蚯蚓分选用筛网自清理装置研究

山东济南大学泉城学院工学院　　杜文圣　王睿晗

蚯蚓分选用筛网自清理装置研究

山东济南大学泉城学院工学院杜文圣王睿晗

本文分析了蚯蚓分选用直线振动筛筛网产生堵孔、粘孔的主要原因，并据此提出了解决蚯蚓分选过程当中堵孔、粘孔问题的方法；设计了一种凸轮式筛网自清理装置，能够在直线振动筛工作过程中实现筛网的自清理，从而解决堵孔、粘孔问题，并对该装置进行了运动仿真，验证了其实现的可行性。

蚯蚓分选；筛网堵孔；粘孔；筛网自清理装置；ADAMS运动学仿真

1　筛网堵孔、粘孔问题研究

蚯蚓饲养基混合物主要成分为较为潮湿的蚯蚓粪，将饲养基混合物中绝大部分的蚯蚓粪分选出后，其他产物就较为容易分选［1］。然而蚯蚓饲养基混合物含水量较高、体量大、粒度小，利用直线振动筛进行蚯蚓分选时，容易产生堵孔、粘孔现象，蚯蚓饲养基混合物很难松散、分层，使直线振动筛筛分的有效面积减小，筛分效率将明显降低，最终可能导致筛机无法正常工作。

1.1筛网堵孔的原因分析

在直线振动筛运行过程中，由于一部分蚯蚓饲养基中的颗粒略大于或者接近筛网网孔直径，在这部分颗粒跳动透筛过程中，颗粒与筛网网孔之间产生一定的夹紧力使颗粒无法透过筛网网孔，从而产生堵孔现象；其次，由于编织筛网的筛丝过粗，在透筛过程中颗粒容易卡住筛孔；还有因为颗粒的不规则性，使其与筛网网孔有多个接触点，极易堵孔；筛网网孔结构不合理，特别是橡胶筛网［2］，由于橡胶筛网较厚，沿其厚度方向上筛网网孔结构下小上大，容易使颗粒卡住；另外，筛网堵孔还与物料与筛网之间的摩擦力以及静电有关。普通振动筛筛网由于不具有自清理能力而导致筛网堵孔问题无法解决，从而导致振动筛无法正常运行［3］。

1.2筛网粘孔的原因分析

在潮湿的蚯蚓饲养基混合物中，主要起到为蚯蚓粪颗粒之间液体桥引起的毛细管力的作用。蚯蚓粪越潮湿，颗粒越容易黏结成团。当进行筛分时，由于物料的流速较大，颗粒因为毛细管力黏结在一起，一部分颗粒虽然分散，但仍有黏附在一起的趋势［4］。因此，蚯蚓粪颗粒黏附在一起形成团状易与筛网发生非弹性碰撞，将荷点的空气压缩排出，从而黏连在筛网上。形成低密度的真空间隙，外部的气压高于内部的气压，蚯蚓粪稳定地黏附在筛网上。另外，筛网上的筛丝交叉点很容易使蚯蚓粪颗粒滞留，筛面上的加固螺钉、支撑横梁、支撑横梁与筛网交界处等都容易使蚯蚓粪颗粒滞留，成为进一步聚集的凝聚核，最终在筛孔上形成一个覆盖膜，堵塞网孔。

2　筛网堵孔、粘孔问题的解决方案

目前，解决筛网堵孔、粘孔问题主要从以下三个方面入手［7］。

（1）通过改变物料的运动方式而采用专用的振动筛。这些振动筛往往具有较大的倾角及振动强度，能够使黏附在一起形成的团块破碎，并将堵塞在筛孔中的颗粒抛出，从而有效地解决振动筛堵孔、粘孔的问题。

（2）通过改变筛网的结构和材料对筛网进行优化设计。实验证明潮湿颗粒在表面光滑的疏水性材料聚氨酯筛网上的黏附量要比在金属筛网上的黏附量少很多。另外，通过改变筛网的结构，能够有效地防止振动筛堵孔。

（3）在筛网下方加入筛网自清理装置。振动筛与筛网自清理装置同时工作，在外力的作用下，使筛网产生短暂的弹性变形，从而解决了筛网堵孔、粘孔问题。

蚯蚓饲养基混合物含有一部分蚯蚓，对蚯蚓饲养基混合物进行筛分的过程中，不宜采用较大的抛掷强度，以避免对蚯蚓造成损伤。参考以上三种解决潮湿颗粒堵孔、粘孔的方案，对筛网进行选取并设计了一种筛网自清理装置。

2.1筛网的选取

筛网是振动筛的关键部件，通过合理地选取筛网可以节约成本，并能在一定程度上解决堵孔、粘孔现象的发生。根据筛网材料可以将其分为三种：蚕丝筛网、金属筛网、合成纤维筛网。根据筛网的加工工艺可以将其分为三类：编织筛网、冲孔板筛网、电成型筛网。根据蚯蚓分选的要求，防止筛网堵孔、粘孔，并考虑耐磨性、制造成本等因素选择冲孔板筛网，选用合成纤维材料。

2.2筛网自清理装置研究

蚯蚓饲养基混合物的主要成分为蚯蚓粪，将蚯蚓粪分选出，其他产物分选过程将较为容易。直线振动筛筛网发生堵孔、粘孔时，由于不具有自清理能力导致筛机处理能力下降，严重时筛机将无法正常工作。此时需要将直线振动筛停机，将筛网拆卸下来，待清理完筛网堵孔后才能继续工作［4］。这一过程严重影响了振动筛工作的连续性，使振动筛的筛分效率明显下降。

为了解决筛网粘孔、堵孔问题，拟采用在筛网下方加入两个拍打杆，对筛网进行往复拍打，筛网随之产生短暂的弹性变形。由于筛网产生二次振动，能够将堵塞的颗粒抛出筛网，从而解决了筛网堵孔、粘孔的问题。由于物料在筛网中部滞留的时间较长，容易产生堵孔、粘孔，所以，需要将两个拍打杆安装在筛网中部。拍打杆的往复作用使筛网产生二次振动，从而使堵塞和粘附在筛网上的颗粒脱离筛网。整个装置结构简单，易于实现，并且装置运转缓慢，对蚯蚓的损伤较小，是一种较为理想的筛网自清理装置。

图1　筛网自清理装置原理简图

为了达到设计目的，拟采用以下方案：如图2所示，减速电机通过联轴器与凸轮1连接，凸轮连续转动使与凸轮配合的杆2连续摆动，两个拍打杆分别安装在杆2和杆4上，经过反平行四杆机构2-3-4使两个拍打杆同步反向摆动，从而达到拍打筛网的目的。

图2　凸轮连杆式筛网自清理装置简图

3　凸轮连杆式筛网自清理装置的实现

对凸轮连杆式筛网自清理装置进行设计时，首先要对凸轮机构进行设计，随着计算机辅助设计软件的应用和发展，利用解析法进行凸轮设计得到的结果越来越精确［5］。

图3　凸轮机构简图

图3为凸轮机构设计简图，在本文中摆动从动件凸轮的理论轮廓线方程为：

（1）推程阶段

其中δ为凸轮摆动的角度，δ=ωt，

（3）回程阶段

其中，π≤δ≤5π。3

（4）近休止阶段

将凸轮的主要参数代入算式中，可以得到凸轮的轮廓曲线方程。通过UGNX6. 0中的工具/表达式选项将凸轮的曲线方程转化为适用于UG NX6.0的相应的表达式，最终得到所要设计的凸轮实体。

4　筛网自清理装置运动学仿真

由于与凸轮机构串联的反平行四杆机构相对的杆长相等，所以设计较为容易，只要保证机架长度能够满足两个拍打杆之间的安装距离。按照各个构件的尺寸建立三维模型并装配，最终装配图如图4所示。

图4 筛网自清理装置的三维模型

将完成装配的筛网拍打装置的三维模型导入ADAMS/View中，然后进行仿真分析，分别建立两个拍打杆与水平线之间的夹角并测量其角度变化、角速度、角加速度的运动规律，结果如图5、图6所示。

图5 拍打杆1的

角位移、角速度、角加速度运动曲线图

图6　拍打杆2的

角位移、角速度、角加速度曲线图

将以上两图与理论运动学曲线对比可知，仿真结果基本上符合理论值。由于凸轮与从动件存在冲击，因此实际运行过程中会产生噪音，尤其在角加速度变化曲线中表现较为明显。对比图5和图6可以看出，拍打杆1和拍打杆2角位移、角速度、角加速度曲线呈正余弦曲线变化规律，变化范围相同，角位移变化约为20°。两个杆的角速度、角加速度两拍打杆的角速度呈现出正弦曲线规律，但是波峰波谷呈反向分布。由此可以判定该装置的拍打杆1、2能够同步反向运行，从而能够满足筛网自清理装置的设计要求。

5　小结

通过分析蚯蚓粪堵孔、粘孔的主要原因，针对蚯蚓粪透筛过程容易产生堵孔、粘孔的问题，分别从选取筛网和增加筛网自清理装置来解决这一问题。设计了一种筛网自清理装置，利用拍打杆往复拍打振动筛筛网来解决筛网堵孔问题，并制作了该装置的三维模型，对该装置进行运动学仿真。仿真结果与理论设计基本吻合，验证了其稳定性及可靠性。

［1］龚丽贞.蚯蚓高效养殖技术及其效益分析 ［J］.现代农业科技，2010，19：304-306.

［2］王宏凯，郭苗，王勇，王福顺，胡章胜，梁军.潮湿细粒原煤深度筛分堵孔粘孔现象的分析 ［J］.煤矿机械，2010，03：225-227.

［3］赵跃民，刘初升.弹性筛面上潮湿细粒煤炭筛分机理的研究［J］.煤炭学报，2000，S1：206-208.

［4］何涛，王成军，张东速.自激振式振动筛筛网清理装置的设计 ［J］.煤矿机械，2013，05：181-183.

［5］成经平.摆动滚子从动件平面凸轮机构的模糊优化设计 ［J］.轻工机械，2002，02：24-27.