驰张振动筛的振动分析及结构优化

2020-12-20鲍光华肖放萍赵孟阳

世界有色金属 2020年16期

鲍光华，洪顺，肖放萍，赵孟阳

（南昌矿山机械有限公司，江西南昌 330000）

矿产资源的开发与利用与筛分设备密切相关，尤其是现代化矿山企业，以大型机械设备为主，显著的提升了资源的开发利用效率[1]。张弛筛是一种新型的筛分设备，具有不易堵塞、高产率和高效率的优点，而被广泛的应用我国矿山开采中。但是，我国对于张弛筛设备的研究程度相对薄弱，主要以进口的方式满足国内市场的需求[2]。

为了提高国产张弛筛的整体性能，某矿山自引入该机械设备以来进行了实践应用，根据运行状况、故障发生率等进行了振动分析和结构优化，为提高机械设备的稳定性能奠定基础。

1 张弛振动筛的振动分析

张弛振动筛是以机械设备的一张一弛运动而实现矿石物料筛分目的的，因此，矿石物料的颗粒大小对振动筛的振动方式影响较大。此外，研究振动筛的结构优化过程必须对影响振动筛分效果的因素进行分析，进而提出改进措施。

1.1 入筛物料对振动筛分效果的影响

入筛物料对张弛振动筛筛分效果的影响主要包括以下几个方面：①含水率，即物料的湿度，由于物料表面吸附的水分使得筛分困难，显著的降低了筛分效果；②含泥量，含泥量的高低对黏度较大的物料筛分影响较大，容易出现物料之间结团现象，尤其是部分小颗粒物料，容易造成筛分堵塞，且在湿度较大的条件筛分质量较差；③粒度特性，筛分表面上的物料颗粒大小、形状以及物料比重等对振动筛分影响较大，当物料粒径过大时容易使得物料卡在筛孔中，进而出现堵塞问题。

1.2 筛面工艺结构对振动筛分效果的影响

筛面工艺结构对张弛振动筛的筛分效果影响明显，尤其是筛面长度、宽度、倾斜角、孔隙大小等，主要包括以下几方面[3]：①筛面的宽度与长度，若设备的筛面宽度越大，则筛分量越大，当筛面的长度越长，则筛分设备的效率越高，但是当筛分设备的宽度和长度增加时，设备的整体框架稳定性越差，明显的缩短了筛分设备的使用寿命，因此需要结合矿山实际情况确定筛分设备筛面的宽度和长度；②筛面的倾斜角，当筛面具有一定的倾斜角时，矿石物料容易在筛面上滑落，倾角越大，矿石物料在筛面的运动越快，单位处理矿石量显著增加，但是明显的缩短了物料的筛面上的停留时间缩短，使得矿石物料筛分不彻底；③筛面孔隙大小、形状等的影响，筛面的孔隙大小与矿石处理要求息息相关，应根据矿石选冶要求进行设计；孔隙形状常见的有圆形、长方形和正方形，若筛分物料形状有更高要求时，一般选择圆形和正方形孔，若矿石物料以长方形或者扁平状为主时，多采用长方形筛分孔。

1.3 筛面运动形式对振动筛分效果的影响

筛面的运动形式主要是利用筛面的振动转频、振幅等因素实现的，一般来说，振动形式能够影响矿石物料的运动轨迹，进而影响筛分效果，且具有“筛面振动越强烈，筛分效果越好”的特征。常见的筛面运动形式包括椭圆振动、圆周振动和直线往复振动几种形式。其中，直线振动无法提供给物料垂直方向上的振动，因此该运动方式不利于松散堆积物的筛分，多用于粒度较大的物料筛分；圆周运动是比较常见的运动形式，具有较大振动频率，为矿石物料的筛分提供充足的能量，能够有效的筛分物料，但是该运行形式筛分效率较低；椭圆运行形式是在直线运动和圆周运动的基础上发展起来的，显著的改善了物料的传输效果，其筛分效率也优于前两种运动方式。

1.4 基于Matlab模拟的振动分析

上文根据张弛振动筛的实际实践总结了影响振动筛筛分效果的影响因素，但是张弛振动筛设备的运行状况十分复杂，采用单一的分析方法无法准确的找出振动筛的结构的缺陷。鉴于此，本文以Matlab数值计算软件为基础，通过仿真模拟机器的仿真运动实现张弛振动筛的振动筛分分析目的。当张弛振动筛在空载状态下，采用多次测量的方式进行了振动分析，根据振动曲线可知，在空载条件下振动筛的运动形式以匀速的圆周运动为主，仿真模拟运动与实际运动相符合。

2 张弛振动筛的结构优化及应用

2.1 张弛筛结构优化

张弛筛结构优化是提升振动筛整体性能的基础，本次涉及的结构优化主要包括：①凸轮轴系，该结构是实现圆周运动与直线往复运动转化的基础，是实现筛面一张一弛运动的前提，本次优化过程中将轴承座与弹簧板相互连接，并锻造在一起，并将内轴承之间的偏心差控制在180°，能够有效的提升轴运动的平衡性；②驱动系统，是主要的动力来源，本次结构优化将连接部位的螺母采用非金属内嵌式螺母，使得驱动系统具有更好的放松性能，能够有效的缓解因长期振动而导致螺母松懈引起的安全事故；③底架，主要对张弛筛起支撑作用，本次采用标准钢型底架，将倾角控制在21°，并在底架右侧第一根立柱外侧连接电机支架，不仅能够确保原装置的精度要求，而且能够有效的提升设备的稳定性；同时，电机支架采用相同的标准钢型，滑道采用槽钢，将连接板焊接时旋转15°～25°，能够有效的提升底架连接的适宜性；④外箱体，主要位于凸轮轴系和内箱体上，与内箱体之间形成相对运动，是实现筛网一张一弛运动的基础，本次雨花将外箱体两侧的侧板采用槽钢，中间通过梯形梁连接，左侧横向连接板与凸轮轴系的外轴承座连接在一起，且外箱体的连接螺母采用非金属内嵌件锁紧螺母，能够有效的提升外箱体的放松性能；此外，为了增加梯形梁的稳定性和减少梯形梁的重量，可采用空心结构，能够有效的缓解物料对梯形两侧的冲击力；⑤内箱体，该结构与外箱体的结构相似，但是内箱体与凸轮轴系的内承座固定的仪器，确保内外箱体上的梯形梁在同一水平线上，在筛网下部设置两侧衬垫，能够有效的缓解物料对料棚的损伤，进而降低张弛振动筛出现故障的几率；此外，在箱体中设置通孔，并与凸轮轴系中整体内轴承座连接固定，能够提升箱体的精度，并在箱体入料口处装置不锈钢耐磨板，能够有效的提升张弛振动筛的使用寿命；⑥筛罩，该结构能够有效的防止筛分物料以及粉尘的飞溅，具有防尘作用，本次优化将框架以及支腿等均采用空心方管，能够有效的降低筛罩的重量，同时在框架的上部增设小盖板，并与雅阁相连接，能够有效的提升筛罩的防尘能力；⑦轴系保护罩，该结构的主要功能在于确保凸轮轴系中的偏心轴不收碰撞，并且对操作人员起保护作用。

2.2 张弛筛关键元件结构优化及性能

张弛筛关键元件结构优化是提升振动筛整体性能的基础，本次主要通过以下几个方面实现结构优化：①筛面结构及性能分析，上文已述及，筛面长度和宽度对筛分效果影响较大，当筛面长度越长时，矿石物料在筛面上运动的时间越长，筛分越彻底；筛分宽度越大，筛分效率越高，但是筛面长度和宽度与筛分设备的稳定性和成本息息相关，因此，经过模拟分析和矿山实际需求后，确定筛分宽度为200mm，长度为9m，并将筛孔分为三个阶段，在矿石物料走向上依次设置2片12×12的小方孔筛面，此时物料基本处于静止状态；第二阶段设置12片12×28的长方孔筛面，此时物料处于逐渐放松阶段；第三阶段设置8片13×13的大方孔筛面，此时矿石物料放松处于筛分分层阶段，能够有效的提升筛分效果；②偏心轴结构的性能，为了降低该部位的质量，以第三段轴心为主，将第一部分的轴径设置为90mm，其偏心距为0mm；将第二部分的轴径设置为135mm，偏心距为6mm，能够有效的提升该部分的性能；③圆柱橡胶的性能分析，圆柱橡胶主要起支撑作用，根据模拟分析得出，当圆柱橡胶的邵氏硬度为52HA时，圆柱橡胶的整体性能最佳；④弹簧板的性能分析，经过模拟分析后，认为弹簧的抗弯抗拉特性与弹簧断面组织相关，以长纤维状物质组成的弹簧具有更加良好的抗弯抗拉特性。