新型双质体振网筛的研究与应用.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 文章编号 1001 - 3571 2009 03 - 0013 - 03 新型双质体振网筛的研究与应用 张忠纯,高利民,侯聚林 唐山学院,河北 唐山 063020 摘要文章提出了一种采用全新原理与结构的新型双质体振网筛,并介绍了该双质体振网筛的结 构模型、数学模型、动力学分析以及应用情况。 关键词双质体振网筛;结构模型;数学模型;动力学分析;应用 中图书分类号TH237 16 文献标识码 A 修改稿收稿日期 2009 - 04 - 16 作者简介张忠纯1963 - ,男,河北唐山人,副教授,现就职 于唐山学院,主要从事机械设计与研究工作, E - mail zzc19631119 1261com,联系电话 13633259982。 用经济的筛分方法对细粒物料进行分级是当前 筛分技术发展中的难题之一。目前在用的筛分 机 [1 ]大多为高频振网式和整机振动式。高频振网 式筛分机具有很强的分级能力,但输送能力较差; 整机振动式筛分机具有很强的输送能力,但分级效 果较差,且受结构强度的限制。新型双质体振网 筛 [2 ]正是基于此种状况而研制的。该筛具有筛面 加速度大,筛面做弹性运动,物料呈跳跃式前进以 及不堵孔等特点。文章对新型双质体振网筛动力学 模型和工艺参数进行了分析和研究,以为新型双质 体振网筛的工业化设计提供理论依据。 1 新型双质体振网筛动态特性研究 111 结构模型 如图1所示,在新型双质体振网筛筛箱内有张 紧安装的筛网,筛网为复层粘结的金属丝编织网, 筛网两端弯边成钩状,用拉紧装置把筛网张紧安装 在筛箱里面;在筛网的下面,有一系列带橡胶帽的 振动臂板来托住筛网;振动臂板固结于轴上,轴用 橡胶铰轴支承于筛箱的两侧板上,轴头伸出筛箱 外;在轴头上固结振动杠杆,在振动杠杆的另一端 饺接弹簧连杆;主振弹簧的一端与弹簧连杆连接, 另一端与筛箱连接,并通过弹簧连杆上的螺母把弹 簧压紧在筛箱上。由振动臂板、轴、振动杠杆、弹 簧连杆及主振弹簧和橡胶铰轴组成的弹性连接与筛 箱上的直接激振筛网的弹性系统组成为振动系统; 筛箱用隔振弹簧支承于地基上,在筛箱上安装有高 频激振电机与低频激振的振动电机。 11筛箱; 21筛网; 31振动杠杆; 41高频激振电机; 51低频激振电机; 61橡胶帽; 71振动臂板; 81轴; 91橡胶铰轴; 101弹簧连杆; 111主振弹簧; 121隔振弹簧; 131拉紧装置 图1 新型双质体筛结构模型 112 数学模型及动力学分析 根据新型双质体振网筛结构模型分析筛箱与 隔振弹簧组成第一个振动系统,在筛箱上安装第二 个振动系统,即主振系统,激振源置于筛箱上。因 而,这是一个两质体、两个自由度的受迫振动系 统,其数学模型 [3 ]如图 2。 图2 新型双质体振网筛数学模型 若忽略系统的阻尼,此系统为无阻尼受迫振 动,其受力分析方程为 m1x1 - k1x1 k2 x 2 - x1 Qsinωt, m2x2 k2 x 2 - x1 , 1 式中m1为筛箱质量,kgs 2 /cm;m2为主振系 统转化到O1图 1 处的质量,kgs 2 /cm;K1为 隔振 弹簧刚度,kg/cm;K2为主振弹 簧 刚 度, kg/cm;Qsinωt为作用于m1上的激振力,N; ω为 31 第3期 2009年6月 选 煤 技 术 COAL PREPARATI ON TECHNOLOGY No13 Jun12009 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 角速度,1/ s。 将式1中第一式两端除以m1,第二式除以 m2,整理得 x1 k1 k2 x1 x1- k2 m1 x1 Q m1 sinωt, x2- k2 m2 x1- k2 m2 x20。 2 令 a k1 k2 m1 , b k2 m1 , e k2 m2 , q Q m1 ,并代入 式1 , 得 x1 ax1- bx2 qsinωt, x2- ex1 ex20, 3 则3式的特解为 x1 Csinωt, x2 Dsinωt, 4 式中C为m1的振幅,cm;D为m2的振幅,cm。 将4式代入3式,得 a - ω 2 C - bD q, - eC e -ω 2 D 0。 5 由5式得出 C qe -ω 2 a - ω 2 e -ω 2 - be, D qe a - ω 2 e -ω 2 - be 。 6 式6即为双质体两个自由度无阻尼受迫振 动的两个质体的振幅计算公式。当ω 2 e k 2 /m 2 时, C 0, D - q/b - q K2/m1 m1q K2 Q /K2。 这说明,在质体m1上附加一个弹性系统 m 2、 K2 [4] ,并使激振频率 ω 2 K2/m2,这时m1将不振 动,而m2则以Q /K2弹簧K2在力Q作用下的静变 位为振幅而振动。 这既是动力阻振器的原理,也是 设计双质体筛的出发点。 2 新型双质体振网筛结构与工作原理 如图3所示,筛机由电控箱、筛箱、筛网、高 频电磁激振器、低频传动系统、弹性连接系统、机 架、橡胶减振弹簧、底座等组成。机架内水平设有 电动机、支撑、低频惯性激振器,筛箱通过支撑、 矩形剪切橡胶弹簧与机架弹性连接,电动机通过主 动皮带轮、三角皮带、从动皮带轮带动单轴惯性激 振器旋转;单轴惯性激振器采用外置式偏心结构, 机架两侧各布置一组激振器,每组激振器两套轴 承,中间轴由挠性盘将两组激振器连接在一起,形 成一个整体的惯性激振器;电动机通过三角皮带使 激振器主轴回转,主轴上的偏心块回转运动产生的 惯性力使筛箱沿倾斜方向作相对振动,并使物料向 前运动。 11电控箱; 21筛箱; 31筛网; 41高频电磁激振器; 51低频传动系统; 61弹性连接系统; 71机架; 81橡胶减振弹簧; 91底座 图3 新型双质体振网筛结构原理图 一个振动频率为50Hz高频电磁激振器通过一 个弹性系统直接激振筛网,来加大筛面的振动强 度,从而实现筛面的自清洗功能,防止筛孔堵塞, 有利于细粒物料的分级、脱水、脱泥、脱介。采用 另一振动频率为25Hz的低频、近直线的振动来激 振筛箱,以加大物料的输送速度,克服单纯的振网 筛必需加大筛箱倾角来提高物料的输送速度的弊 端,从而避免了筛机安装角度较大的缺点。这样, 筛网一方面受到垂直于筛面的50Hz的激振,另一 方面筛面整体又参与了随筛箱一起的振动,从而实 现了筛面的复合振动,既提高了筛面的透筛能力, 又提高了物料在筛面上的输送速度。 3 实际应用 311 在矿物分级中的应用 当处理含细粒物料的矿浆时,筛面宽度比长度 或面积具有更重要的作用。换句话说,当保持适当 的给料和矿浆浓度时,新型双质体振网筛就能保证 高效的湿式分离。为满足期望的浮选原矿粒级分 布,采用了新研制的叠层复合式筛网。该筛网是由 不同筛孔尺寸的不锈钢丝网叠合在一起,周边用聚 氨酯橡胶粘接而成,第1层筛孔最小,称为主筛 网;第2层筛网的孔径比第1层筛网大一个孔序, 称为防堵筛网;第3层筛网则强度尽可能大,钢丝 直径尽可能小,以增大筛网开孔率该筛单层开 孔率可达到40以上 , 并支撑一、二层筛网,使 之保持足够大的强度和刚度,而且要避免因钢丝直 径过粗使第1、2层筛网凹凸不平形成塌陷而影响 筛网使用寿命。 41 第3期 选 煤 技 术 2009年6月25日 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 新型双质体振网筛于2007年5月应用于内蒙 古包钢白云鄂博铁矿。该矿对铁矿石粒度和化学成 分要求严格,要求杂质含量低,且粒度分布必须在 011～1mm之间。采用传统筛分即可满足1mm上 限粒度的要求,但是要满足011mm的下限粒度要 求却成问题。在确保最大回收率的情况下,采用了 新型双质体振网筛,从筛上产物中去除 011mm 的粉矿。为了使前已脱水的筛上产品在洗矿槽再造 浆,喷淋装置直接向洗矿槽喷水,这样可以使筛上 物在洗矿槽重新造浆,固体颗粒彻底翻转和碎散, 进而再经筛分使粗、细物料分离。通过多次洗矿、 筛分和重复造浆,新型双质体振网筛的筛上产品完 全满足铁合金生产原料所需的粒度规格。安装新型 双质体振网筛后,目前可以有效地回收48～ 56原向沉淀池排放的细粒副产品。 312 在煤矸石砖厂的应用 在制砖生产中,原料制备过程中要应用最紧密 堆积原理,对原料中粗、中、细颗粒组成比例有一 定要求。对不同性能、不同颗粒组成的原料,其比 例要求不一样。煤矸石块度较大,且坚硬,不能直 接用来制坯,必须做粉碎处理,粉碎后物料的粒度 级配对原料的工艺性能以及产品合格率、产品质量 均产生较大的影响。合理的物料粒度级配可增加塑 性指数,提高产品强度,减少物料中有害杂质对成 品砖的损害。一般来讲,制砖原料颗粒组成要求 是 2mm的占100 ,或 1mm的占60。但 根据成品砖的孔隙率及使用情况不同,对原料粒度 组成的要求也有差异,现大多以3 mm、2 mm、 1mm三个级别分级。 目前,一般制砖原料处理作业中,先用颚式破 碎机粗碎,再用锤式破碎机进行细碎,由于锤式破 碎机筛板控制粒度远不能满足制砖原料粒度级配的 要求,因而必须进行筛分。一般振动筛用于该作业 筛分效率低,易堵孔,很难筛透,不仅增加了破碎 机的负荷,而且造成制砖料过粉碎,使坯体孔隙率 过低,延长干燥、焙烧周期,成品易出现裂纹、易 爆裂。另外,振动筛不易密封,开车后灰尘极大, 严重污染周围环境和影响工人健康。而且,这类振 动筛本身也存在机械结构复杂,维修量大,更换筛 网困难等一系列问题,基于以上情况,许多煤矸石 制石砖厂已弃置不用。 新型双质体振网筛则可适用于矸石粉、页岩 粉、粘土、粉煤灰等粉体物料的筛分。目前,该筛 已在北京、河北、山东、辽宁等地的制砖厂广泛使 用。一般是用笼式破碎机与新型双质体振网筛配 套,也可与其他破碎机配套,工艺效果显著,可使 成砖率由原来的50～60提高到92以上。 313 在水煤浆工业中的应用 水煤浆是一种新型、洁净的燃料,随着制浆技 术的不断完善和提高,其应用领域越来越广泛。在 水煤浆喷燃过程中,为保证喷嘴不致堵塞,必须在 制备过程中或喷燃前滤浆隔粗。新型双质体振网筛 在磨矿制浆流程中应用较多,效果也好,近来用于 煤泥不经磨矿直接制浆也取得了良好效果。新型双 质体振网筛用于水煤浆制备和喷燃前滤浆隔粗,由 于筛面开孔率高、振幅小、频率高,能够迅速使合 格浆体透筛,截留粗颗粒、剔除杂物,便于水煤浆 的贮运和燃烧。同时,新型双质体振网筛适用于高 浓度水煤浆的在线滤浆。 4 结语 理论分析及试验均证明,筛机产生复合振动是 可以实现的,所建立的数学模型及动力学分析计算 的结果均可指导设计,这为筛机设计提供了一个新 的思路,为新一代筛机的发展开辟了新的途径。实 践表明,应用新型双质体振网筛取代尼龙细筛的选 矿厂均实现了精矿质量和产量的双提高,从而有效 提高了企业经济效益和市场竞争力。 参考文献 [1] 张恩广 1筛分破碎及脱水设备[M ]1北京煤炭 工业出版社, 19901142～1471 [2] 赵跃民,陈惜明,朱红 1潮湿细粒物料的透筛粘附 模型[ J ]1中国矿业大学学报, 2000,29 2 120～1231 [3] 杨国华 1潮湿煤炭干法深度分级研究新进展[J ]1 中国矿业大学学报, 2000, 29 2 164～1661 [4] 吴明德 1弹性杆件稳定性理论[M ]1北京高等 教育出版社, 19881127～1351 51 第3期 张忠纯等新型双质体振网筛的研究与应用 2009年6月25日