直线振动筛

直线振动筛（精选七篇）

直线振动筛 篇1

关键词：振动筛,筛分效率,影响因素

0 引言

运入选煤厂的原煤,其粒度悬殊很大,有的达300 mm~400 mm,最小的颗粒则是可飞扬的煤尘,不论哪一种选煤机,都无法处理粒度差别这样大的原煤。故应根据选煤作业的要求,把原煤加工成粒度差别比较小的颗粒,这主要依靠筛分来解决。直线振动筛是目前我国选煤厂使用最多的一种振动筛,当筛分物料时,希望所有小于筛孔的颗粒全部筛下去,而所有大于筛孔的颗粒全部留在筛面上,但是由于种种原因,在实际筛分中,总有一部分小于筛孔的细粒物料留在筛面上,而筛下产物中也会有一些大于筛孔的粗粒物料。这种现象反映出筛分机的筛分质量有所不同,因此需对筛分机进行工作效果的评定和影响因素的分析。

1 直线振动筛的构造及工作原理

直线振动筛主要依靠激振器产生的定向激振力使筛箱做倾斜的往复运动。这种筛子的激振器是由两根带有不平衡质量的轴组成,两根轴做反向同步回转,使筛箱呈直线运动,所产生的离心力使筛箱发生振动,其振动方向与筛面形成一定角度,使物料在筛面上斜向抛起并落下,以进行筛分。

2 直线振动筛工作效率的评定

2.1 量筛分效率

这种筛分效率不考虑筛下物中混有大于筛孔尺寸的粗粒物料,它表示筛分后筛下物的质量占给料中筛下粒级质量的百分数,可表示为:

量筛分效率undefined。

为了实际应用的方便,设:α为给料中小于筛孔粒级的含量,%;θ为筛上产物中小于筛孔粒级的含量,%;η量为量筛分效率,%。则量筛分效率为:

η量undefined。 (1)

筛分效率越接近100%越好。

式(1)可用于对筛分作业质量要求不高的筛分机,如选煤厂用于准备筛分的筛分机,只要用筛分实验的方法测出给料和筛上产物中小于筛孔粒级的含量,就可计算出量筛分效率。

2.2 总筛分效率

在实际生产中,由于筛孔的结构(如长条孔)以及孔的变形扩大和磨损使有的筛孔比分级粒度大很多倍,筛下物中不可避免地存在“超粒”物料。为此,煤炭部颁布了以总筛分效率计算所有筛分设备的筛分效率,即:

undefined。 (2)

式中:ηs——总筛分效率,%;

β ——筛下物中小于规定粒度的细粒含量,%。

当β=100时,即筛下物中没有“超粒”,则ηs=η量,故量效率公式只是总效率公式的一个特例。

2.3 限下率和限上率

煤炭部颁发的评定筛分设备工艺效果的指标规定筛分效率是综合评定指标,并以限下率和限上率为辅助评定指标,目的是为了具体分析筛上和筛下产物的质量。

(1)限下率,即筛上产物中小于规定粒度的细粒物料占筛上物质量的百分数,即上述的θ。

(2)限上率,即筛下产物中大于规定粒度的粗粒物料占筛下物质量的百分数,即100-β。

对于炼焦煤选煤厂,只按筛分效率评定筛分效果就行了。但对动力选煤厂,除了计算总筛分效率外,还要考虑限下率和限上率这2个辅助指标。

3 影响因素

3.1 物料的性质

对筛分效果有影响的物料性质主要包括粒度组成、物料的湿度、含泥量和形状等。

3.1.1 给料的粒度组成

给料中的粒度大小根据其透筛的难易和对透筛的影响可分为易筛粒、难筛粒、阻碍粒和粗大粒4种。粒度小于3/4筛孔尺寸的颗粒为易筛粒;粒度小于筛孔尺寸,但大于3/4筛孔尺寸的颗粒为难筛粒;粒度为1倍~1.5倍筛孔尺寸的颗粒为阻碍粒;粒度大于1.5倍筛孔尺寸的颗粒为粗大粒。

易筛粒易于筛分,难筛粒不易透筛,阻碍粒易堵筛孔,且妨碍易筛粒透筛,粗大粒在筛分过程中对易筛粒和阻碍粒妨碍不大。显然,物料中易筛粒含量愈多愈易筛分,筛分效率、处理能力就高;反之,物料中难筛粒和阻碍粒含量多,不但筛分效率低,而且处理能力也低。

3.1.2 物料的湿度(外在水分)

当筛孔尺寸一定时,湿度在某一范围内时筛分效率随物料湿度的增加而急剧下降;当水分超过此范围后,水分将促进物料的透筛,这时筛分效率随着湿度的增加而增加。

当筛孔尺寸不同时,湿度的影响也不同。为了保证一定的筛分效率和处理能力,不同筛孔尺寸对湿度有不同的要求,见表1。

3.1.3 物料的含泥量

物料中含有易于结团的粘性物质(如粘土等),甚至在水分很低的情况下,也会粘结成团并堵塞筛孔,使筛分无法进行。因此,对于含泥量过高的煤进行筛分时,必须采取特殊措施,例如用湿法筛分或者在筛分前进行脱泥等。

3.1.4 物料的颗粒形状

颗粒形状对筛分过程的影响程度与筛孔形状有很大关系。物料如果是球形,则透过方孔和圆孔较容易,而扁平形、长条形的颗粒难以透过方孔和圆孔,但可以透过长方形筛孔,所以球形、立方体、多角形颗粒的筛分效果相对条状、片状和板状物料的筛分效果要好一些。

3.2 筛面的运动特性和筛面结构

3.2.1 筛面的运动方式

筛面固定不动的筛子,其筛分效率很低,当筛面的运动方向与筛面接近垂直或呈较大角度时,物料易松散分层,且可防止筛孔堵塞,筛分效率较高,但处理能力低些;当筛面的运动方向与筛面平行或呈较小角度时,物料松散差,易堵塞筛孔,筛分效率也低。不同运动方式筛面的筛分效率见表2。

3.2.2 振幅和频率

振幅和频率决定筛箱运动的速度和加速度,也决定着筛面上物料相对运动的速度和加速度。若筛面运动的速度和加速度过大,物料不易透筛,且设备强度受影响;反之,若筛面运动的速度和加速过小,则物料达不到一定的松散程度,不利于分层。因此,对粗粒物料的筛分应采用大的振幅和小的频率,对细粒物料的筛分可用小的振幅和大的频率。

3.2.3 筛面的长度和宽度

对一定的物料,一般来说筛面宽度决定其处理能力,筛面长度决定其筛分效率。在给料量一定时,宽度小长度大,则筛上料层较厚,筛分效率不高;如果宽度大长度小,料层虽薄,但筛分时间短,筛分效率也不高,适宜的长宽比为2~3。

筛面长度越大,物料在筛面上被筛分的时间愈久,筛分效率也越高,但随着筛分时间的增长,筛面上的易筛粒越来越少,以致筛上只剩下难筛粒,而难筛粒透过筛孔需要较长的时间,故筛分效率的增加也就变慢了。由此可知,为了提高筛分效率,采取任意加大筛子长度以延长筛分时间是不合理的。

3.2.4 筛面的倾角

筛面与水平面的夹角叫筛面倾角,它与筛子的处理能力和筛分效率有着密切的关系,倾角影响筛上物料的移动速度。倾角大,则移动速度大,处理量大,但筛分时间短,筛分效率低;倾角小,则处理量小,但筛分效率可高些。

对于一定的筛孔,当倾角不同时,颗粒垂直下落透过筛孔的通道也不同。倾角越大,颗粒透筛时垂直下落的通道越窄,所能通过的最大颗粒尺寸将越小。

我国目前使用的振动筛的筛面倾角,用于准备筛分时为15o~20o,用于最终筛分时为12.5o~17.5o。

3.2.5 筛孔形状

常用的筛孔有圆形、正方形和长方形。圆形筛孔与其他形状的筛孔比较,在名义尺寸相同的情况下,透过这种筛孔的筛下产物的粒度较小。例如实际透过圆形筛孔的颗粒的最大粒度平均只有透过同样尺寸的正方形筛孔颗粒的80%~85%。长方形筛孔的有效面积较大,生产能力较高,处理含水较多的物料时,能减少筛面堵塞现象,但易使条状和片状物通过,使筛下产物粒度不均匀。因此,当要求筛上物中不含细粒,筛下物中允许有条状和片状颗粒,物粒湿而粘易堵筛孔,以及希望筛下物含量高的情况时,可以采用长方形筛孔。

3.3 操作管理

往筛分设备上给料要适当,不要过多也不要过少。过多,虽然处理能力大,但筛分效率低,只起个溜槽作用;过少,筛子处理能力低,没有充分利用筛子。另外,给料要求连续均匀,要使物料沿整个筛面宽度布成等厚度层。此外,要及时处理和维修筛面。

4 结论

直线振动筛 篇2

摘要：本文介绍了直线振动筛二次减震技术的工作原理及其在临涣选煤厂的应用效果，并总结其在运行中存在的问题及其改进方法。

关键词：直线振动筛 二次减震技术 工作原理 改进措施 概况

安徽省淮北矿业集团临涣选煤厂2008年随着扩建工程第一、第二条生产线的投产，入洗能力增至850万吨；随着第三条生产线全面投入生产，入洗能力已达到1650万吨，一跃成为亚洲最大的集中型炼焦煤选煤厂。在煤炭洗选的生产工艺中，振动筛是较重要的设备之一，它直接影响到产品的生产能力、配料颗粒的精确度和厂房的占地面积等。因此，振动筛的使用效率是很关健的一点。随着年入洗原煤量的逐步加大，直线振动筛在使用过程中逐渐显现的运行噪音大，楼板共振严重等缺点制约着临选厂的洗选生产。二次减震技术的发展运用

从控制理论的观点看，减震方法又可分为隔震技术和减震技术。减震、隔震这两种方法的研究和应用开始于20世纪60年代，这些积极的结构抗震方法与传统的消极抗震方法相比，有以下优点：①能大大减小结构在震动作用下的变形，保证非结构构件不被破坏；②能大大减小结构所受的震动作用，从而降低结构造价，提高结构抗震的可靠性。此外，隔震方法能够较为准确地控制传到结构上的最大地震力，从而克服了设计结构构件时难以准确确定荷载的困难。二次减震技术在直线振动筛上的运用

我厂使用的直线振动筛为奥瑞（天津）工业技术有限公司生产的AHS3673侧驱式直线振动脱介筛，它是一种筛宽为3.6m筛长为7.3m的单通道座式单轴振动筛，主要由筛箱、激振器、弹簧隔振装置及驱动装置等部件组成，该机在我厂的使用参数如下：

■

奥瑞直线振动脱介筛在我厂生产运行时的四角参数如下：

■

奥瑞直线振动脱介筛的减震系统采用的是钢制螺旋弹簧，由于刚性结构的特性限制，振动筛在筛分的同时，产生了一个作用于土建基础的动载荷，使螺旋弹簧支撑座与楼板产生共振现象，尤其是在生产系统启动或者停机时，振动筛产生了更大的振幅，筛箱对土建基础的冲击更大，因此，减少振动筛在使用时对土建基础的动载荷，是我厂面临的一个突出问题。

从建筑学的二次减震技术拓展，在保证临选厂奥瑞直线振动脱介筛的安装尺寸不变动的前提下，在钢制螺旋弹簧的下方安装二次减震梁，以取代原有的螺旋弹簧支撑座，二次减震梁由钢板铆焊件及配重组成，并在二次减震梁下方安装橡胶减震弹簧。为保证筛子主体结构的受力和振幅不受二次减震梁的影响，将筛子同侧的二次减震梁连接成一个整体，保证钢制螺旋弹簧向下传递的动载荷均匀分布在二次梁上。

改造后，直线振动筛经二次减振后对地面的动载荷仅相当于原有结构对地面动载荷的1/5，减轻了筛机对地面的冲击，且筛子在运行过程中更加平稳，噪音大幅降低，进而降低了维修率。另外，还消除了建筑的固有频率和筛机的固有频率相接近时引起的共振，二次减震技术还能有效的减少筛子对厂房的损坏。

运用二次减震技术后的奥瑞直线振动脱介筛在运行中四角参数如下：

■

由改造前后的两组数据得出，二次减震技术不影响筛体运行参数，且降低了筛子对地面的冲击，解决了困扰临选厂的难题。二次减震技术运用到直线振动筛上存在的问题及其改进措施

①筛子在运行过程中特别是启停阶段，筛机整体对钢制螺旋弹簧冲击较大，钢制弹簧容易损坏。针对这一现象，临选厂经多家调研，反复论证后，将钢制螺旋弹簧改为4组共16个气垫弹簧，气垫弹簧外部由橡胶组成，内部空腔充满高压空气，与临选厂的压风机房相连，筛子的入料端的8个气垫弹簧通过高压风管相连，出料端的8个气垫弹簧亦然，保证筛子同端气压相同，不影响筛子整体受力，经过此项改造，可消除弹簧容易损坏的缺陷。②二次减震梁下方的橡胶弹簧容易受外力影响产生形变。针对这一现象，临选厂将二次梁下方的橡胶弹簧做半隔离处理，减轻因筛箱溅料等缘由使橡胶加速老化的不利因素。此项可有效延长橡胶弹簧的使用寿命。结语

经过改造后生产的情况看，在奥瑞直线振动脱介筛上引进建筑行业的二次减震技术以后，主厂房消除了筛机运行时产生的巨大噪音，土建基础的震动感明显消弱，且筛机整体运行平稳，便于稳定洗选产品的产量及其他洗选参数。另外，通过再次改造后的二次减震直线振动筛提高了土建结构的承载能力和可靠度，提高了洗选生产的安全稳定运行，是一个值得选择的新装置。

参考文献：

直线振动筛 篇3

涟钢焦化厂2003年6月装备一台河南太行振动机械股份有限公司生产的BTS2448型振动筛, 用于切焦前对焦炭进行筛分, 然后将焦炭送往炼铁厂大高炉。该振动筛主要由筛箱、筛片、振动器及减震弹簧等组成。它采用WDZS系列双轴振动器激振, 振动器的双轴由两台电动机带动做自同步反向旋转, 电动机固定在支架上, 电动机不参振。其设计参数如下:处理量为200t/h, 倾角15°, 单层筛面 (长4.8米, 宽2.4米) , 振幅10±1m m。

2 改造前存在的问题

我厂BTS2448型振动筛由于其本身设计结构上的缺陷及安装质量等原因, 自投产以来故障多, 维护工作量大。

1) 振动筛由于焦炭落差大, 筛片承受的冲击大, 焦炭经常将筛片击穿, 严重影响筛分效果。2) 筛片的材质 (锰合金) 耐磨性不佳, 使用寿命偏短, 平均寿命约2个月。3) 故障率高, 经常出现焦炭堵料、筛片击穿、筛片紧固螺栓松动、振动系统故障等。4) 维护成本高, 改造前该振动筛全年需备件、材料费用约20万元。5) 环保效果差, 使用振动筛时, 振动噪声大、粉尘多。6) 特别是焦化厂新1#焦炉投产以来, 焦炭产量成倍增加, BTS2448振动筛成了运焦系统正常运行的瓶颈, 对焦炉的稳顺生产构成威胁, 急需对其进行改造。

3 改造方案

溜筛的原理是:利用具有一定机械能 (动能和势能) 的焦炭在重力的作用下通过筛面 (倾角约36°) , 来实现对不同大小焦炭的筛分。我们结合现场实际情况, 先进行测绘, 然后设计将振动筛改造成溜筛。为了降低改造费用, 将振动筛保留筛箱、减震弹簧, 其余的都拆除。调整筛箱的倾角 (约36°) , 将其尾部加固并固定。焦炭从皮带机头落下后, 依次经过皮带机溜槽、筛面、尾部料斗。其中, 筛面分为三段, 上段为铸石砖段, 中段为筛片段, 筛片有2种规格, 采用耐磨合金, 下段为铸石砖段。上段铸石砖段用来化解焦炭对筛片的直接冲击, 筛片段用来筛分焦炭, 下段铸石砖段用来降低焦炭进入尾部料斗的速度。小于90的焦炭从筛片孔进入料斗直接送往炼铁厂, 大于90的焦炭经尾部料斗送到切焦机进行切碎。具体情况见图1、图2。

该改造方案具有以下特点:

1) 利用机械能代替电能, 取消了振动系统。2) 增加筛面铸石砖段, 减轻焦炭对筛片的直接冲击。3) 采用了新材料, 使筛片更耐磨, 使用寿命更长4) 筛片结构简单、实用、巧妙, 具有快速安装、拆卸筛片的先进结构 (见图3) 。5) 可以大幅降低噪声, 减少粉尘污染。

4 改造实施及效果

7月底我厂利用大高炉修风进行检修的有利时机, 进行了改造。改造完成以后, 经过涟钢技术中心、生产部等单位进行了评估鉴定, 鉴定显示改造后的溜筛完全能满足公司的各项工艺要求。二年来的生产实践证明, 该溜筛焦炭处理量可达200t/h以上, 筛分效果好, 焦末含量比改造前降低1%以上, 消除了堵料的现象。故障率、维护成本大幅降低, 基本做到零故障运行, 大幅减轻检修工和操作工的劳动强度, 并且很好地实现了节能 (电能) 、减震 (震动) 、减排 (粉尘) 、降噪 (噪音) , 也减轻了对职工的身体造成的危害。在减震的同时, 可以延长备件、筛焦楼楼体的使用寿命。新筛片的使用寿命可达5个月, 更换更加方便, 时间缩短一半以上。对BTS2448振动筛的改造有力地保障了焦炉、高炉生产的稳顺。该改造深受维修工和操作工的欢迎。

5 改造后的效益分析

经过下面的测算, 振动筛改为溜筛后, 可以看得见的直接效益达33.05万元以上。焦末含量降低产生的效益暂不计算, 降噪、减少粉尘的环保和社会效益暂不计算, 延长筛焦楼楼体的使用寿命产生的效益暂不计算, 减少故障时间产生的间接效益 (例如因筛子故障导致焦炉焦炭减产) 暂不计算。

1) 振动筛改为溜筛后, 筛焦时不需要任何动力, 节能显著, 可节省不少电费。原振动系统配2台18.5kw的电机, 按每天工作20小时, 电费0.6元/度计算, 每年可节约电费0.6×18.5×2×20×30.5×12=16.25万元。2) 因故障维修大为减少, 筛片使用寿命大幅延长, 每月节约振动筛备件、材料费约9000元, 每年可节约费用9000×12=10.8万元。3) 另外, 改造后可减少维修工和操作工各1个, 工人年收入按30000元计算, 每年可节省劳动力成本费30000×2=6万元。

6 结语

在我国建设两型社会、政府大力推进节能减排的今天, BTS2448振动筛改成溜筛的成功, 无疑具有很强的现实和示范意义。公司在用的振动筛不少, 如能完善后进一步推广, 必将产生巨大的效益。

参考文献

[1]王卫东, 何永吉.振动筛改溜筛可行性研究[J].天津冶金, 2003.

直线型钻井液振动筛结构设计 篇4

振动筛是目前常用的机械设备之一, 主要用于脱泥、脱水、筛分、物料输送等, 在选煤、石油化工、矿山、冶金、水利水电等生产部门应用广泛[1,2]。油田钻井作业过程中, 振动筛通过激振电机强迫筛箱振动, 并通过筛箱中的筛网过滤回收钻井液中的液相, 实现钻井液的循环利用[3]。本文利用三维建模软件CATIA对振动筛的总体结构及其重要零部件进行设计, 旨在设计出一种结构合理、适合于我国使用的钻井液振动筛。

1 振动筛振动类型的确定和实现

本文设计的振动筛为双电机自同步直线型钻井液振动筛, 它具有钻井液的处理量大、工作效率高等特点[4]。直线振动筛振动工作原理如图1所示。直线型振动筛使用两台激振电机, 激振轴分别为O1、O2, 其偏心块质量相等, 即m1=m2=m;偏心半径相等, 即r1=r2=r。在坐标系Oxy中, 设原点O为参振部件的质心。工作前, 两偏心块在O1, O2的连线上;工作时, 两电机同步反向转动, 经t时刻后, 两个偏心块转过的角度都为ωt。

对两振动电机进行受力分析, 因偏心质量和偏心距相等, 故两电机技术参数相同。根据单个电机激振力Fm=mrω2可知, 两电机的激振力时时相等。偏心块从起始位置转过ωt后, 两激振器在y方向产生的激振力分力相加, 在x方向的激振力互相抵消。因此, 两激振电机产生的合力始终垂直平分于O1与O2的连线上, 使激振力合力通过参振部件质心, 实现了振动筛参振部件在该方向的直线运动。图2中给出了4个特殊工作位置处偏心块瞬时工作位置示意图, 可以看出存在的合力始终保持在y方向上。

该产品设计使用的电机型号为MVE3500/15L, 其技术参数见表1。由如表1所示的电机技术参数和在CATIA中得到的参振部件的总质量, 可计算出振动筛的振幅[5], 计算公式为:

其中:s为振幅;ω为角速度, ω=2πn/60, n为转速;F为电机激振力;M为参振部件总质量。

在三维软件中对模型称重可得到振动筛筛框质量约为581kg, 设筛箱中正在处理的钻井液质量为100kg, 因双电机激振, 振幅计算如下:

由此可见, 振幅为0.0052m=5.2mm。工作中, 参振部件受减振部件影响, 实际工作振幅比计算值略小, 取振幅为5mm。

2 振动筛主要部件结构设计

振动筛主要由进料斗、筛箱、漏斗、减振系统、筛箱角度调节装置、激振器、筛网、筛网张紧机构等组成。

2.1 进料斗

进料斗设计为堰式进料斗, 结构如图3、图4所示。钻井液流入进料罐后缓慢地漫过溢流堰, 均匀分布于筛箱的筛网上;体积重量偏大的颗粒流入进料罐后无法漫过溢流堰, 实现大颗粒一级筛分。进料罐底部设计有排空堵头, 以排除沉积的大颗粒固相。

1-进料罐;2-出料罐;3-溢流堰;4-排空堵头

2.2 减振系统

减振系统支撑参振筛箱, 衰减非参振部件的动载荷冲击[6]。该减振器为4组悬挂式橡胶复合弹簧, 两个为1组共8个, 如图5、图6所示。其优点是:①具有辅助筛面倾角的调节;②可设计三维空间刚度, 实现三维减振效果;③内摩擦阻力大, 振动筛启动和停止时共振区振幅小、噪声小。根据装配需要, 在静止状态下, 设计橡胶弹簧减振器的预剪切变形量约为Δx=20mm。设橡胶弹簧减振器的剪切刚度为ks, 则有:

由式 (3) 可得:

式 (4) 中M和Δx已知, 经计算, 减振器需满足ks=680N/cm±68N/cm。

2.3 筛网张紧机构

筛网张紧机构主要有两个作用:①给筛网施加所需绷紧力;②保证筛网具有适度的疲劳强度和动、静强度。筛网张紧机构结构如图7、图8所示。其工作原理为:调节张紧螺母2使调节螺栓1受到向外顶出的轴向力, 进而压缩板弹簧3, 让板弹簧有适当的压紧力, 使安装在卡指4上的筛网有适度的绷紧力。

1-减振器螺母;2-天然橡胶;3-金属连接板

1-调节螺栓;2-张紧螺母;3-板弹簧;4-卡指

2.4 筛箱

该筛箱结构如图9和图10所示。筛箱结构设计的核心是确保筛箱的实际重心与设计重心重合, 因此在CATIA软件中首先找出其三维模型的质心位置, 即图9中点O处, 然后利用几何作图法得到激振力作用方向。设图9中的质心与激振力作用线在x方向上的距离为a, 当a>0时, 电机座往x正向移动;当a<0时, 电机座往x反向移动。采用这种逐步逼近法迫使激振力与质心距离a等于或接近零, 满足设计需求[7]。

3 振动筛整体结构设计

振动筛整体结构设计在CATIA的装配设计中进行。整体结构装配前, 首先在CATIA的零件设计中将所有的零件模型建好, 然后将建好的零件模型导入到装配设计界面, 对部件进行装配;接着将所有装配好的部件再次导入到装配设计中进行整机装配, 整机所需要的标准连接件和紧固件 (螺栓、螺钉、螺母、垫片等) 在3Dsource零件库CATIA客户端中可直接调用。装配好的振动筛三维模型如图11所示。

1-张紧机构;2-筛框;3-电机座;4-电机

4 小结

本文针对国内钻井液振动筛情况, 设计出一种新型直线钻井液振动筛。首先采用逐步逼近法设计振动筛筛箱的质心;用三维建模软件CATIA对振动筛的进料斗、筛箱、筛网张紧机构、减振器等主要零部件进行设计, 最后在装配设计中对整机进行装配, 完成了直线型钻井液振动筛的设计。

摘要：确定了钻井液振动筛的振动类型、振动参数;对振动筛的进料斗、减振器、筛网张紧机构及筛箱等部件的结构进行了设计, 并利用CATIA对其零部件进行建模、装配。该设计方法简化了设计流程, 尤其为筛箱的质心位置设计提供了一种有效方法。

关键词：振动筛,结构设计,质心

参考文献

[1]宋书中, 周祖德, 胡业发.振动筛分机械发展概述及新型振动筛研究初探[J].矿山机械, 2006, 34 (4) :73-75.

[2]郭年琴, 匡永江.振动筛国内外研究现状及发展[J].技术与装备, 2009 (5) :26-27.

[3]钻井液固相控制分离手册[M].成都:西南交通大学出版社, 2011.

[4]贺鑫.大型直线振动筛动态仿真研究[D].青岛:青岛科技大学, 2008:16-28.

[5]李玉凤, 李永志, 潘东明, 等.直线振动筛运动学参数的确定[J].煤矿机械, 2008, 29 (3) :33-34.

[6]丁智平, 陈吉平, 宋传江, 等.橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析[J].机械工程学报, 2010, 46 (22) :58-64.

直线振动筛 篇5

随着煤炭加工技术的推广,振动筛分机械已经在工业中得到了广泛的应用。特别是直线型振动筛,常在选煤厂中用于煤炭的脱泥、脱水、脱介和筛分作业。振动筛的结构和材料直接影响其使用性能和寿命。在工作过程中,振动筛主要零部件长期受周期变化的激振力作用,使得筛箱的侧板、横梁及电机主梁等部件极易发生断裂事故,严重影响了筛机的筛分效果和生产效率。因此,需要对振动筛物料的运动状态和运动学参数正确合理地确定,使振动筛的运动满足要求。

1 工作原理

直线振动筛工作时利用同步异向旋转的双不平衡振动器激振,振动器的两组偏心块质量m1=m2,作同步反向转动。在每一时刻,沿振动方向,偏心块产生的离心力分力互相叠加;沿法线方向,离心力的分力互相抵消,从而形成一个方向上的激振力,使筛箱作来回的直线运动。直线振动筛筛箱的运动轨迹和水平线之间成45°夹角,振动筛箱体由4组支承装置支承,在激振力作用下,筛箱的振动使筛面上的物料作连续斜向上抛起和下落。物料在抛起过程中进行松散和分层,下落时与筛面相碰撞,细小颗粒透过筛网完成分级、脱水、脱泥和脱介作业。其工作原理如图1所示。

2 物料运动状态的选择

物料运动状态的选择主要考虑以下因素:物料的易碎性、黏性、含水量、含泥量、粒度、相对密度和摩擦系数;机器的用途和工作面特性等;机器工作的耐久性、效率及工作质量,例如筛分效率与给料精确度等。

当物料处于滑行运动状态时,为了能获得更好的滑行运动并使其输出速度较大,所采取的滑行指数DK应该远大于1,一般取DK=2～3。当物料处于抛掷运动状态时,为了能获得较好的抛掷运动并使其输送速度较大,所采取的抛掷指数一般为D=1.4～5。振动筛的抛掷指数取决于所处理物料的性质,对容易筛分的物料,通常取D=2～2.8;对一般物料,通常取D=2.5～3.3;对难筛分物料,通常取D=3～5。

3 运动学参数的选择

直线振动筛的运动学参数主要包括筛面倾角α、振动方向角β、筛面振幅A、振动次数n和物料运动速度v,其筛分效果和工作效率与这些参数密切相关,所以应该选择合理的运动学参数。

3.1 筛面倾角α

筛面与水平面之间的夹角称为筛面倾角。筛面倾角的大小主要由要求的处理能力和筛分效率决定。当振动筛其他的运动学参数确定后,筛面倾角与处理能力成正比,与筛分效率成反比。参考直线振动筛的实际工作经验,当筛分物料在50 mm以上时,筛面倾角α=5°～10°;当筛分物料在40 mm以下,即进行中、细粒度的物料分离时,筛面倾角α=0°;当进行脱水、脱介和脱泥工作时,筛面倾角α=-5°～0°。

3.2 振动方向角β

振动方向角为振动方向线与筛面之间的夹角,在直线振动筛中表示物料的抛射角。直线振动筛通常近水平安装,有一定大小的振动方向角能确保物料向前跳起运动。一般情况下,对于易筛分物料,为了使物料运动速度较快,通常取振动方向角β=30°～40°,但此时筛分效率不高;对于难筛分物料,为使物料抛射角度大,筛分效率高,通常振动方向角取60°左右,但这时的处理能力较低。

一般国内生产的直线振动筛振动方向角均为45°。采用该角度既能使筛机具有很好的筛分性能,又能获得较高的筛分效率。

3.3 筛面振幅A

根据实践经验得知,与直线振动筛的振幅相关的因素主要包括振动筛规格、用途和物料粒度。通常, 所选择的振幅与振动筛规格及所处理物料的粒度均成正比。当直线振动筛用于分级作业时,振幅应大些;用于脱水、脱泥作业时,振幅稍小些。一般对于直线振动筛,其单振幅A=3.5 mm～5.5 mm。

3.4 筛面振动次数n

直线振动筛筛面的振动次数n与振动筛的抛射强度Kv、振幅A、筛面倾角α及振动方向角β相关,这些参数间的关系可表示为:

undefined。 (1)

其中:Kv为抛射强度,即振动筛筛面法线方向的最大振动加速度分量与重力加速度分量的比值;gn为重力加速度的法向分量。直线振动筛抛射强度Kv一般取2.2～3,其计算公式为:

undefined。 (2)

其中:ω为角频率。通常取undefined为机械强度。

3.5 物料运动速度v

直线振动筛上物料的运动速度表达式为:

undefined。 (3)

其中:速度修正系数K0=0.6～0.8;np为跳跃系数,即物料每次跳动时间与振动周期之比,可根据抛射强度Kv的大小按图2选取;g为重力加速度。

4 计算实例

(1) 合理选取用于块煤脱介的直线振动筛ZK1848的主要运动学参数。

考虑到物料为块煤,其粒度较大,因而振幅A取较大的值,A=5 mm。振动筛用来脱介,因此筛面倾角取α=0°,振动方向角取β=45°。抛射强度Kv=3,得振动次数为:

undefined。

(2) 计算结果分析:

由振动次数n的计算公式不难看出,振动次数主要由抛射强度Kv与振幅A确定。振动次数表示物料振动的快慢,物料的运动速度与振动频率成反比,因此物料运动速度较大的振动筛其频率宜低,但为了保持槽体的加速度稳定,振幅要大。振动次数与物料粒子的形状和大小有密切关系。频率较低、行程较长的振动筛筛分物料的适用范围较为广泛。

一般来说,用来分级作业的振动筛通常选用低频大振幅筛;用来脱水、脱介作业的振动筛选用高频小振幅筛;用于潮湿小颗粒黏性物料的筛分作业应选用低频大振幅。实践经验表明,振动筛的工作频率不应小于700 r/min。考虑到振动筛的不同用途,一般实际工作中筛机的频率控制在800 r/min～900 r/min,由此可见本实例中参数的确定比较合理。

5 结语

本文对直线振动筛的工作原理和运动学参数进行分析,有助于在实际设计过程中提高直线振动筛总体质量,对振动筛结构和性能的改善和提高具有一定的指导作用。

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直线振动筛 篇6

近年来,直线电机由于特有的技术优势,成为电机的研究热点之一[1]。越来越多的研究人员投入到相关领域,并且有大量文献陆续发表出来。其中,直线振动电机是利用方向交变的电磁力(或电磁力和弹簧力配合)产生往复直线运动的驱动机构,同传统旋转电机相比[2,3,4],由于没有从旋转运动到直线运动的转换机构,具有结构简单、体积小等优点,被广泛应用于小型空气压缩机、电磁阀、搅拌机等电磁机构中。直线振动电机从结构来划分,有动圈式、动铁式、动磁式等[5,6],其中某些动圈式和动磁式直线振动电机的电磁力特性接近线性[7],在线性负载使用场合时,上述线性出力的直线振动电机得到了较好的应用,但在非线性附载使用场合,线性出力特性的直线振动电机同负载特性难以匹配,影响效率的进一步提高。而且某些动圈式和动磁式直线振动电机中采用永久磁铁作为激励源或动子[8,9],永磁材料长期使用后的磁特性变化也会影响到工作性能,也是一部分直线振动电机的研究必须解决的技术难点。本文研究了一种动铁式直线振动电机,具有非线性的电磁力特性,特别适合于非线性负载的使用场合,运动部件采用硅钢叠片结构,没有永磁材料磁特性变化带来的技术问题,特别适合于需要长使用寿命的工作环境。

2电机结构和工作原理

本文研究的动铁式直线振动电机结构简图如图1所示。图中振动电机由电机动子、电机定子、线圈和弹簧等部件构成。其工作原理如图2所示,图2(a)中电机动子在运动位置的上限端,线圈通直流电流,线圈电流产生的磁通流经的路径如图2(a)所示,根据磁路特性,磁吸力作用的结果是使磁路中的磁阻最小,电机动子受到向下的电磁力开始运动,并压缩弹簧储能。当达到图2(b)所示的位置时,磁路中磁阻达到最小,磁路中的磁通达到最大值,但是由于左右磁路对称,动子受到的向下的电磁力为零。此时断掉线圈电流,动子在弹簧单一力作用下运动至图2(c)所示的最下端,然后开始反向运动。运动至图2(d)位置时,线圈通电流产生向下电磁力大于弹簧力,动子开始减速,当动子反向运动至图2(a)所示位置时开始下一个运动循环。由上述直线振动电机的工作原理可知,电机动子在线圈电流和弹簧的共同作用下,作直线往返运动,线圈施加的控制电压波形如图3所示,线圈电压为矩形方波。

3静态电磁力仿真模型

静态电磁力特性是指直线振动电机绕组中通恒定的直流电流,动子处于恒定位置,动子受到的电磁力-位移特性。静态电磁力特性是直线振动电机最基本的特性,是电机动态分析和优化设计的基础。本文采用有限元方法仿真分析直线振动电机的静态特性,得到电机的电磁力数值结果、磁力线分布和磁密分布。由图1看出,动铁式直线振动电机为圆周对称结构,因此可采用二维有限元模型来进行静态电磁力特性仿真分析。将计算区域取为电机及周围的部分空气区域,在忽略铁心涡流损耗、磁滞损耗的情况下,矢量磁位A 表示的二维电磁场方程如式(1)所示:

undefined

式中,A和J分别表示矢量磁位A和电流密度J的z轴方向分量,即A=Ak,J=Jk,μ是磁导率。根据麦克斯韦应力式,磁力F由式(2),式(3)获得:

undefined

式中,B为磁感应强度,μ0为真空磁导率,n为受力面的法向量,A为受力面积。

采用二维有限元模型进行直线振动电机静特性仿真,其仿真模型的网格划分如图4和图5所示,基于结构对称性,二维模型只建了主磁路1/2截面部分,主磁路包括电机定子、动子、工作气隙和线圈。从图中可以看出在不同位置处(动子处于对称位置和顶部位置)有限元网格的划分情况,在此特别指出的是当动子位置不同时,工作气隙的网格剖分差别较大,但共同的一点是,工作气隙涉及到电磁力的正确求解,因此在整个有限元模型中剖分最密。

4静态电磁力仿真结果

采用二维轴对称有限元仿真模型对直线振动电机进行电磁特性仿真,获得的磁力线分布情况如图6所示。图6(a)所示为动子在对称平衡位置时磁力线分布情况,线圈激磁电流为0.4 A,此时动子所受电磁力为0。图6(b)所示为动子在位移16 mm时磁力线分布情况,线圈激磁电流也为0.4 A,此时动子所受向下电磁力为21 N。

图中动子静态电磁力特性曲线F=f(x,i)如图7所示,图中示出了动子在不同位置不同电流下的电磁力。从图7中可知在动子位移10 mm处受到的电磁力最大,此时动子位置如图6(c)所示,即动子刚进入定子的空心圆柱气隙磁场中。从图7中可知在动子位移0 mm处受到的电磁力最小,接近于零,此时动子处于对称平衡位置,如图6(a)所示。当动子继续向下运动时,在-x位置处,动子受到向上的电磁力,其大小与在x位置处的电磁力大小相等。从图7可知,动子在整个行程中其电磁力具有非单调和非线性的特点。

直线振动电机的静态电磁力实验装置主要用于反映动子在恒定电流下,电磁力与位移之间的关系。为了对电磁力特性仿真结果进行试验验证,设计了静态电磁力测试装置,将动子与压力传感器固定,使用螺杆调节动子的位置,测量电磁力使用量程100 N的CZL-1B力传感器,测量位移使用量程25 mm的WDL-25直滑式导电塑料位移传感器。静态电磁力仿真和实验结果如图8所示,通过实验结果和仿真结果的比较可知仿真结果的正确性。

5结语

随着对直线振动电机研究的深入,适宜非线性负载应用场合的直线振动电机的研究越来越受到关注。以动铁式直线振动电机为研究对象,其电磁力特性具有非线性特点,对该电机进行了静态电磁力特性二维有限元仿真和实验研究,给出了电机的有限元模型、磁力线分布和电磁力仿真和实验结果,为接下来的电机动态电磁力特性研究和结构优化设计提供了基础。

摘要：对动铁式直线振动电机进行研究,采用有限元仿真和实验测试相结合的方法,对直线电机的电磁力-位移特性进行分析研究。实验结果表明仿真的正确性。创新点在于该电机为非线性电磁出力特性,特别适于压缩机等非线性负载应用场合,且无永磁电机失磁弱点。电磁分析为动态电磁力特性研究和结构优化设计提供了基础。

关键词：直线电机,振动,非线性,有限元,电磁力

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直线振动筛 篇7

关键词：线振动台,垂直度,误差分离技术,齐次变换,谐波分析

0 引言

在惯性仪表的测试中线振动台能产生精密的谐波加速度, 主要用于高精度陀螺仪、陀螺加速度计的过载测试、标定、鉴定。线振动台台面对运动直线的垂直度误差将导致惯性仪表中的输入轴产生一定的比例误差, 为精确标定惯性仪表的误差模型系数, 必须对台面垂直度误差加以限制。

检验端面对轴线垂直度误差的传统方法, 是用导向块或心轴体现最基准轴线, 经找正后, 以平板或直角座为测量基准, 用指示计在整个被测表面上测量, 并取指示计的最大读数差作为被测端面对基准轴线的垂直度误差[1,2]。但这种检测方法不符合GB1958-80规定的端面对轴线垂直度误差定义, 因而测量结果不可靠, 只能用于检验位置精度要求较低的零件[3,4]。

针对这一问题, 本文采用直角方尺与测微仪相结合的方法, 对台面上不同位置的方尺表面对测微仪间隙变化进行测量, 定义相应的空间直角坐标系, 采用齐次变换的方法得出线振动台台面对运动直线垂直度误差与测微仪读数的关系, 然后运用谐波分析法分离并计算出相应的垂直度误差。

1 测试原理及坐标系的建立

线振动台主要由机械台体、电控柜、工控机、电缆等组成, 利用直角方尺和测微仪可以测量出工作台面对于运动直线的垂直度误差。

如图1所示, 当线振台处于零位时定义竖直方向上测微仪与台面的距离及台面与机构摆动中心的距离分别为D和L, 线振动台台面瞬时位置到初始位置的位移为H, 它可由光栅尺直接测量出来。为了从几何上阐述其原理, 下面建立了一系列相应的坐标系。

基准坐标系o0x0y0z0, 如图1所示, o0x0y0平面是与测微仪等高的平面, o0x0指向测微仪方向, o0z0指向为竖直向上, o0y0与它们构成右手坐标系。

机构摆动中心坐标系o1x1y1z1, 在理想情况下由基准坐标系o0x0y0z0沿o0z0移动位移 (H-L-D) 形成, 即移动到瞬时的摆动中心, 考虑正弦机构寄生转动Δαx、Δαy、Δαz和移动误差量Δx、Δy、Δz。如图1所示, o1z1轴与平均运动直线平行向上, 与o1x1和o1y1构成右手坐标系。机构摆动中心坐标系相对基准坐标系的位姿矩阵为

式中, Δαx、Δαy、Δαz、Δx、Δy为周期函数, 可展成Fourier级数:

台面坐标系o2x2y2z2与台面固连, 理想情况下由机构摆动中心坐标系o1x1y1z1沿o1z1轴移动L形成。考虑到台面与运动直线垂直度误差Δθx、Δθy, 方尺所转过角度γ时 (如图2所示γ有4个位置) , 台面坐标系相对机构摆动中心坐标系的位姿矩阵为

方尺工作面坐标系o3x3y3z3与方尺固连, 理想情况下由台面坐标系o2x2y2z2沿o2z2轴移动 (D-H) 形成。考虑到方尺的垂直度误差Δ准x、Δ准y, 方尺工作面坐标系相对台面坐标系的位姿矩阵为:

利用坐标系之间的传递关系可知方尺工作面坐标系相对基准坐标系的位姿矩阵为

2 干扰误差源的消除

由齐次变换阵T30中各元素所代表的意义可知h14、h24分别表示方尺工作面坐标系相对基准坐标系在x、y轴方向的偏移量, 可以通过测微仪得到, 将式 (1) 、式 (7) 、式 (8) 分别代入式 (9) 中并忽略式中的二阶小量得:

分别取γ=0°、90°、180°、270°, 代入上式可得:

当γ=0°时, 如图2 (a) 所示, 测微仪的读数dx1方向为x轴的反方向, 可表示为

当γ=90°时, 如图2 (b) 所示, 测微仪的读数dy1方向为y轴的反方向, 可表示为

当γ=180°时, 如图2 (c) 所示, 测微仪的读数dx2方向与x轴同向, 可表示为

当γ=270°时, 如图2 (d) 所示, 测微仪的读数dy2方向与y轴同向, 可表示为

根据式 (10) 、式 (12) 得

根据式 (11) 、式 (13) 得

从式 (14) 、式 (15) 中看出直角方尺的垂直度误差Δφx、Δφy被补偿, 接下来可采用谐波分析法分离出线振动台台面对运动直线的垂直度误差Δθx、Δθy。

3 谐波分析法在误差分离中的应用

由式 (2) ~式 (6) 知, 变量Δαx、Δαy、Δx、Δy都是关于正弦机构曲柄轴转过的角度的函数 (角度即为ωt) , 由线振动台的工作原理可知变量可表示为H=H0sinωt, 其中H0是台面的振幅且为常数。下面运用谐波分析法, 求台面相对运动直线的垂直度误差Δθx、Δθy。

对式 (14) , 对ωt进行离散化, 令2πi/n, 其中n=6, i=1、2、3、4、5、6。将式 (3) 、式 (5) 代入式 (14) 中整理得

利用中一次谐波的正弦项幅值, 有

由于线振动台结构采用4根滑柱过盈配合, 所测的Δαx、Δαy很小, 可以在静态下由水平仪测出, Δx、Δy可以由测微仪测出, 式 (16) 可以转化为

采用同样的方法处理式 (15) , 令, 最终可求得:

由式 (17) 、式 (18) 中看出, 运用谐波分析法成功地将线振动台台面对运动直线的垂直度Δθx、Δθy误差分离。

4%计算实例

根据上述方法测得实例数据如表1所示:

将以上数据分别代入式 (17) 、 (18) , 结合已知条件D=60 mm、L=400 mm、H0=30 mm, 可计算得Δθy=2.14″, Δθx=-6.31″, 两个方向的合成误差为。

5 结论

本文采用测微仪与直角方尺作为测量工具设计了线振动台工作面对运动直线的测试方法, 推导了测微仪的读数与相关误差源之间的关系, 通过方尺转动固定角度抑制了直角方尺的垂直度误差, 最终采用谐波分析法分离出振动台台面对运动直线的垂直度误差, 并补偿了寄生转动和径向偏移误差带来的垂直度测试误差的影响,

参考文献

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