中 、 A 筛 机 在 、 Y方 向 的振 幅 ； a 位移滞后激振力的相位角 。 对式 2 求导得筛箱运 动的速 度和 加速度 { A ．t．o C O ， co ‘ 一 。 3 【 A , t o c o 8 co t 一口 、 『 一A ． s i n c o t 一口 ， i ，； 一 A 叫 2 。 in 叫 ￡ 一 口 4 由于弹性阻 尼较 小 ， 可以忽 略 ， 将 式 2 、 式 3 、 式 4 代人式 1 ， 整理后可得 毒 M 2 m 2 5 一 一 K ⋯ Y M 2m 0 9 2 k o y一 一 由于振动筛工作于超共振状 态 ， 一 M 2 m 叫 2 ，忽 略 刚 度 值 的 影 响 ， 得 7 可见振 幅与 w 值成正比 ， 角频率 叫影 响微小 ， 振幅 与激 振力方 向相反 ， 即位移滞后约 1 8 0 。 5 主要工作参数的选择 该 筛总参振质量 为 8 1 5 0 k g 包 括物料的作用 ， 电 机转 速 为 9 7 0 r ／ mi n ， 用 途 为 跳 汰 后 末 精 煤 脱 水 分 级 ， 因此 Z K B 2 4 6 0振动筛工作参数选择如下 1 振幅 A ／ r m n 3 ． 5 5 2 振动频率 ∥H z l 6 ． 2 3 激振力 F ／ N 3 7 9 9 8 0 4 安装角 a ／ 。 0 5 振动方 向角 0 ／ 。 4 5 6 抛射 强度 2 ． 6 3 ． 7 2 7 物料在筛 面上 的运 动速度 v ／ m s 一 1 0． 1 l 50． 1 6 5 8 电机功率 P i n 经计算 ， 单 电机功率 Pd P ／ 2 1 2 ． 7 k W。 由电 机 手 册 选 用 Yl 8 O L ． _ 6 电机 ， 功 率 为 l 5 k W ， 转 速 9 7 0 r ／ mi n 。 经验 证 起动 转矩 系数 K 。1 ． 52 ， 满 足 起 动 要求 。 9 弹簧选 用 ①计算 压缩量 本筛 机选用 8个橡胶 弹簧 ， 现有弹簧参数 刚度 K 3． 9 5 l 0 5 N／ m ，外型 尺寸为 2 0 02 0 0 ， 根据 橡胶弹簧的净压缩量不应超过 自由 度高 的 l 5 ％ ， 验算该弹簧 的压缩量 如下 维普资讯 ． 1 8 ． 煤 矿 2 0 0 2年第 1 2期 压缩量 △HMg ／ 8 K 2 5 ． 3 I n m 压缩 比 △日／ H1 2 ． 6 5 ％ 1 5 ％ ② 验算隔振 比 当 K3 ． 9 51 0 5 N ／ m时 ， 筛 机固有频率 ∞o 1 9． 6 9 r a d ／s 筛机 工作 圆频率 ∞1 2 n v ／ 6 01 0 1 ． 5 r a d , ／ ， 隔 振 比 l ／ ∞ 0 5 ． 1 5 ， 符 合 57的要 求 。 6测试检验 振动筛 工作 振幅和激振器温 度是直接影 响工作 可靠性 的两项指标 ， 按照 规 定 当 A4 m m时 ， 振动筛 工作振 幅 ， 同侧前 后相差 不大于 0 ． 6 m m， 两侧 对称 点相 差不大 于 0． 5 mm， 激 振器 温度不 高于 7 5 ℃， 温升不大 于 3 5 c 【 。 Z K B 2 4 6 0筛机制 成后 ， 我 们对其 运行测试 ， 振 幅 测试选点如图 2所示 ， 测 试值如表 l所示 。 图 2 测试选点图 F i g． 2 Te s t i n g p o i n t s 表 1 振 幅 测试 值 Ta b． 1 Te s t i n g v a l u e a mp l i t u d e 测 点 l 2 3 4 5 6 振 幅 ／ m m 4 ． 5 4 ． 6 4． 4 4 ． 4 4 ． 2 4 ． 2 由表 1中数 据 可知 ， 筛 机两侧 对 称点振 幅差 为 0 0 ． 1 m l n 。同侧前后 振 幅差为 0 ． 30 ． 4 mm， 明显 优于 的规定 值 ， 且入 料 端略 大 于 出料端 ， 有 利于物料 的快速分散 ， 提 高筛分效率 和 脱 水 效 果 。 在筛机连续运 行 8 h后 ， 测 量激 振器 轴 承 温度 最高 为 3 8 c 【 ， 室温 为 l 3 c 【 二 ， 温升 为 2 5 c 【 二 ， 低 于 的规定值 。 7结 语 Z K B 2 4 6 0振动筛的研制成功表 明我公 司 已具 备 大型振 动 筛 的 自动设 计 研 发 能 力 ， 有 利 地 推 动 了 Z K B系列 振动筛 这一 国产 品牌 向大 型化发 展 ， 使我 们积累 了设 计制 造 经验 。采 用 相 同的 设 计 指 导思 想 、 类 比设 计方 法 和制 造 工艺 ， 设 计 了 Z K B 3 O 6 0脱 水筛 ， 经 l a多 的无故 障运 转表 明 工作 稳 定可 靠 ， 工艺效果好 。 参考文献 【 1 ] 张恩广 ． 筛分、 破碎及脱水设备【 M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 8． 【 2 ] 闻邦椿 ． 振动机械的理论 及应用【 M ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 O 2． [ 3 ] 严峰 ． 筛分机械[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 1 ． 作者 简介 张 建勋 1 9 6 7一 ， 山东 潍坊 人 ． 工 程 师 ． 1 9 9 1年 毕业 于 中国矿业 大学 机电学 院 ． 主要 从 事给 料 输送 机 、 振 动筛 、 跳 汰 机等 洗选设 备 及矿井提 升操 车设 备 的研 制设 计 工 作 ． 发表 论 文 l 0篇 ． 获 奖 2项 ， 专 利 1项。 收稿 日期 “ 2 0 0 2 ． 0 6 - 1 4 De s i g n o f ZKB2 4 6 0 l i n e a r v i b r a t i ng s c r e e n ZHANG J i a n - x u n 1 。 W A NG 。 ZHOU Mi 。 BAI S h u - y a 1 ． C h i n a U n i v e r s i t y o f M i ni n g a n d T e c h n o l o g y 。 X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C hin a ； 2． Da t u n C o a l - e l ect r i c i ty C o mp a n y T ech n o l o g y Wo r k e r S c h o o l ， P e i x i a n 2 2 1 61 1 ， Chin a ； 3 ． H e n a n S h e n h u o C o a l - e l ect ri c i ty G rou p C o a l Wa s hing P l a n t ， Y o ngc h e ng 4 7 6 6 1 3 ， C hin a Ab s t r a c t T h i s p a p e r a n a l y s e s w o r k i n g p r i n c i p l e ， s t r u c t u r e d e s i g n ， d y n a mi c e q u a t i o n and w o rki n g p a r a mt e res o f Z KB 2 4 6 0 v i b r a t i n g c e n ． Ke y wo r d s l i n e a r v i b r a t i n g s c I L e n；s ync h r o d r l v e；s t r u c t u r e d e s i gn ；p a r a me t e r sel e c t i o n 本干IJ 声明 杂志连续三次被认定为全国中文核心期刊， 黑龙江省优秀期刊。我刊已入编 ， 2 0 0 0年开始加入“ 中国期刊网” 和万方数据网， 作者稿酬由本杂志社一次付清。本杂志社属 自负 盈 亏单位 ， 在本 刊发 表文章收发表 费 ， 同时也付给作者稿酬 ， 如有不 同意 上述 3条 者 ， 请 来 函说 明 ， 本 杂志社 将做适 当处 理。 电子信箱 已启 用 ， 投稿 用 Wo r d排双栏版 。投稿之前 ， 请查看本刊网址投稿须知 ， 在文末 留下 联 系 电 话 。 2 0 0 3年本刊仍 为国际标准大 l 6开本 A 4幅面 ， 8 0页 ， 定价每册 l 0元 ， 全年 l 2册 1 2 0元 ， 订 阅者 可到 当 地邮局订阅 ， 也可来函索取征订单 ， 欢迎订 阅、 投稿 。 2 0 o 3年本刊发布 广告 价格如下 元／ 版 封面 彩 色 4 5 0 0 封二 彩色 3 8 0 0 插页 彩色 3 2 0 0 封底 彩色 4 0 0 0 封三 彩色 3 4 0 0 插页 套色 2 0 0 0 插页 黑 白半 版 1 0 0 0 内页 黑 白 l 2 0 0 内页 半版 6 0 0 维普资讯