上振式椭圆振动筛振幅偏差的改进实践

（南昌矿山机械有限公司，江西 南昌 330000）

资源开发与利用是社会经济、科学技术发展的基础，如何提高矿产资源的综合利用率是一直探索的热点问题。矿山筛分设备的广泛应用提高了金属资源的综合利用率，有效的延长了矿山服务年限；同时，筛分作业使得脉石矿石按照不同的粒径筛选出来，作为不同的骨料进行综合利用，提高了矿山企业的经济效益；矿山遗弃废料的筛分处理及综合应用有效缓解了资源压力，同时为建设绿色矿山奠定了基础[1，2]。因此，加强矿山筛分设备的研究工作有助于提升资源的利用率以及恢复矿山生态环境，其研究具有重要意义。本文主要以上振式椭圆振动筛为研究对象，分析其振幅偏差对筛分质量的影响，进而提出改进措施，为提高设备的筛分能力提供参考。

1 上振式椭圆振动筛概况

自矿山引入上振式椭圆振动筛以来，虽然显著的提升了资源的综合利用率，但是机设备的运行稳定性等方面仍然存在较大的差距，尤其是振动筛振幅偏差问题，因此，根据矿山资源开采实践优化上振式椭圆振动筛的振幅偏差问题，有助于提高振动筛的整体性能，进而提高矿产资源的利用率，为矿山企业创造更多的利益。上振式椭圆振动筛主要由振动器、二次隔振系统、筛框、传动装置和挠性联轴器等组成，其工作原理主要为三轴机械式强制同步激振原理[3]。其中，三轴震动器对称的安装在两侧板上部位置，且两台三轴振动器的中心线组成的平面必须平行于筛面；理论上筛箱在震动器的作用下以椭圆形的运动轨迹运动，但是根据矿山实践发现，在振动筛运行时设备两侧的振动筛的振幅不一致，振幅偏差可达2.3mm，进而造成仪器设备损坏严重，降低了工作率，严重者导致筛体出现裂缝。因此，为了提高振动筛工作效率以及减少振动筛损坏几率，如何确保振动筛两边的振幅一致至关重要。

2 振动筛工作原理及振幅偏差原因

2.1 振动筛工作原理

振动筛的工作原理主要为三轴机械式强制同步激振原理，对振动筛而言，当振动筛中的振动频率、参振质量、偏心距和弹簧刚度等参数确定时，振动筛在工作条件下产生的振幅是恒定的，同时，振动筛在不同的运动条件指令下按照不同的运动轨迹振动。因此，利用振动筛中的调节功能，根据矿山物料差异等，可调节相应的运动参数，此时可使得矿山物料根据相应指令在工作面上以不同的运动方式运动，最终筛选出可以再利用的矿石资源等[4，5]。总体上，上振式椭圆振动筛由激振器、筛箱和支撑弹簧等组成，其运动驱动力主要由1台顺时针电机和1台逆时针电机的驱动产生强迫振动实现的。

2.2 振幅偏差原因分析

自矿山引进上振式椭圆振动筛以来，虽然提高了资源再利用率，但是经过实践后发现振动筛两侧的振幅不一致，极易造成筛体破损。导致振幅偏差的原因主要包括以下几个方面：①振动筛设备自身存在问题，即振动筛的生产过程中因焊接或者钢材等导致振动筛本身出现负偏差等，进而造成振动筛设备两侧质量不均衡，在实际工作中出现振幅偏差；②弹簧是振动筛中的重要组成部分，其弹簧刚度对振动系统的支撑力度不一致，进而导致振动筛两侧出现偏差，但是对于多个弹性元件支撑系统来说，无法准确的确定调整方案，必须借助有限元等模型进行综合分析。鉴于此，本文以Autodesk Inventor三维软件平台为基础，建立了相应的几何模型，将其简化成振动筛模型两侧的简谐力，并将其施加在振动筛模型上。根据模型试验，并设置左侧的弹性刚度分别为225N/mm、225N/mm、225N/mm、225N/mm和225N/mm，则对应的右侧弹性刚度值分别为225N/mm、184N/mm、147N/mm、314N/mm和265N/mm，其对应的右侧振幅值分别为10mm、9.35mm、9.03mm、14.59mm和11.78mm。

由上述模拟数据可知，第一组试验两侧的弹性刚度一致，右侧振幅与左侧振幅一致，均为10mm；第二组试验两侧的弹性刚度不一致，且右侧的弹性刚度小于左侧的弹性刚度，导致右侧对筛体的支撑力小于左侧的，进而使得右侧的振幅大于第一组试验右侧的振幅；第三组试验两侧的弹性刚度也不一致，且右侧的弹性刚度小于左侧的弹性刚度，对应的右侧振幅大于第一组试验右侧的振幅；第四组试验两侧的弹性刚度变化较大，其中右侧的弹性刚度大于左侧的弹性刚度，导致右侧的振幅小于第一组试验右侧振幅；第五组试验右侧的弹性刚度略大于左侧的，但右侧的振幅较第一组试验右侧振幅明显减小。综上所述，若想减少振动筛两侧振幅偏差问题，应该在振幅较大的一侧相应增加弹簧的弹性刚度，能够有效的避免振幅偏差问题。

同时，为了有效解决上振式椭圆振动筛振幅偏差问题，必须分析振动筛的激振力变化与振动筛两侧振幅变化规律，同理以Autodesk Inventor三维软件平台为基础，建立了相应的几何模型，由于是分析振动筛的激振力变化与振动筛两侧振幅变化规律，因此，必须确保振动筛两侧弹簧的弹性刚度值均一致，在模拟试验过程中设定振动筛两侧的弹簧刚度值均为225N/mm，进而进行下一步模拟分析。模型有限元分析过程中第一组试验中设置前左和前右的施加偏心质量位置距离中心均为50mm，中左与中右的施加偏心质量位置距离中心均为0mm，此时振动筛组成的有限元模型中的两侧振幅完全一致，即对称性良好；第二组试验中设置前左偏心质量施加位置为距离中心位置为10mm，前右偏心质量施加位置距离中心位置为50mm，此时振动筛两侧的振幅不一致，出现明显偏差，其中右侧的振幅值可达10.8mm。根据上述有限元模型分析可以得出，上振式椭圆振动筛随着振动器激振力的持续增大而振幅逐渐增大，因此，在弹性刚度相同的条件下可通过调整对应侧偏心块的厚度进行调整该侧的振幅变化。

3 调整方案及应用

调整方案是提高上振式椭圆振动筛工作稳定性的基础，因此，本文根据上述的有限元模型分析得出了如下的认识：①以Autodesk Inventor三维软件平台为基础建立了相应的三维力学模型，有直观的分析振幅偏差原因奠定了基础，通过有限元模型分析了解了弹性刚度、震动质量、偏心块质量等与振动筛振幅之间的变化关系，为进一步确定振动筛的调整方案提供基础数据支撑；同时，为振动筛动力学参数改进以及振动筛设计改进提供了可靠的理论数据支撑；②上振式椭圆振动筛的异常工作状态主要体现在振动筛两侧的振幅不一致方面，根据本文有限元模拟分析可知，调整两侧振幅偏差的方法主要有两个方面，一是调整支撑弹簧的弹性刚度，使得振动筛两侧的振幅一致；二是通过调整偏心块质量改变激振力，进而改善振动筛两侧振幅不一致问题；③振动筛运动异常一般是多种情况的叠加作用，而非单一因素所致，因此，在调整过程中需注意上述问题的同时应加强筛子运行状态、弹簧耗损等，需及时更换易耗零部件，能够有效的延长上振式椭圆振动筛的使用寿命。

基于上述有限元分析数据以及振动筛两侧振幅不一致原因，根据矿山上振式椭圆振动筛机械设备特征等，选择改变偏心块质量进而消除振幅不一致问题，即通过振动筛两侧偏心块质量变化，使得振动筛两侧振幅尽可能一致。因此，本次在振动筛右侧的偏心块质量增加2mm，使得两侧的振幅控制在9mm左右，通过实践表明，振动筛两侧的振幅偏差小于1mm，说明本次调整方案行之有效，不仅消除了振动筛两侧振幅不一致现象，而且提高了矿山资源筛分利用效率，提高了矿山企业效益。

4 结语

综上所述，上振式椭圆振动筛出现振幅偏差的原因主要包括两个，一是弹簧弹性刚度问题，二是激振力问题。因此，解决振动筛两侧振幅偏差问题的解决措施主要包括两个方面，一是调整支撑弹簧的弹性刚度，使得振动筛两侧的振幅一致；二是通过调整偏心块质量改变激振力，进而改善振动筛两侧振幅不一致问题。本文通过建立三维力学有限元模型的方法，有效的简化了分析振幅偏差的方法，同时提高了抓住主要矛盾的效率，本文的研究成果为同类问题的改进提供了一定的参考价值。