振动筛计算过程

振动筛得设计参数术语见表1。表1序号术语定义或基本概念曾用名1筛分效率ηsefficiencyofscreening评定筛分效果所用得指标2脱水效率ηtefficiencyofdewatering评定脱水效果所用得指标脱水效果3规定粒度designatedsize在粒度分级作业中,使原料分离所遵循得粒度分离粒度4开孔率percentageopenarea筛孔总面积与筛面面积之比开孔面积振动筛得应用术语见表2。表2序号术语定义或基本概念曾用名1粒度特性曲线characteristicsizecurve表示各粒级产率或累计产率与各粒级关系得曲线筛分曲线,筛分特性曲线2粒度上限topsize粒级中最大得粒度3粒度下限lowersize粒级中最小得粒度4最大给料粒度maxsizeinfeed给料中最大得粒度5筛上物screenoverflow未透过筛孔得物料筛上产品,筛除物6筛下物screenunderflow透过筛孔得物料筛下产品,透筛物7筛上粒oversize物料中粒度大于筛孔尺寸得颗粒超粒8筛下粒undersize物料中粒度小于筛孔尺寸得颗粒9限下率undersizerate小于规定粒度得物料占试样重量得百分比限下含量,含末率10限上率oversizerate筛下物中大于规定粒度得物料占筛下物重量得百分比11难筛颗粒near–meshmaterial粒度接近筛孔尺寸得颗粒临界颗粒12水分moisture表示物料得湿度,即试样中所含水得重量占试样重量得百分比13全水分totalmoisture外在水分与内在水分得总与14外在水分freemoisture在规定条件下试样与周围空气湿度达到平衡时,所失去得水分,就是物料表面湿度风干水分,湿存水分15内在水分inherentmoisture试样得毛细孔湿度,在规定条件下试样在空气干燥状态下保持得水分16散密度γbulkspecrficgrakty单位体积内散状物料得重量容积比重,堆比重17筛分screening物料通过筛面按粒度大小分成不同粒级得作业18干法筛分dryscreening不借助水得筛分19湿法筛分wetscreening借助水得冲洗作用得筛分20准备筛分preliminaryscreening按下道工序要求将原料分成不同粒级得筛分分级筛分,预先筛分,选前筛分21检查筛分controlscreening从破碎物中分出粒度不合格得物料得筛分控制筛分22最终筛分finalscreening生产出粒级商品得筛分独立筛分23脱水dewateringscreening以脱去水分为目得得筛分24脱泥deslimingscreening以脱去泥质为目得得筛分25脱介mediumdrainagescreening以脱去重介质(多为磁铁矿粉)为目得得筛分26分级sizingscreening泛指:将物料分成若干粒级得作业。专指:在介质(水或空气)中物料按其沉降速度得差别分成若干粒级得作业4产品分类根据JB/T1604,矿用座式振动筛按其运动轨迹分为圆振动筛、直线振动筛与复合振动筛。其种类、特点及用途见表3。表35设计总则5、1振动筛得设计应符合机械制图、公差与配合及形位公差等基础标准得规定。5、2振动筛得设计应按其用途、要求与物料特性等实际条件进行,其参数、结构应满足先进性、可靠性以及经济合理得要求。5、3振动筛各构件得选材应力求合理,注意减少制造与安装工作量,注意抗蚀、抗磨要求。重要构件拼接时,应在图样中注明部位、接法与要求。5、4易损件、备用件、通用件与外购件等,在同一品种规格中,应能互换并符合相应标准或图样得规定。5、5振动筛设计除符合本标准规定外,还应符合现行得有关专业技术规范与规程得要求。6设计依据6、1振动筛得用途。6、2物料特性a)名称;b)散比重;c)硬度;d)水分;e)颗粒形状;f)粒度组成(筛析结果);g)最大给料粒度;h)物料粘度。6、3工作制度。6、4处理量。6、5规定粒度及相应得筛分(脱水)效率。6、6安装方式。6、7希望使用得筛面种类。6、8希望使用得振动筛种类。6、9工作条件(如尺寸限制、环境温度、防尘装置等)。7结构7、1振动器本系列振动筛采用两种振动器,即块偏心振动器与激振电动机。块偏心振动器见图1,它由两对主、副偏心块,一根轴,两套大游隙(3G)轴承及轴承座等构件组成。激振力由主、副偏心块产生,激振力大小可由主、副偏心块得夹角调整。1—主偏心块;2—副偏心块;3—轴承盖;4—轴承座;5—筛箱侧板;6—压圈;7—挡圈;8—轴承;9—轴;10—轴端压盖图1圆振动筛使用两套块偏心振动器,分别安装在筛箱两侧板上;或一台激振电动机安装于筛箱上部得支撑梁上。直线振动筛使用四套块偏心振动器,筛箱两侧板各安装两套振动器。小规格直线振动筛亦可使用两台激振电动机,其激振力得大小可通过调整其偏心块得夹角实现。7、2筛面及其紧固装置7、2、1为适应大块、大密度物料得筛分与煤矸石脱介得需要,重型振动筛得筛面需有较大得承载能力、耐磨与耐冲击性能。设计中宜采用梯形断面得钢棒作为筛条。为减少噪声,提高耐磨性,亦可使用成型橡胶条,用螺栓固定在筛面托架上,见图2。1—侧板;2—橡胶条筛面;3—筛面托架;4—Ⅱ型螺栓;5—横梁图27、2、2圆振动筛与复合振动筛,可采用不锈钢焊接筛板、冲孔筛板、聚氨酯筛板与橡胶筛板等。其紧固方式为中间用螺栓固定在梁上,见图3。当筛宽小于900mm时,中间可不固定;筛宽超过2100mm者,中间应固定两排螺栓,筛面两侧用张紧板压紧,见图4。图3图47、2、3直线振动筛得筛面,单层筛与双层筛得下层,采用带框架得不锈钢筛面;双层筛得上层筛面,当筛宽不超过1、5m时采用自承重筛板,超过1、5m时采用冲孔筛板或编织筛网等。其紧固方式就是沿筛面两侧板处采用压木、木楔压紧,见图5。中间各块筛板之间则用螺栓经压板压紧,见图6。图5图67、3筛框筛框由侧板、后挡板、横梁、承料板与排料嘴等组成。直线振动筛得筛框结构见图7,圆振动筛得筛框结构见图8。1—振动器支撑梁;2—侧板;3—橡胶条;4—后档板;5—横梁;6—筛面托架;7—高强度螺栓;8—竖筋图71—横撑;2—承料板;3—内侧加强板;4—外侧加强板;5—侧板;6—支撑架;7—抗磨板;8—横梁;9—螺栓夹座;10—排料嘴图8筛框所用横梁一般用两端带法兰得封闭型材构成,目前多为圆形与矩形。当无合适得规格选用时,矩形梁亦可压制对焊,其成型方式冷热均可,但在长度方向同一形态只能一次成型。焊接必须焊透,并进行退火处理,焊缝位置对直线振动筛宜布置在振动方向得垂线上。筛框侧板与后档板、排料嘴及横梁宜采用高强度螺栓或环槽铆钉联接,受力较小部位也可采用普通螺栓加锁紧螺母联接。7、4传动装置采用两种传动方式,直接传动与非直接传动。7、4、1直接传动电动机通过联轴器直接驱动振动器,见图9。其中联轴器有三种型式,设计中视需要选用。1—电动机;2—万向联轴器;3—振动器;4—筛面图9万向联轴器:该联轴器就是汽车得通用件,见图10,该联轴器也可用于两振动器得联接;图10b)轮胎联轴器:它由法兰与数片胶带组成,见图11。由于其周向刚度较大,可以传递很大扭矩,但径向刚度很小,因而可承受较大得径向跳动变形,可用于电动机与振动器得联接。它得轴向尺寸较小,可以减少振动筛得宽度;图11c)橡胶联轴器(三爪挠性联轴器):该联轴器由法兰、圆形平带、压板与螺栓等件组成,见图12。这种联轴器轴向尺寸较大,可用于两振动器得联接。图127、4、2非直接传动电动机经过一级V带减速,再通过联轴器与振动器联接,见图13。可根据需要选用7、4、1中所述得三种联轴器之一。1—电动机;2—V带;3—轮胎联轴器;4—振动器;5—万向联轴器;6—筛面图137、5支撑装置根据JB/T3687、1,振动筛安装方式为座式。每台振动筛由四组弹簧支撑,每组弹簧视振动筛得规格不同,可由一个至三个弹簧组成。支撑弹簧可用橡胶弹簧或螺旋弹簧。亦可用复合弹簧,一般在支撑装置中还设计有摩擦阻尼器,其结构见图14。鉴于橡胶弹簧与复合弹簧得橡胶内阻较大,对过共振区时得振幅有一定限制作用,故亦可不设计阻尼器与其它得限制装置。1—调整螺栓;2—法兰;3—弹簧座;4—螺旋弹簧;5—橡胶座;6—橡胶体;7—筛箱侧板;8—套筒图148参数得确定8、1工艺参数8、1、1筛面得宽与长应符合JB/T145得规定。8、1、2处理量得校核,由于实际工况十分复杂,国内外得计算方法很不统一,查阅文献标准推荐下列计算方法:冶金及建筑材料得筛分Q:Q=FqγKxiLcuJxNkOshEft/h……(1)式中:q——单位筛分面积得平均容积处理量,m3/(h·m2),(见表1);γ——材料得松散密度,t/m3;Kxi、Lcu、Jx、Nk、Osh、Ef——修正系数(见表2)。表1表28、1、3处理量得校核还可参照下述公式进行。8、1、3、1用于筛分时(包括煤炭、冶金及建材行业)a)修正平均法:Q=FqγLcuKxiIsEfGkHxDcJx+Qdt/h………………(2)式中:q——单位面积得小时透筛量(见表3),t/(h·m2);Gk——筛面开孔率得影响系数,按照公式3进行计算:Gk……………(3)A——实际使用得筛面开孔率;B——设计选用得筛面开孔率;Dc——筛面层数影响系数,上层1、0,中层0、9,下层0、8;Hx——筛孔形状影响系数,短长孔(L/B=3~4)为1、15,长孔(L/B＞4)为1、20;Qd——单位时间内给料中大于筛孔尺寸得物料含量,t/h;Lcu、Kxi、Is、Ef、Jx——修正系数(见表4~表8)。表3表4表5表6表7表8b)流量法Q=3600Bhvγt/h………(4)式中:B——筛面宽度,m;h——筛面上物料层得厚度(见表9),m;v——物料运动得平均速度,m/s;γ——物料得松散密度,t/m3。对于直线振动筛,物料运动平均速度v可按下式计算:v=0、9ωACaChCmCwcosδm/s……(5)式中:ω——角速度,rad/s;A——振幅,m;Ca——倾角对平均速度得影响系数(见表10);Ch——物料厚度影响系数(见表11);Cm——物料形状影响系数,对块状物料取0、8~0、9,对颗粒物料取0、9~1、0,对粉状物料取0、6~0、7;Cw——滑行运动影响系数(见表12);δ——振动方向角,(°)。表9表10表11表128、1、4筛分效率a)煤炭筛分根据GB/T15716得规定,筛分效率按下式计算:…………………(6)式中:ηs——筛分效率,有效数字取到小数点后一位;α——入料中小于规定粒度得细粒含量,%;θ——筛上物中小于规定粒度得细粒含量,%;β——筛下物中小于规定粒度得细粒含量,%。限下率按MT1确定。而限上率按下式计算:限上率=100%………(7)式中:Wd——煤样中大于规定粒度得煤得重量,kg;Wx——筛下物中所取煤样重量,kg。b)冶金部门按下式计算…………(8)8、1、5脱水效率煤炭脱水,根据MT/Z7得规定,脱水效率为评定脱水设备工艺效果得综合指标,产品水分为辅助评定指标(双层筛上层得脱水效率只用“产品水分”指标评定)。脱水效率为:………(9)式中:ηt——脱水效率,有效数字取到小数点后一位;a——入料重量浓度,%;b——筛下水重量浓度,%;c——脱水产品得重量浓度,%。a、b、c通过采样试验获得,取小数点后两位。8、2运动学参数8、2、1振动强度K,根据目前得机械水平,K值一般在3~8得范围内。取K=5。8、2、2抛射强度Kv,根据振动筛得用途选取,直线振动筛宜取Kv=2、5~4、0;难筛物料取大值,易筛物料取小值;筛孔小时取大值,筛孔大时取小值。故取Kv=8、2、3筛面倾角α,对直线振动筛一般取0,为适应不同需要可在±10内选取;振幅小时取大值,振幅大时取小值。故取α=8、2、4推荐方向角δ,就是直线振动筛得重要参数之一,一般取δ=30~65。难筛物料取大值,易筛物料取小值,我国目前多用40~45。故取δ=8、2、5筛箱振幅A,就是设计振动筛得重要参数之一,其值必须适宜,以保证物料充分分层,减少堵塞,以利透筛。通常取A=3~6mm,其中筛孔大者取大值,筛孔小者取小值。故取A=8、2、6振动筛振动频率f,按下式计算:对直线振动筛:………(10)式中:f——振动频率,Hz;Kv——抛射强度;α——筛面倾角,(°);δ——振动方向角,(°)。8、2、7实际振动强度Ks,按下式校核:………(11)式中:K——预选得振动强度(见8、2、1),若Ks值过大,应在调A与ω得同时并验算Kv(见8、2、2);g=9、8m/s2。8、3动力学参数8、3、1参振质量M=M1+M2+M3+M4+M5+M6kg………………(12)式中:M1——筛箱质量,kg;M2——振动器质量,kg;M3——支撑装置得上弹簧座总质量,kg;M4——联轴器及其罩得质量,kg;M5——物料质量,kg;M5=fwBLγΣHifw——物料结合系数,取0、2;L——筛面得长度,m;ΣHi——各层筛面上料层平均厚度得总与,m;M6——其它参振质量,kg。8、3、2弹簧刚度K对单质量系统:K=ωg2M……(13)式中:K——系统中弹簧得总刚度,N/m;ωg——系统得固有频率,rad/s;ωg=(1/3~1/7)ωj;ωj——振动得圆频率,rad/s;……(14)n——筛箱振动次数,r/min;M——参振质量,kg。8、3、3块偏心振动器得偏心块质量与回转半径关系MA=nzWkr………………(15)式中:M——参振质量,kg;nz——偏心块得组数;Wk——每组偏心块得质量,kg;r——偏心块得回转半径,m。这种振动器通常用改变主、副偏心块得夹角得方法来改变激振力,从而达到调整筛箱振幅得目得。参考图15得:Wkr……………(16)式中:Wz——主偏心块得质量,kg;Wf——副偏心块得质量,kg;rz——主偏心块得回转半径,m;rf——副偏心块得回转半径,m;——主、副偏心块得夹角,(°)。图1在主、副偏心块已定得情况下,可按式(16)计算其夹角。8、3、4筛箱重心计算及振动器位置得选择a)鉴于振动筛筛箱得对称性,重心可在垂直于筛面得纵平面内进行计算,筛宽方面得重心即在筛箱宽度得中间;b)平面坐标系原点得选取尽量与设计基准一致,一般选在筛箱侧板得左下角,垂直方向为Y轴,水平方向为X轴,如图2所示。图2c)重心计算mm………………(17)mm………………(18)式中:Wi——第i个构件得重量,kg;ΣWi——i个构件重量得总与,kg;xi、yi——第i个构件得重心坐标,mm。实际重心可根据物料分布特性作适当得调整;d)圆振动筛得振动器,多装在略偏于给料端得接近参振重量得重心得位置;直线振动筛得振动器多装在重心得上方,并使振动力得合力通过参振重量得重心,因物料粒度过大或结构需要亦可装在下方。8、4电动机得计算选择8、4、1根据振动筛起动力矩较大得特点,采用Y系列电动机。计算中需进行静转矩得校核。8、4、2电动机功率N得计算NkW……(19)式中:——传动效率;取0、95;N1——振动消耗得功率;kW……(20)C——阻尼系数,推荐C=0、2~0、3;n——振动次数,r/min;N2——摩擦消耗得功率;kW……(21)式中:fm——摩擦系数;d——振动器轴得直径,m。8、4、3起动转矩得校核所选电动机静起动转矩应满足:Mq>Mj………………(22)式中:Mj——静转矩;Mj=9、8nzWkrN·mMq——电动机得静起动转矩(查有关电机手册),N·m。9主要零件得设计与计算9、1轴承9、1、1轴得受力分析圆振动筛与直线振动筛所用得块偏心振动器,有一根通轴,其上装有两组偏心块,偏心块得旋转产生强大得激振力,激发振动筛也使自身振动,因此该轴承受着偏心块旋转产生得离心力F1及偏心块产生得惯性力Fg,轴及偏心块得自重Wz及Wk,支撑反力RA、RB,静转矩MJ。当F1、Wz、Wk方向一致时,轴受力最大。受力状态如图3所示。图39、1、2轴承得计算与选择图3中,力Wz及Wk与F1相比很小,为简化计算略去不计;力Fg与F1方向相反,略去Fg使之偏于安全。这样轴承上得轴向力为零,径向力为:R=RA=RB=F1=N…………………(23)式中:ωj——振动得圆频率,rad/s。轴承得额定动负荷为:……………(24)式中:C——轴承额定动负荷,N;P——当量动负荷P=R,N;fh、fp、fn、ft——在轴承手册得有关表中选取,其中额定寿命为10000h。根据振动器得工作特点,选用大游隙(3G)轴承。9、2轴得强度验算根据振动器得结构,轴得形状、载荷分布及弯矩、扭矩图见图4。图4轴材料为45钢,按Ⅱ类载荷计算,其许用弯曲应力为:[σw]=93、1MPa。危险断面得当量弯矩Mt为:N·m………………(25)式中:M——弯矩,N·m;M=F1LF1——离心力,N;L——危险断面到F1点得距离,m;α——根据扭矩性质而定得折合系数;对不变扭矩取α≈0、3;T——扭矩,N·m;N——输入得功率,kW;n——轴得转速,r/min。危险断面得应力应满足:………………(26)式中:σw——弯曲应力,Pa;Z——截面模数,m3。9、3弹簧9、3、1圆柱型橡胶弹簧得计算圆柱型橡胶弹簧几何尺寸见图5。图5=3~7………………(27)式中:Z0——频率比,小型筛取小值,大型筛取大值。……………………(28)式中:Kd——单个弹簧得刚度,N/m;K——弹簧得总刚度,N/m;nt——支撑弹簧得个数。Δh=(4~6)A(对小型筛Δh=0、014m)…………(29)式中:Δh——弹簧得最大变形量,m。~0、20…………(30)~1、0…………(31)式中:H0——弹簧得自由高度,m;D——弹簧得外径,m。………(32)式中:φ——受压面积与自由面积之比;d——弹簧内孔直径,m。Kx=1、2(1+1、65)……………(33)Ed=1、2Ej…………(34)式中:Kx——外形系数;Ed——动弹性模量,N/m2;Ej——静弹性模量,N/m2。静弹性模量与邵氏硬度得关系式为:……(35)式中:——橡胶弹簧得邵氏硬度,度。静弹性模量与橡胶邵氏硬度关系曲线见图6。……………(39)式中:F——弹簧得受压面积,m2。强度应满足:……………(39)式中:——橡胶得压缩应力,Pa;——橡胶得许用压缩应力,Pa,取[σj]=980kPa。图69、3、2金属螺旋弹簧得设计计算按《机械设计手册》(弹簧)得规定进行。9、3、3振动筛还可使用金属螺旋弹簧与橡胶弹簧组合而成得复合弹簧。因国内尚无成熟公式,不作推荐。9、4筛框筛框强度得设计计算,对筛宽大于2000mm得大型振动筛,建议进行动强度计算,可在微机上应用NT网络得有限元软件计算应力与模态。其中侧板及横梁得应力值应小于所选材料得疲劳强度许用应力值;计算出得各阶固有频率应远离其工作频率。本标准仍对筛框一些重要构件作些静强度计算与推荐。9、4、1筛框侧板及后挡板得厚度,用类比法确定。见表13。表139、4、2筛框横梁横梁断面形状及结构应符合7、3得规定,并应进行下列验算:a)横梁受力分析横梁与其附件(筛面托架、筛面、紧固件等)构成一体,按频率f与振幅A振动,因此其受力由动载(惯性力)与静载(自重力)组成。为计算方便,将附件重量均匀地分配给各梁,然后将动载得最大值与静载合成作为外载均布在横梁上,即将横梁简化为受均布载荷得简支梁,作静态计算,其载荷分布及弯矩图见图21。均布载荷:………(41)式中:q——梁得均布载荷,N/m;W1——梁及其附件得重力(包括物料重力),N;Smax——梁得最大惯性力,N;l——梁得长度,m。图7b)横梁强度计算:…………(42)N·m………(43)式中:σw——梁得弯曲应力,Pa;M——梁得弯矩,N·m;Z——横梁截面模数,m3;[σw]——梁得许用弯曲应力,Pa,取[σw]=24、5MPa;——均布截荷,N/m;l——横梁长度,m。c)横梁固有频率得验算按简支梁计算,固有频率为:………(44)式中:ωg——梁得固有频率,rad/s;an——振型常数,an=nnπ(nn=1,2,3,…,nn,这里取nn=1);E——材料弹性模量,N/m2;I——惯性矩,m4;ml——单位长度上得质量,kg/m;ωj——振动圆频率,rad/s。9、4、3紧固件振动筛得关键联接部位(例如:振动器体、横梁、后挡板及排料嘴与侧板)应采用高强度螺栓或环槽铆钉联接。螺栓与环槽铆钉得工作原理基本上就是一致得。在联接中,构件间力得传递就是