（机械制造及其自动化专业论文）粒度精确分级极难筛卡堵问题的分析与试验研究.pdf

摘要 摘要 粒度精确分级检验筛是一种用于对粒度在5 l o o m m 之间的工业原料进行精 确分级和检验的筛分机械。根据客户使用回馈情况来看，该设备虽然解决了物 料的多级精确分选，极大的提高了生产过程物料粒度检验的自动化水平，然而 该检验筛在使用过程中不可避免的出现了物料的卡堵现象，工作一段时间后须 进行人工清理。本文针对上述问题展开研究，深入讨论了物料卡堵的原因、概 率与解决办法，分析了粒度精确分级检验筛系统中各参数的改变对物料卡堵的 影响，得出了一些有益的结论，并对粒度精确分级检验筛进行了改进，提升了 该设备的防卡堵性能和筛分性能。 该文对粒度精确分级检验筛系统的主要结构和工作原理进行了详细介绍， 分析了物料在筛面上的运动规律，结合粒度精确分级检验筛的实际工作环境， 找到了筛分过程中物料卡堵原因，进而利用概率统计学的方法分析了物料卡堵 概率，并试验研究了筛机动力学参数对物料卡堵概率和剔卡效率的影响，得出 了一些有利于减少物料卡堵现象的结论。将振动筛的物料筛分过程和剔卡过程 区分开来，提出了在源头上( 筛分过程) 控制卡堵现象发生的方法；对于避免 不了的卡堵，提出了采用调节振动筛自身工作参数或依靠辅助装置的方法来实 现剔卡。在此基础之上，根据粒度精确分级检验筛在防止筛网卡堵方面存在的 问题和不足，对粒度精确分级检验筛的结构、筛网和剔卡方式等方面进行改进， 旨在提高其筛分性能和防卡堵性能。 试验数据表明，对粒度精确分级检验筛的改进是合理有效的，不但提升了 粒度精确分级检验筛的筛分性能和防卡堵性能，而且优化了筛机结构、提高了 筛机运行稳定性。通过对物料卡堵问题的理论研究和试验研究，得出的有益结 论可应用到振动筛的工作参数优化和实际设计工作中，为进一步提高振动筛的 防卡堵性能提供了有力的理论依据。 关键词：振动筛粒度检验精确分级卡堵试验研究 a b s t r a c t 一一 ab s t r a c t t h ea c c u r a t es i z e g r a d i n gv i b r a t i n gs c r e e nw h i c hd e v e l o p e db yz h e n g z h o u u n i v e r s i t ya n dc o ，l t d x i n x i a n gs i d ai su s e df o ra c c u r a t eg r a d i n ga n dt e s t i n go f 5 10 0 m mi n d u s t r i a lr a wm a t e r i a l s n e wt e c h n o l o g i e sa n dn e wt e c h n i a u e s a r e a d o p t e dt om e e tt h ep r o c e s so fs c r e e n i n g ，r e m o v i n ga n dt r a n s p o r t a t i o nw h e nt h e a c c u r a t es c r e e n i n g ，m u l t i l e v e lg r a n u l a r i t i e sc a nb ea c c u r a t eg r a d e di no n e s c r e e n i n g p r o c e s s h o w e v e r , a c c o r d i n gt ot h ec a s eo fc u s t o m e rf e e d b a c k ，a l t h o u g ht h ep r o b l e m o fa c c u r a t eg r a d i n gi ss o l v e da n dt h ea u t o m a t i o nl e v e lo f p a r t i c l es i z et e s t i n gi nt h e p r o d u c t i o np r o c e s s1 sg r e a t l yi m p r o v e db yt h i sd e v i c e ，i n e v i t a b l em a t e r i a l a m 瑚i n g p h e n o m e n o na p p e a r sd u r i n gt h eo p e r a t i o n ，s ot h e a c c u r a c yo ft h ei n s p e c t i o ni s r e d u c e d ，al o to ft r o u b l e sa r eb r o u g h tt oc u s t o m e r sb yt h i sp h e n o m e n o n t h i sp a p e r s t u d l e st h e s ei s s u e sw h i c hm e n t i o n e da b o v e ，t h er e a s o n s ，p r o b a b i l i t y 锄ds 0 1 u t i o n so f m a t e n a lj a m m a n ga r ed i s c u s s e dd e e p l y t h ei m p a c to ft h e a c c u r a t es i z e 鲫i n g v 1 b r a t i n gs c r e e ns y s t e mp a r a m e t e r so nt h em a t e r i a lj a m m i n gi sa n a l y z e di nt h i sp a p e r t h ea u t h o rh a sc o m et os o m eu s e f u lc o n c l u s i o n sa n dm o d i f i e s t h ea c c u r a t es i z e g r a d i n gv i b r a t i n gs c r e e n ，t h e s c r e e n i n gp e r f o r m a n c ea 芏1 dm ea n t i b l o c k i n g p e r f o r m a n c eo ft h i sd e v i c ea r es i g n i f i c a n t l ye n h a n c e d i nt n l s p a p e r , t h em a i ns t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo ft h ea c c u r a t es i z e g r a d i n gv l b r a t i n gs c r e e ns y s t e ma r ed e s c r i b e di nd e t a i l ，t h em o v e m e n to ft h em a t e r i a l mt h es c r e e ns u r f a c ei s a n a l y z e d ，t h er e a s o n so fm a t e r i a lj a m m i n gi nt h es c r e e i l i n g p r o c e s sa r ef o u n dw i t ht h ea c c u r a t es i z e g r a d i n gv i b r a t i n gs c r e e n sa c t 叫w o r k i n g e n v l m 砌e n t ，t h e nt h ep r o b a b i l i t yo ft h em a t e r i a lj a m m i n gi s a n a l y z e db ys t a t i s t i c a l m e t h o d s ， a n dt h e i m p a c to ft h ek i n e t i cp a r a m e t e r so nt h em a t e r i a l j 锄功i n g p r o b a b i l i t ya n dt h ej a mr e m o v i n ge f f i c i e n c yi sa n a l y z e db ye x p e r i m e m a ls t u d y ，t h e n w ec o m et os o m ec o n c l u s i o n so fr e d u c i n gm a t e r i a l j a m m i n gp h e n o m e n o n t h e s c r e e n l n gp r o c e s sa n dt h ej a mr e m o v i n gp r o c e s sa r e s e p a r a t e d ，m e t h o d so fp r e v e n t i n g m a t e f i a lj a m m i n gp h e n o m e n o ni nt h es o u r c e ( s c r e e n i n g p r o c e s s ) a r ep r o p o s e d ：t ot h e p a r t l c j e sw h l c h c a nn o tb er e m o v e d ，t h em e a s u r e so fa d j u s t i n go p e r a t i n gp a r a m e t e r s o ra d d i n ga s s l s t l v ed e v i c e sa r e p r o p o s e d o nt h i sb a s i s ，a c c o r d i n gt ot h ep r o b 】e m sa 1 1 d i i a b s t r a c t d e f i c i e n c i e si np r e v e n t i n gm a t e r i a lja m m i n gp h e n o m e n o no fa c c u r a t es i z eg r a d i n g v i b r a t i n gs c r e e n ，t h ea u t h o rh a sm o d i f i e dt h ea c c u r a t es i z eg r a d i n gv i b r a t i n gs c r e e n f r o mi t ss t r u c t u r e ，s c r e e n ，a n dt h ew a yo fj a mr e m o v i n gt oe n h a n c et h es c r e e n i n g p e r f o r m a n c ea n d t h ea n t i b l o c k i n gp e r f o r m a n c e t h ee x p e r i m e n t a ld a t as h o w st h a tt h em o d i f i c a t i o no ft h ea c c u r a t es i z eg r a d i n g v i b r a t i n gs c r e e ni sr e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e t h i sm o d i f i c a t i o nn o to n l ye n h a n c e st h e s c r e e n i n gp e r f o r m a n c ea n dt h ea n t i - b l o c k i n gp e r f o r m a n c e ，b u ta l s oo p t i m i z e st h e s t r u c t u r e ，a n di m p r o v e st h eo p e r a t i o ns t a b i l i t y w i t ht h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a l s t u d y , t h ea u t h o rd r a w ss o m eu s e f u lc o n c l u s i o n sw h i c h c a nb ea p p l i e dt oo p t i m i z a t i o n o fo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa n da c t u a ld e s i g n w o r ko fv i b r a t i n gs c r e e n t h e s e c o n c l u s i o n sp r o v i d eas t r o n gt h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ee n h a n c i n go fv i b r a t i n gs c r e e n s a n t i b l o c k i n gp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：v i b r a t i n gs c r e e n s i z et e s t i n ga c c u r a t eg r a d i n gm a t e r i a lj a m e x p e r i m e n t a ls t u d y i i i 1 绪论 1 绪论 1 1 课题的来源背景 在过去相当长的一段时期内，我国钢铁企业在对副原料进行粒度检验时，由 于没有相应的粒度精确分选设备，均是采用标准筛进行人工筛分的方法，这种 筛分方法费时费力，效率低下，劳动强度大，同时由于这种筛分方法受工人人 为影响的因素多，因而检验精度难以保证n 1 。粒度精确分级筛是一种用于对粒度 在5 l o o m m 之间的工业原料进行粒度精确分级、检验的筛分机械，由我校机械 工程学院和新乡四达有限公司共同研发。该振动筛具有很高的筛分效率( 9 0 以 上) 和筛分精度，目前该筛已在宝钢、首钢等国家大型钢铁企业获得良好的应 用。 根据用户反馈的信息和我们实验测得的结果，得知该筛机在筛分石灰石、云 母石等密度较大的物料时，筛机的筛分效果良好，不易出现卡孔现象，而且筛 机上剔卡装置的剔卡效果较好，可以很好的满足用户的需求；但对于密度小、 形状很不规则的物料，筛机筛分工作时容易出现卡堵现象，一旦卡入网孔内， 则须要较大的激振力才能将其剔出，有的物料卡入网孔后，又在自身重力的作 用下旋转了一个角度，此时物料完全卡死在网孔内。尽管采取了多种措施来避 免卡堵现象的发生，由于物料的粒度范围较大，形状多种多样，还是不可避免 地经常出现筛孔堵塞，常使使用单位感到困扰。物料卡堵现象是筛分机械常见 问题，对于普通矿用筛分机械，堵孔现象会造成筛分效率和生产效率降低，而 对于粒度检验筛，堵孔现象主要影响各粒度级物料的占有率，降低检验精度， 减小有效筛分面积。 基于上述基本情况，首都钢铁集团在与新乡四达公司的新一份订购合同中 协议委托四达公司研制防卡堵性能更优的粒度精确分级检验筛。 1 2 筛分机械的国内外研究现状 1 6 世纪在英国煤炭工业里使用了第一台固定筛，随后世界上先后出现过圆 筒筛、摇动筛、滚轴筛、振动筛等筛分机械。由于振动筛具有处理量大、工作 可靠、结构简单等诸多优点而在筛分领域里被广泛采用，其占有量达9 5 ，圆筒 1 1 绪论 筛、摇动筛、滚轴筛等筛分设备因生产效率低下而逐渐淡出人们的视野心1 。 伴随着世界机械工业的快速发展，筛分机械经历了一个“由简到繁再到简” 的发展历程。二十世纪四十年代以前制造的振动筛，多为结构比较简单的振动 筛。四十年代以后，为了提高振动筛机体振动强度，发明制造了结构较为复杂 的惯性振动筛，随后相继发展了结构更为复杂的共振筛。步入六十年代后，由 于共振筛在生产实践应用中存在故障频发、寿命短、维修难等不足，其发展逐 渐停滞下来，振动筛的发展又重新回到了惯性振动筛上。六十年代中期，研究 人员发明了直线惯性振动筛，其结构上采用齿轮联结的强迫振动机构来实现两 个激振器的同步反向运转。七十年代后，有研究人员发现两个无齿轮联结的激 振器同样可以实现自同步，瑞典的f i r m am o r g a r d s h a m m a ra b 公司于1 9 7 8 年首先 成功推出了自同步直线振动筛，获得了很好的应用和发展，终结了自同步技术 是否可在振动筛运用的争辩。步入八十年代后，筛分机械正在朝着大型化、标 准化、系列化、通用化的方向发展，与此同时，振动筛分产品逐渐在理论进一 步深入的基础上多级发展口 4 1 。 在我国，筛分机械的发展经历了由无到有、由小到大、由落后到先进的发 展历程，主要包括模仿制造、自行开发研究和引进提升三个发展阶段乜儿钉： ( 1 ) 模仿制造阶段：解放初期，我国从前苏联进口了t y i i 型圆轨迹振动筛， 从波兰进口了w p l 型矛i j w p 2 直线轨迹振动筛，给我国筛分领域注入了新鲜血液， 有关研究人员对其进行了仿制，相继开发了s z z 系列的自定中心振动筛、s z 系列 的惯性振动筛干n s s z 系列的直线振动筛等等，从而为我国筛分机械的蓬勃发展增 添了活力。 ( 2 ) 自行开发研究阶段：1 9 6 7 年，我国成立了筛分机械的联合设计组( 由 北京煤矿设计院、洛阳矿山机械研究所、平顶山选煤设计研究院、鞍山矿山机 械厂和沈阳煤矿设计院等科研单位组成) ，设计了我国第一个应用于煤矿筛分的 单轴、双轴振动筛系列。鞍山矿山机械厂于1 9 8 0 年完成了对y k l 5 4 5 型圆轨迹振 动筛、2 y k 2 1 4 5 型圆轨迹振动筛、2 z k b 2 1 6 3 型直线轨迹振动筛、f q l 2 2 4 型复合 轨迹振动筛矛i y h l 8 3 6 重型振动筛等四种振动筛的制造工作，并在筛分领域里得 到广泛的推广，取得了较好的应用效果，标志着我国筛分机械的发展步入了自 行开发研究阶段。 ( 3 ) 引进提升阶段：随着改革开放进程的深入，许多新进的振动筛产品得 以引进国内，在我国的煤炭、冶金等工业领域获得了很好的应用。例如：我国 2 1 绪论 冶金工业领域的龙头企业上海宝钢集团，从日本神户制钢所和川崎重工株 式会社引进了用于焦炭筛分、电厂煤用分级的原料分级振动筛和筛分对象为烧 结矿的冷矿筛瞳3 。 1 3 粒度精确分选的应用领域 在工业领域很多部门都对所需原料的粒度大小有要求，生产厂商在采购原 料时需要对物料进行精确筛分，以检验所购原料是否达到其生产时所需的粒度 要求。同时，很多生产厂商也需要按照用户的要求，将物料成品分成多个不同 的粒级，以满足不同用户的需求。粒度的精确分选在冶金、煤炭、化工、机械、 建材等工业部门应用广泛砸 8 1 。 在冶金行业，例如首都钢铁股份有限公司，为了提高钢铁的生产质量和经 济效益，采用了先进的炼钢技术进行生产，同时也对炉料的粒度大小要求越来 越高。为了改善炉料的透气性和传热传质条件，提高高炉冶炼强度，降低焦比， 要求炉料的粒度均匀，粒度上限要降低，粉末含量要减少，因此入炉原料的粒 度检验就显得颇为重要，此时，需要对入炉原料进行精确筛分，检验入炉原料 是否满足上述入炉要求。再如上海宝山钢铁股份有限公司，由澳大利亚通过船 运进口过来的白云石、石灰石和蛇纹石等用于生产钢铁所需的副原料，在卸船 过程中也需要对其进行商检，对于不满足宝钢生产要求的原料可要求提供商退 货或减价销售n 们。 在煤炭行业中，需要对原煤进行洗选加工，即将原煤通过人工或机械处理 方式除去其中的有害物质，回收伴生矿物，并按用户的要求将煤分成不同质量、 规格的产品。例如在火力发电厂，用于发电的煤粉的粒度越越小越好，这样煤 粉与空气接触的表面积大，愈容易着火，利于充分燃烧，减少不完全燃烧带来 的损失，提高能源的利用效率】。 在机械行业，例如在砂轮厂，需要对磨料进行分级来制造不同规格的产品 口1 ；在建筑领域，由于沙石粒度分配是否合理会影响到混凝土的质量，因而需要 对沙石进行分选1 。在其它工业部门，也经常需要对原料及成品进行粒度的分级 和检测。 3 1 绪论 1 4 物料运动理论和透筛概率理论的研究现状 1 4 1 单颗粒运动理论和透筛概率理论 为了研究物料在振动筛面上的运动规律，人们做了大量的研究，其中定常 运动理论和混沌运动理论在单颗粒运动理论中极具代表性n 羽。在过去相当长的 一段时期内定常运动理论被作为振动筛设计的一个很重要的理论依据，它忽略 了物料颗粒在筛网上的滑动和滚动，将物料颗粒与筛网间的碰撞视为完全的塑 性碰撞，通常物料随筛网振动做周期性的抛掷运动，将颗粒每跳动一次再落到 筛网上作为一个运动周期，该理论认为在振动筛的抛掷强度k v = 3 3 时，颗粒的 运动周期等于筛网的运动周期。混沌运动理论考虑了物料颗粒在筛分过程中与 筛网间的碰撞和冲击效应，将颗粒同筛网间的碰撞从定常运动理论中的完全塑 性碰撞发展为弹塑性碰撞。 m g a u d i n 和f t a g g a n 将物料颗粒简化为球形，以球形颗粒每跳动一次再回到 筛网上为一个运动周期，当粒度大小为d 的球形颗粒在一个运动周期里沿垂直方 向落到筛孔尺寸为z 、筛孔间距为6 的筛网上时( 见图1 1 a ) ，其理论透筛概率为 1 1 3 ： e = 潞 ( 1 1 ) 然而在振动筛的实际应用中，物料颗粒大多情况下并不是沿着垂直方向落 到筛网上的，物料颗粒下落方向与筛网的垂线存在一个夹角夕。在前人的研究 基础上，瑞典学者摩根森提出了更具实用性的单颗粒透筛概率理论。他以难筛 颗粒每跳动一次为一个运动周期，假设颗粒形状为球形，考虑到物料与筛孔内 侧相碰后折射入筛孔中的可能性，当粒度大小为d 的难筛颗粒沿某一方向落到 筛面上时( 见图1 1 b ) ，其理论透筛概率为n 引： e ：坠坐塑堕旦掣堕丛生塑趔 ( 1 2 ) 。 ( ，+ 万) 2c o s ( 口+ ) 式中： 卜一筛孔尺寸； d 物料粒度； 4 1 绪论 驴考虑物料颗粒与筛孔内侧相碰后落入筛孔的系数( 驴 o ，b 0 )( 1 5 ) 其中为筛面长度，彳，占为参数。在筛机工作条件不变时，a 值由颗粒的 相对粒度确定，相对粒度越大则彳越小；b 值与振动筛的工作条件相关，与物料 的粒度无关，在物料粒级较小的情况下，近似为常数。实验研究表明，普通振 动筛、概率筛和琴弦概率筛上粒群的透筛概率均可用该透筛概率数学模型描述。 由于该模型考虑的物料的粒群效应对透筛概率的影响，因而更能贴近实际筛分 工作1 羽。 1 5 防止筛网卡堵的研究概况 为寻找难筛分物料造成筛网卡堵这个当今世界筛分科学技术热点问题的解 决办法，国内外研究人员进行了广泛而深入的理论和应用研究。作者将近年来 的研究成果归纳为在机械结构上所做的改进和在筛网上所做的改进两方面。 在机械结构上所做的改进主要包括如下几点： ( 1 ) 能加大非线性振动加速度的机械结构 如为解决筛分水分含量大于7 到1 4 的矿石、煤炭、沙粒等物料时的堵孔 问题而设计的弛张筛分机乜们，由德国的海因雷曼公司最先研发，它能使筛网做 弛张运动，筛网运动时的加速度可达3 0 到5 0 个重力加速度，从而使具有粘性 的物料在筛面上很容易松散，有利于物料的透筛，减少堵孔现象。 再如我国自主研发的一种干法筛分设备强化筛，已在我国多个矿区获 得应用。它采用双层垂直布置的筛网，这种筛网在阻止物料卡堵方面具有一定 的功效，并使筛机做大振动强度、高振幅的往复运动，具有抗堵孔，筛分效率 高，透筛效果良好等优点。但是这种振动方式对筛机的强度要求比较高，导致 筛机易出现筛帮磨损，筛条振裂等问题心们。 ( 2 ) 增设机械清理筛网装置 如德国的l u d w i gk r i e g e r 公司为了解决筛分碎砂时的筛网堵孔问题发明了 一种敲打式清除装置，已在其下属的一个砾石厂获得了很好的应用心钉。它的原 理与夹层筛网一样，在筛网下面安装了带有聚氨酯球的击打装置，在筛网每个 周期的振动过程中，这些聚氨酯球击打一次筛网。对于普通振动筛，在常规条 7 1 绪论 件下，只能使筛机在6 个重力加速度下工作，而加上这个敲打式清除装置后， 可以给筛网提供2 0 - 3 0 个重力加速度，因而大大增加了筛网的振动强度，使难 筛颗粒不易卡堵在筛孔中。 再如由中国矿业大学研制成功弹性杆振动筛，可用于煤炭、冶金、矿山、 化工、盐业等行业中细粒级潮湿物料的深度筛分口们。它采用多自由度弹性杆碰 撞型筛网，弹性杆具有很好的刚性和弹性，与筛网框架间的连接为间隙配合， 当筛网随筛机一起做简谐振动时，弹性杆在筛网框架的圆孔中与框架发生多自 由度的弹性碰撞，从而可以对潮湿的粘性物料具有很好的松散作用，防止潮湿 物料粘附筛孔，使得筛网具有自清理作用，可以减少筛网堵孔现缘的发生。 ( 3 ) 采用特殊的结构形式 如北京博后筛分公司研制的博后筛，它可以很好的解决潮湿粘性细物料的 堵孔问题乜叭。潮湿细粒物料颗粒越小，则粘附作用越明显，这时筛机必须给发 生粘附筛孔的细颗粒提供更大的加速度才有可能让其脱离筛面，从而阻止堵孔 现象的发生。对于普通振动筛，筛网伴随机体一起做简谐运动，当其在大振动 强度下工作时由于筛机机械强度难以满足工作要求很容易损坏，而博后筛在筛 分机理和筛机结构上做了较大的改变，避免了筛机强度不足的问题。博后筛的 筛箱和机架并不参与振动，而只有筛网振动，因而对筛机的机械强度要求不高， 有利于实现筛机的大型化，提高筛机的处理量，同时筛网采用多段弹性筛面， 每段筛面独立振动，互不干涉，且每段筛面的振动强度和振幅均是可调的，从 筛机入料端到出料端，各筛面的振动强度逐级递减，因而只需调节各段筛面的 振幅和振动强度就可以方便的实现筛机的动力学参数优化。工作时，博后筛的 最大振动强度可达8 个重力加速度，最大振幅是普通振动筛的3 倍可达2 8 m m ， 因而可以打破潮湿粘性细物料对筛网的粘附作用，使筛网具有自清理功能，始 终保持筛网高的开孔率，更有利于物料透筛。 在筛网上所做的改进主要包括以下几点： ( 1 ) 特殊的筛网编织形式：如由上海盾牌矿筛有限公司研制的三角孔防堵 筛网，它的特点是相邻的两根筛条中一根为动筛条一根为静筛条，在筛网参与 振动过程中，动筛条产生相对筛网的二次振动，三角形筛孔的尺寸大小可以做 微小的变化，从而利于难筛分颗粒的充分透筛，减小筛孔卡堵的概率乜 。 ( 2 ) 特殊材质制成的筛面：如近年来获得广泛应用的聚氨酯筛板和橡胶筛 网，由于这种材质具有较好的弹性，筛孔大小可以在一定范围内变化，另外加 8 1 绪论 强了筛板随筛机振动时产生的二次振动，使筛网具有一定的防卡堵性能汹嘲1 。 ( 3 ) 诱导筛面本身作二次振动：如梯流筛，最先由德国研发，我国后来也 进行了仿制，在筛分领域的实际应用中取得了很好的效果。与普通筛机相比， 它的整机体结构并没有大的变化，所不同的是筛面上的变化，普通棒条筛面的 棒条的两端是固定在筛框上的，而梯流筛的棒条采用悬臂梁结构与筛框连接( 即 只有一端固定在筛框之上) ，这种筛网的棒条具有两个自由度，筛条在随筛机振 动过程中，自由端的振幅较大，对于难筛分物料，棒条自身的二次振动是非常 重要的，这对克服筛网堵孔是非常有利的。驯。 另外，有研究人员对普通棒条筛做了改进，加强了筛面的二次振动效应， 使筛机具有抗堵孔的性能。棒条筛网的棒条通常是直接固定在筛框上的，这种 筛网因其结构简单，加工制作方便在筛分领域得到了广泛的应用，但是对于潮 湿细物料，由于筛孔大小固定不变，不具伸缩性，因而在对其筛分时细颗粒容 易粘附在筛孔内壁，从而发生堵孔现象。改进后，棒条与筛框间为间隙配合， 即筛框上用于插入棒条的孔径比棒条的直径要大，为防止棒条从筛框两端窜出， 用带止口的小帽焊接或铆接在筛框两端，这样在棒条筛网随筛机振动过程中， 棒条就可以在筛框中左右窜动和上下振动，这样就减少了潮湿粘性物料粘附网 孔上的机会，使得堵孔现象难以形成隅。 ( 4 ) 诱导筛面共振：如由赵跃民、刘初升等人发明大型弹性振动筛，这种 筛机采用弹性筛分方法，筛面的振动与筛机的振动是分离的，筛网由多个小矩 形筛组成，在筛网伴随筛机一起振动时，引起小矩形筛所连成的筛网上的筛杆 处于共振状态，因而筛网的振动强度大，在较小的激振力的情况下就可以引发 筛网较大的振幅，从而更有利于物料透筛，颗粒不容易卡堵，筛分效率高啪 3 羽。 再如，琴弦筛的筛面材料选用用弹簧钢丝，通过张紧弹簧钢丝使得筛面的 弹性大大增加，在筛分工作时，筛丝处于共振状态，因而筛机所需的激振力小， 可以节约能耗，筛机采用较小的抛掷强度就可以使筛网获得较大的振幅，从而 可以使筛机具有自清洗能力，减少堵孔现象的发生口钔。 1 6 课题的研究内容 1 6 1 课题研究的目的与意义 随着国民经济快速发展，筛分技术在各个领域发挥的作用越来越大，粒度 9 1 绪论 精确分级检验筛作为筛分机械大家庭中的新成员，能够实现物料的精确分选， 在采矿业、冶金业、机械、化工、医药、建材等领域有着非常广泛的应用前景。 但是由于种种原因，在振动筛工作中很难避免难筛分物料卡堵网孔现象， 难筛分物料的卡堵问题成为筛分机械常见问题，给使用单位带来诸多困惑，常 用的解决办法是采用工人人工剔卡的方法，不但增加了工人的劳动强度，而且 费时费力，降低生产效率，不能从根本上解决物料的卡堵问题。对于普通矿用 筛分机械，堵孔现象会造成筛分效率和生产效率降低。而对于粒度检验筛，堵 孔问题一方面会增大筛机的筛分损失率，降低筛分效率，改变各粒度级物料的 占有率；另一方面会影响到筛机的下次筛分过程和筛分结果，最终增大了粒度 精确分级检验筛系统的检验误差，直接影响了检验结果的真实性。因此研究难 筛分物料在粒度精确分级检验筛工作中的卡堵问题及解决办法显得颇为重要。 通过对物料卡堵问题的理论研究和试验研究，得出的数据和结论可以应用 到振动筛的工作参数优化和实际设计工作，为进一步提高振动筛的防卡堵性能 提供理论依据。通过对粒度精确分级检验筛在防卡堵性能方面的改进可以使筛 机具有更好的筛分性能，取得较好的筛分效果，省去繁琐的人工剔卡步骤，提 高工作效率，增强该筛机在市场中的竞争力，具有较高的理论价值和实际价值。 1 6 2 课题的主要研究内容 本课题以粒度精确分级检验筛为研究对象，针对该筛机在实际应用中出现 的物料卡堵问题以及该筛机在剔卡性能方面的欠缺和不足展开研究。具体研究 内容如下： ( 1 ) 分析筛分过程中物料在筛面上的运动规律，结合粒度检验筛实际工作 情况，找到筛分过程中难筛分物料形成卡堵的原因，进而利用概率统计学的方 法分析物料卡堵的概率，并试验研究筛机动力学参数对物料卡堵概率的影响。 提出筛分过程中避免或减少卡堵现象发生的措施。 ( 2 ) 通过理论分析和大量实验研究找到影响粒度精确分级检验筛剔卡效率 的因素，并结合实验着重分析物料性质、剔卡频率、筛机振幅对筛机剔卡性能 的影响，在此基础之上，提出筛机设计之初和剔卡工作时有利提高其剔卡性能 的措施。 ( 3 ) 结合难筛分物料卡堵问题的研究结论对原粒度精确分级检验筛进行改 进，设计制造新样机，并试验验证其筛分性能、防卡堵性能是否有所提升。 1 0 2 粒度精确分级检验筛的结构与工作原理 2 粒度精确分级检验筛的结构与工作原理 2 1 粒度精确分级检验筛的主要结构与工作原理 本文所研究的粒度精确分级检验筛的结构原理如图2 1 所示，该系统采用 二次减振七层筛分结构，主要由地脚板1 、隔振架2 、一次隔振弹簧3 、筛体4 、 进料口5 、振源系统( 激振器6 、7 、8 ) 、筛网9 、料斗及溜管1 1 等部分按图2 1 所示方式组成。 5 4 3 2 1 1 地角板；2 隔振架；3 橡胶弹簧：4 筛体；5 进料口； 6 、7 、8 激振器；9 筛网；1 0 出料口；1 1 溜管 图2 1 粒度精确分级检验筛的结构原理图 2 1 1 结构特点 ( 1 ) 设置了三个大小、位置均不相同的激振器 振动筛按其结构特点可以分为惯性振动筛、惯性式共振筛、电磁振动筛、 弹性连杆式振动筛等n 1 ，其中惯性式振动筛采用的振源为激振器或激振电机，通 常在远离筛机共振频率状态下工作，按振源的个数又可以分为单轴圆运动振动 筛和双轴惯性振动筛。该筛机采用三个激振器作为振源，结合了单轴振动筛和 双轴振动筛各自的特点，采用变换组合应用激振器的方式，实现筛机多种振形， 2 粒度精确分级检验筛的结构与工作原理 以满足实际工况所要求的精确筛分、剔卡、输送的工艺过程。 ( 2 ) 嵌套安装七层不同筛孔尺寸的筛板 七层筛板筛孔尺寸为：5 0 m m 5 0 m m 、3 5 m m x3 5 m m 、3 0 m m 3 0 m m 、2 5 m m x 2 5 m m 、1 5 m m 1 5 m m 、1 0 m m x1 0 m m 、8 m m 8 m m ，其中，筛孔尺寸为5 0 m m x 5 0 m m 、3 5 m m x 3 5 m m 、3 0 m m x3 0 r a m 、2 5 m m x 2 5 m m 的筛板为聚氨酯筛板， 尺寸为1 5 m m x1 5 m m 、1 0 m m x1 0 m m 、8 m m x8 m m 的筛板采用不锈钢编织网。 按照筛孔尺寸由大到小的顺序，从上到下嵌套安装各层筛板，在一次筛分过程 中可同时精确分选出八种不同粒度级别的物料，即：d 5 0 r a m 、5 0 m r n d 3 5 m m 、 3 5 m m d 3 0 n u n 、3 0 m m d 2 5 m m 、2 5 m m d 1 5 m m 、1 5 m m d 1 0 m m 、 1 0 m m d 8 m m 和d 8 m m 。这种嵌套结构使筛机具有占地面积小、结构紧凑、 筛分时间短等优点，同时物料进入筛机后可得到及时的分层和充分的筛分，减 少了减少物料卡堵的机率，提高了筛分效率。 ( 3 ) 弹性筛板的应用 筛面是筛分机的工作表面，是影响筛分质量和数量的重要构件【2 9 】。该设备 上面四层筛板需要对粒度d 2 5 m m 的大颗粒进行分级，对筛板的强度、使用寿 命和筛分精度有较高的要求。该设备采用在钢板框上硫化聚氨酯材料的新型筛 板，与传统的金属筛网相比，它具有寿命长( 使用寿命较传统金属筛网高3 1 0 倍) 、高耐磨、不易卡堵、筛分精度高、振动噪声低等优点；但受筛板结构和强 度的限制，它的开孔率较低( 6 0 左右) ，筛板开孔率大小会影响到振动筛的处 理量，对于普通矿用振动筛，低的开孔率会降低筛机的生产效率，但对于检验 筛，它的主要功用是将待检验物料精确分选成各种粒度级别不同的颗粒，每次 开机后的入料量较少( 小于2 0 0 k g ) ，在规定的筛分时间内，可以满足物料的精确 筛分。 ( 4 ) 二次隔振系统的应用 振动筛是利用振动原理工作的，在其振动过程中，会以脉冲波的形式连续 不断的冲击地基，为减缓这一冲击力，增设了如图所示的二次隔振系统，由隔 振架、二次隔振弹簧和地角板组成。有研究表明：在参振质量和次隔振弹簧 刚度不变的情况下，适当增加隔振架重量和减小二次隔振弹簧刚度可使二次隔 振系统获得较好的隔振性能西们。 ( 5 ) 合理设计筛体形状 为方便送料和出料，设计如图2 1 所示的筛体形状，在其上合理布置出料口， 1 2 2 粒度精确分级检验筛的结构与丁作原理 筛分完毕的物料经筛机输送由出料口抛出，并沿溜管自行滑入称重料斗内。在 筛板右侧对接安装盲板，一方面节省了昂贵的聚氨酯筛板同时还起到了输送物 料的作用。 ( 6 ) 液控驱动系统的应用 通常，振动筛采用电机驱动激振器的方式来实现筛机振动，该设备采用如 图2 2 所示的液控驱动系统来驱动激振器，与电机驱动方式相比，该液控驱动 系统具有可无级调速、起动扭矩大、运行扭矩小、制动停车平稳等优点。三个 液压马达均可单独实现正转、反转和无级调速，其中两个液压马达可实现并联 启动、串联运行的工作方式口5 3 。 1 、2 、3 液压马达；4 流量调节集成块；5 、6 、7 方向控制阀； 8 、9 方向控制阀；1 0 液压泵；1 1 、1 2 溢流阀 图2 2 液控驱动系统 ( 7 ) 利用p l c 程序控制三个激振器的顺序动作 p l c 是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，p l c 控制具有效率 高、响应快、接线少、控制方便等诸多优点。将其应用到振动筛液控驱动系统 中，根据筛分工序编制相应的程序来控制各个电控阀，使各个液压马达完成相 应的动作，极大的提高了该设备的自动化程度n 们。 1 3 2 粒度精确分级检验筛的结构与工作原理 2 1 2 工作原理 物料从入料口进入筛机，经过七层不同粒度网孔的筛板筛分后，可得到八 种不同粒度级别的物料。筛机采用三个激振器，对于不同的物料，可通过改变 编程控制器程序来对激振器之间进行变换和组合工作，实现筛机不同的筛分工 序。以筛分焦炭为例，筛机采用先筛分，再剔卡，后输送的筛分工序。开机后， 首先由筛分激振器7 激振若干分钟后制动关闭，实现物料的筛分；而后启动剔 卡激振器6 ，此时筛机在高频大振幅的振动方式下工作，激振若干分钟后制动关 闭，实现物料剔卡：最后同时启动激振器7 、8 ，两个激振器作同步反向转动， 此时筛机振形为振动方向角等于5 0 。的直线振，各层筛板上的物料经溜管1 1 滑 落至各收集料斗，激振若干分钟后制动关闭，实现不同粒度级物料的输送。各 收集料斗下方置有电子称，可显示出各粒度级物料的重量，从而得出各粒度级 物料的占有率，这是检验工业原料是否合格的依据。 由上述粒度精确分级检验筛的工作原理可知，激振器6 、7 分别单独工作时， 该检验筛为单轴式惯性振动筛。单轴式惯性振动筛由单轴式惯性激振器作为振 源来驱动筛箱振动，单轴式惯性激振器由一根主轴和安装在主轴两侧的偏心块 组成，产生的激振力沿圆周方向不断变化。这种振动筛的筛箱质心位置为圆轨 迹运动，筛箱两侧为椭圆轨迹运动，且两侧椭圆轨迹的长轴倾角方向相反。该 粒度精确分级检验筛正是利用其这一振形特点，使物料在筛箱中得到反复且充 分地筛分，取得了较好的筛分效果。 在激振器7 、8 同时工作时( 两激振器等速反向旋转) 该检验筛为双轴直线 振动筛。直线振动筛是依靠两根带有偏心块的主轴作为振源的振动筛，其运动 轨迹近似于直线。如图2 3 为直线振动筛激振器的工作原理图。两偏心块的质 量脚，= 所，产生的离心力力大小e = b = f ，两偏心块作等速反向旋转，在两 激振器运行的各个瞬时，两离心力沿i _ i 方向即振动方向的分力相互叠加，而 沿与振动方向相垂直方向，两离心力的分力大小相等方向方向，相互抵消，因 此两离心力的合力形成了沿i i 方向的激振力，实现了振动筛的直线运动轨迹。 当两偏心块处于2 、4 状态时，筛机获得的激振力最大，为2 f ；当两偏心块处 于3 、5 状态时，离心力相互抵消，筛机获得的激振力为零 舯制。 1 4 2 粒度精确分级检验筛的结构与工作原理 图2 3 直线振动筛激振器工作原理 两激振器分别由两台规格型号相同的液压马达驱动，无任何外在联系，两 激振器的等速反向旋转运动完全依靠动力学关系保证。在直线振动筛的启动过 程中，由于两个激振器的偏心块质量和驱动两激振器的液压马达的传动特性存 在一定的差异，因而两偏心块在振动筛启动的起始阶段不能完全保证在对称位 置上，而是存在有一定的相位差，于是产生了筛机绕质心的摆动运动，该摆动 加速度以及筛机在振动方向上的振动加速度产生的惯性力则会形成追逐力和追 逐力矩，使得两个偏心块产生了追逐过程，随着时间的推移，最终实现了两激 振器的同步运转h 训。 2 2 主要工艺参数和动力学参数 ( 1 ) 筛分效率 在筛分工作中，理论上，粒度小于等于筛孔尺寸的颗粒应全部透筛，大于 筛孔尺寸的颗粒应留在筛面上，但受种种因素的影响( 如：物料性质、设备性 能、操作管理等) ，实际筛分情况是：筛上产物中会残余一小部分粒度小于等于 筛孔尺寸的颗粒，筛下产物中同样会混有粒度大于筛孔尺寸的颗粒。筛分效率 就是评定筛分过程是否充分完善、反映筛分结果优劣的重要指标。根据筛分效 率计算公式1 ，结合筛分试验结果得到该筛机的筛分效率为： 1 5 2 粒度精确分级检验筛的结构与工作原理 r ：幽1 0 0 9 0 ( 2 1 ) 口f 口一口) 式中： ，7 筛分效率2 口入料中粒度小于筛孔尺寸的颗粒含量( ) ； 目筛上产物中粒度小于筛孔尺寸的颗粒含量( ) ： 筛下产物中粒度小于筛孔尺寸的颗粒含量( ) 。 ( 2 ) 有效筛分面积 通常，筛面宽度影响着筛机的处理量，筛面长度影响着筛机的筛分效率。 但是，受筛体结构强度的影响，不允许筛面宽度过大：同时增加筛面长度对提 高筛分效率的作用有个极限值，筛面长度只在一定的范围内对筛分效率有影响。 可见，合理选择筛面长度和宽度对提高筛机的筛分性能有重要的作用。该检验 筛嵌套安装了七层不同筛孔尺寸的筛板，每层筛板筛面均为0 6 m 2 0 m ，则其 总的有效筛分面积为： s ：7 0 6 2 0 ：8 4m 2 ( 3 ) 振动方向角 振动方向角是指筛机振动方向线与筛面之间的夹角。通常，圆振动筛的振 动方向角为9 0 。，直线振动筛的振动方向角在3 0 。“0 。之间。该筛机在筛分 工作和剔卡工作时，筛机相当于单轴圆运动振动筛，振动方向角为9 0 。；筛机 在输送工作时，筛机相当于双轴直线振动筛，振动方向角为5 0 。但是在振动 筛实际工作中，由于设计阶段，估算的筛体质心存在误差，激振力难以保证准 确的通过筛体质心，同时受筛体刚度的影响，筛体在振动过程中会发生变形( 刚 度愈小变形愈大) ，导致筛帮表面各点的振形并不相同。如在该筛机筛分工作中， 实际的振