SYK1537振动筛的强度改造

摘要：本文主要是针对国产振动筛经常面临的超负荷运行的问题，通过对旧的振动筛设备的改造，提出了一种新的设计方法和一种新的设计理念，值得同行的关注。

关键词：振动筛 强度 改造

尽管我国政府越来越注重节能环保，大力提倡煤炭的清洁高效利用，给煤炭洗选装备制造企业带来了持续的发展良机，但我国的煤炭洗选装备制造业整体上难以和国外的设备相抗衡。为了提高市场占有率，开发适应市场需求的更高强度的设备成为了当务之急。前不久我们企业与某知名煤矿的合作便是一次成功的尝试。由于该矿的运行环境发生了较大的改变，最大的入料粒度达到了900mm，我们原来设计生产的圆振动筛，完全不能适应，为此我们设计生产了高强度的振动筛，很好地解决了入料粒度过大引起的一系列问题，虽然结构采用的依然是通用的方式之一，并没有做太多的改变，却收到了很好的效果，极大地拓展了适用范围，提高了竞争能力。

下图1是本筛机的外形示意图

图1

如图所示：本筛机由电动机通过联轴器直接驱动振动器工作，使振动器产生激振力，从而带动筛箱发生振动，（筛箱采用四组弹性支承装置支承）。

该种设计的技术特点是：整机结构简单，节约能源；采用块偏心振动器（非振动电机），并将振动器安装在筛邦，大大改善了侧板受力状况，有效地降低了侧板的断裂机会。缺点是振动器维修起来不太方便。由于我们强调的是结实耐用，所以采用了这种结构。

众所周知，我们现在设计的振动筛一般都是按照现在通用的标准推荐的参数和方法设计的，我们给煤矿提供的也不例外。根据我们多年的观察摸索发现，当给料小于300mm时，筛子工作状态良好。然而，当入料粒度较大时，这样的筛子便很难适应，特别是我们这次遇到的最大的入料粒度甚至达到了900mm时，整个筛子的参振部分几乎都出现了裂纹，感觉要被振碎了一样，这迫使我们不得不对原来的筛子进行强度的升级改造。

但我们面临的一个较大的麻烦：现场的安装空间已经完全被限制，所有配套设施和筛子的安装尺寸都已经固定，筛子的外形尺寸和安装尺寸都不允许有所改变，否则不仅势必给现场带来极大的工作量，而且也是无法实现的。因此我们改造的原则就是保持筛子的外形尺寸和安装尺寸都不改变的情况下，加大参振部分即筛箱的整体强度。筛箱是由筛框和固定在它上面的筛板组成，它也是一台筛子的承载部件。

筛框为整体空间金属结构件，主要由侧板，上横梁、下横梁组等构成，下横梁用于支承筛面和物料，在筛框的给料端设有入料箱，出料端设有排料嘴。由于筛框是由横梁将两块侧板连接起来而形成的整体结构，因而要加强它的强度，除了考虑整体结构的布局外主要就是要加强侧板和横梁的强度。

筛面采用矩形框架式筛板，通用性强、寿命长、维护检修方便。

由于过去的实践中证明本筛机原来的整体布局上很合理，因而不再考虑布局改造的问题。所以我们首先考虑筛箱侧板的厚度，因为标准中1.8m筛宽的侧板厚度和1.5m筛宽的侧板厚度均为8mm，根据经验，我们认为原来8mm的侧板厚度应该够用，同时为了最大程度地利用原来的部件（主要是激振器），决定保留8mm的侧板厚度不变。

其次考虑上下横梁的问题。显然需要保持其外径不变，因而只能通过加大其厚度来实现。粗略验算如下：

根据标准，横梁上最大的均布载荷q=

其中：W1—梁及其附件的重力（包括物料的重力）

Smax—梁的最大惯性力，Smax=

因此q= =

所以改造后与改造前均布载荷的比值为

q2/q1=W2/W1= =1+

其中： △W—改造后及改造前的梁及其附件（包括物料）的重力差

改造前，W1为2859 kg，横梁的总重量为530kg，按横梁的总重量最大再增加一倍考虑，增加的重量为530kg。根据标准计算出物料运动的平均速度约为0.51m/s（此处由于较繁琐，计算方法略），由于筛长3.7m，所以物料在筛面上的停留时间约为7.25s。原来设备的处理量为90万吨，由于物料由最大300mm提高到900mm，所以按270万吨计算（实际使用中远达不到这个值），增加了180万吨，即每秒的处理量增加83.3 kg。据此得出物料在筛面上的重量最大应增加604kg，两项共增加1134 kg，即△W/W1 最多不超过40%，所以q2/q1≤1.4。

同样根据标准，横梁的弯曲应力σw= ，

其中，梁的弯矩M= （l——横梁的长度）

因为空心横梁的截面模数Z=0.0982 ，

其中，D——梁的外径，d——梁的内径

设d1 和d2分别为改造前后的横梁内径，且改造前后横梁所受的弯曲应力相同，则可得：

= = =1.4

实际设计中，D=168 mm，d1=152 mm

由此算出极限状态下d2=144 mm

所以壁厚为12 mm

通过以上计算，我们把下横梁的厚度提高到12mm。同理，上横梁的厚度也提高到12mm。

然后我们重新设计了筛板， 加大了筛板的厚度，同时简化了其结构，将原来一直使用的矩形框架式整体结构的筛板改造成了一块平面筛板，为的是使改造前后的参振重量变化不至于太大。这是改造前后的筛板示意图（图2）：

改造前 改造后

图2

这样一来，虽说又需要进行激振力的验算，但旧的振动器有可能还能被利用。具体验算如下：

改造前的参振重量为2649kg，改造后的参振重量为2812kg，重量增加163kg，则需要增加的激振力矩约为0.652kg·m左右，每台激振器需要增加的激振力矩仅为：0.326 kg·m左右，显然超不过原激振器的最大激振力矩。

此验算说明，由于以前设计的振动器的激振力矩有富余，强度加大后的振动器依然完全可以胜任，因此不需要重新改造振动器。

最后需要做的就是重新计算弹簧的刚度。振动筛的设计方法在很多论著和材料中都有具体的讲述，我不想将它作为这篇文章的重点，因此在这方面不做过多的论述，但我觉得有必要根据自己多年的探索，重点对弹簧刚度计算中的问题谈一下自己的认识。

众所周知，弹簧刚度的计算公式中一个很重要的参数为系统的固有频率，它的计算公式为（1/3～1/7）ω（ω——振动的圆频率），而弹簧的刚度与这个数的平方成正比。这说明当振动筛的振动频率一定时，仅通过计算，弹簧的刚度最大就会相差5.4倍还多，如此巨大的差距，需要非常慎重地把握，否则一不小心，不是弹簧的刚度不够造成弹簧本身频繁损坏，进而带来其它一系列问题，就是刚度过大损坏筛体和地基。困难的是这完全是一个经验值，设计者一定要根据设备本身的结构做具体的分析，选择时一定要多加比较，多加考量。另外还需特别留意，钢弹簧和橡胶弹簧的计算是有很大区别的，绝不能以一个标准来计算不同材料的弹簧刚度。

只有这样，我们设计出的弹簧在使用后，才能保证设备的良好运行，使产品很好地适应各种不利的工况环境。

这次设备改造，给我带来很深的感触：我们的国产振动筛在生产技术方面与国外的相比一直存在较大的差距，从设备采用的原材料开始一直到制造工艺和手段都难以和国外相比，这是不争的现实。但仔细思考就会发现，两者在处理量上并没有什么差别，国产振动筛的差距就反映在设备的可靠性上，即结实耐用的程度上。而在我们的设计中加大设备强度并不难，甚至很容易实现，并且在客观上会为我们赢得良好的口碑，获得更多的认可，关键是设计的理念要有改变。何不改变过去我们一直认为的参振重量越轻越好的设计理念，为我们争取到更多的市场？

事实证明，强度改造后的设备在使用后，效果非常好，深受用户好评，为企业争得了荣誉。

参考文献：

[1]中国煤炭加工利用协会组织编写，《选煤实用技术手册》，徐州，中国矿业大学出版社，2008年

[2]成大先主编，《机械设计手册》，北京，化学工业出版社，2004年

作者简介：

闫文华（1966-）女，，本科学历，工程师，现从事洗选设备的设计工作。