圆弧波浪形筛板设计中若干问题的研究★

张丽萍， 武维承

（1.大同煤炭职业技术学院， 山西 大同 037003； 2.山西大同大学， 山西 大同 037003）

动筛跳汰机一般采用长方形直条式筛板，由于其透筛量大，给透筛物处理工艺造成复杂化，而且伴随有许多其他问题。为了解决这些问题，研究和开发大幅度减少透筛物的新型筛板是一种较有效的解决方案。圆弧波浪形筛板是一种新型筛板结构，采用该结构后，可使其透筛物减少到原来的30%以下，完全可以解决以上问题。但由于是新筛板开发，设计时除了实现尽可能减少透筛物外，还应满足如下要求：即筛板的强度、开孔率、使用寿命等都不应比原长方形直条式筛板有所降低，而卡矸、堵筛现象也不应比原长方形直条式筛板有所增加。

为此，圆弧波浪式筛板设计时保持了原筛板箱体结构基本不变，只改变了上部的筛条和蓖条结构，这样首先保证了筛板箱体的强度和使用寿命没有问题。而且，由于透筛物的大幅度减少，透过筛孔的物料与筛条侧面的接触次数就大幅度减少，对筛条的磨损程度也大幅度减少。因此，采用圆弧波浪形筛板结构，筛条的使用寿命也得到大幅度提高。

然而，筛板的开孔率、卡矸和堵筛现象都与筛条结构和形状等有关，如何满足对新筛板的上述要求，须对如下几个问题进行探讨和研究。

1 筛板的开孔率

开孔率的大小，直接影响到筛板工作时的透水性能和分选效果，设计时须认真分析研究。由于采用圆弧波浪形筛板结构使筛条的使用寿命大幅度提高，完全可以考虑采用小直径筛条，通过调整筛条之间的距离和优化设计筛条排列方案，可弥补因采用曲线形孔而造成开孔率减少的问题，使其达到甚至超过原来的长方形孔筛板的开孔率，完全可以确保分选要求，减少水流阻力，降低能源消耗，提高经济效益。

计算原直条式长方形孔筛板和新圆弧波浪式筛板的理论开孔率，并进行对比分析如下：

1.1 原直条式长方形孔筛板的理论开孔率

对直条式长方形孔筛板，经过研究和推导，确定其理论开孔率的计算公式如下：

式中：ψ为直条式长方形孔筛板的理论开孔率；A为筛板外形长度；B为筛板外形宽度；A1为筛板箱体内侧长度；B1为筛板箱体内侧宽度；b为筛孔宽度；d为筛条直径。

以下页图1所示的筛板为例，其尺寸为a·b=80 mm×18 mm，单个筛板的尺寸为 A·B=1 988 mm×898 mm，实际筛条所占面积为A1·B1=1 964 mm×874 mm，筛条直径（d）为 Φ16 mm，代入式（1），得其理论开孔率ψ为：

1.2 新设计圆弧波浪式筛板的理论开孔率

对于新设计筛板，由于其开孔为圆弧波浪形，故其计算方法也与上式有所不同，经过认真研究和数学推导，确定其理论开孔率的计算公式如下：

图1 直条形筛板结构图一角

式中：b为筛孔最大宽度；l为筛条的实际长度；其他符号与前述相同。

新设计筛板为圆弧波浪形，其内孔尺寸为纵向直线长（a）×横向直线长（b）=85 mm×17 mm，单个筛板的尺寸为A·B=1 988 mm×898 mm，实际筛条所占面积为 A2·B2=1 964 mm×874 mm，筛条直径（d）为Φ10 mm，每根筛条的实际长度为l=968 mm。代入式（2）可计算出其理论开孔率为：

图2 圆弧波浪式筛板结构图一角

1.3 新旧筛板理论开孔率比较

新设计圆弧波浪式筛板的理论开孔率为61.1%，与旧直条式长方形孔筛板的理论开孔率50.9%相比，增加了10.2%，其透水性能及分选效果毫无疑问地要比原长方形孔筛板更好。

1.4 关于筛板开孔率的理论探讨

由于上述计算开孔率的公式是用筛孔面积除以整个筛板面积计算得出的，这是一个理论开孔率，相当于冲孔筛板的开孔率。而实际上，由于筛板的筛条为上下布置，其筛孔结构为复杂的三维空间，且这样的结构有利于水流从孔口正面和侧面通过，因此其开孔率的实际值要大于理论值，应当乘以一个修正系数ζ。当然，这个修正系数ζ值的大小，要进行进一步的试验和研究获得，这为以后的研究提出了新的课题，其结果将会有新的理论创新。

2 筛条材料截面形状及特点分析

德国产原长方形直条形筛板，其下部的横向筛条采用倒梯形截面，上部的纵向筛条采用圆形截面。在新圆弧波浪式筛板的设计中，下部的横向直线形筛条和上部的纵向圆弧波浪式曲线形筛条都选用了圆截面。认真分析，采用圆截面与原倒梯形截面相比，有如下优点：

2.1 有利于形成流线型通道，水流阻力小，不会引起筛板振动

由两两相对的筛条构成的圆弧波浪式条缝，为上下开口，见图3所示，其形状为从中间部位向上、下以圆弧状向外侧渐开的曲线，这就形成了全方位的流线型水流通道（孔隙），筛板上下摆时，都有利于减少水流阻力损失，确保水流畅通无阻，使其具有很好的透水性，这是确保分选效果的重要措施。

图3 圆截面筛条形状、水流特性、卡堵筛示意图

而采用倒梯形结构，如下页图4所示，在筛板下摆时，水流由大孔截面流向小孔截面，有利于形成流线体水流通道，但因其通道侧面为斜线，没有外扩的圆弧线水流通道那么更为畅通；而在上摆时，水流由小孔截面流向大孔截面，入水口缝隙尺寸较小，水流进入小孔受到的阻力较大，影响水流流动，容易引起较大的振动和噪声。

图4 倒梯形截面筛条的形状、水流特性及卡堵筛示意图

2.2 有利于减少卡矸、堵筛事故

由于圆弧波浪式条缝形状为从中间部位向上、下以圆弧状向外侧渐开的曲线，其中部缝隙最窄，见图5所示，这是有利于防止物料被卡住并堵塞筛孔的。

图5 筛条及蓖条的物料导流原理

倒梯形结构的上部孔口缝隙为最小，且形状尖锐，筛孔通道为楔形，大块物料的小端部位进入上部缝隙后，容易将物料卡住，从而造成的卡矸、堵筛事故较多。

2.3 有利于节约材料和加工成型

圆钢钢材用量比梯形结构为少，价格低廉，容易加工成型，生产成本较低。

3 蓖条结构形状对物料导流的影响研究

蓖条的作用是减轻大块物料对筛条的碰撞，防止损坏筛面及筛条，同时还对大块物料起导流作用。最初设计的圆弧波浪式筛板，其蓖条为与筛条同形的圆弧形，如图5-1所示。

试验过程中进一步分析认为：尽管其圆弧波浪形筛条与圆弧波浪形蓖条的结构形状相同，看似合理，但由于蓖条上面是导流物料或大块物料的滑枕，相邻两蓖条之间的长窄槽形空间是物料的导流通道。因此，其圆弧波浪形蓖条形成的长窄槽形空间，不利于物料的导流，容易出现物料的卡槽或间歇卡槽现象，如图5-1中的3所示。这种现象虽然一般会在筛板连续的上下摆动中被迫松动而使物料继续下滑，但也一定程度上影响到筛板的正常工作。

因此，认为采用直线形蓖条结构更为合理和可靠，如图5-2所示。

4 结论

经过认真分析和优化设计，并通过工业性试验后，得出如下结论：

1）使用圆弧波浪形筛板导致透筛物大幅度减少（减少了70%左右），因此透筛物料与筛条侧面的接触次数也大幅度减少，对筛条的磨损程度也大幅度减少，筛条的使用寿命得到大幅度提高。

2）由于筛条的使用寿命提高，故可采用小直径筛条，经过优化设计筛条之间的距离和筛条排列方案后，使圆弧波浪形筛板的开孔率超过原长方形孔筛板的开孔率（增加了10.2%）。

3）用筛孔面积除以整个筛板面积计算得出的开孔率，是理论开孔率，而开孔率的实际值应当在此基础上乘以一个修正系数ζ。

4）在圆弧波浪式筛板的设计中，所有筛条都选用了圆截面，具有有利于形成流线型通道，水流阻力小，不会引起筛板振动，有利于减少卡矸、堵筛事故，有利于节约材料，有利于加工成型等多项优点。

5）蓖条采用圆弧波浪形形成的长窄槽形空间，不利于物料的导流，容易出现物料的卡槽或间歇卡槽现象，而选用直线形蓖条结构更为合理和可靠。