聚氨酯篩網(wǎng)在雙層圓振動(dòng)篩上運(yùn)用可行性分析

魏斌，黎鵬

（廣東省大寶山礦業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512118）

聚氨酯篩網(wǎng)在雙層圓振動(dòng)篩上運(yùn)用可行性分析

魏斌，黎鵬

（廣東省大寶山礦業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512118）

近年來(lái)國(guó)家大力提倡降本增效，企業(yè)對(duì)于新材料、新產(chǎn)品的運(yùn)用和需求大增，本公司積極響應(yīng)國(guó)家政策，對(duì)新材料的的運(yùn)用已有十多年，并取得了相當(dāng)顯著的成績(jī)。近期，公司打算引進(jìn)聚氨酯材料，尤其是聚氨酯篩網(wǎng)的運(yùn)用。對(duì)此，我們根據(jù)公司實(shí)際情況以及振動(dòng)篩的參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)聚氨酯篩網(wǎng)的運(yùn)用可行性進(jìn)行分析計(jì)算，為公司新選廠對(duì)聚氨酯材料運(yùn)用提供數(shù)據(jù)證明。

降本增效；聚氨；篩網(wǎng)；振動(dòng)篩；分析計(jì)算

聚氨酯材料號(hào)稱(chēng)第五類(lèi)塑料，有耐磨、耐酸、耐高溫、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展至今已走過(guò)了80多年的歷程，全球?qū)郯滨ゲ牧系男枨缶薮蟆Ｖ袊?guó)對(duì)聚氨酯的研究開(kāi)發(fā)始于解放前，經(jīng)過(guò)六十多年的發(fā)展，中國(guó)對(duì)聚氨酯材料的研究運(yùn)用取得了很大的進(jìn)步?，F(xiàn)如今聚氨酯材料已廣泛運(yùn)用于礦山，汽車(chē)制造，航天，船舶，運(yùn)動(dòng)器材等行業(yè)。近年來(lái)國(guó)家大力號(hào)召降本增效，聚氨酯等新材料的需求量逐年上升。公司在此大環(huán)境之下，也對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，特別是對(duì)新材料的運(yùn)用方面，并決定通過(guò)計(jì)算分析，得出聚氨酯篩網(wǎng)在篩分車(chē)間雙層振動(dòng)篩上運(yùn)用的可行性數(shù)據(jù)。

1 聚氨酯材料

1.1 聚氨酯工業(yè)

聚氨酯的發(fā)展走過(guò)了80多年的里程，由于該類(lèi)合成材料綜合性能出眾，而且?guī)缀跄苡酶叻肿硬牧系乃屑庸し椒ǔ尚停赃\(yùn)用廣泛，發(fā)展十分迅速。1998年全世界聚氨酯的消費(fèi)量達(dá)到770 萬(wàn)t，過(guò)去十幾年，其年均增長(zhǎng)幾乎比同期世界GDP的年均增長(zhǎng)率快1倍，而其中尤以聚氨酯彈性體增長(zhǎng)最快。我國(guó)聚氨酯的研究和開(kāi)發(fā)比國(guó)外晚了約20年，但改革開(kāi)放以來(lái)發(fā)展迅猛，產(chǎn)量節(jié)節(jié)上升，1997年總產(chǎn)量達(dá)到56萬(wàn)t，1982～1997年15年間的年均增長(zhǎng)率達(dá)到28%，是全球增長(zhǎng)最快的地區(qū)。進(jìn)入21世紀(jì)后，聚氨酯材料的運(yùn)用已經(jīng)覆蓋至各行各業(yè)：軍事、礦山、汽車(chē)制造、航天、船舶、醫(yī)療、體育等。隨著我國(guó)工業(yè)水平的提高，聚氨酯材料的運(yùn)用將越來(lái)越廣泛，前景光明。

1.2 聚氨酯材料簡(jiǎn)介

聚氨酯為大分子鏈中含有氨脂型重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類(lèi)聚合物，全稱(chēng)為聚氨基甲酸酯，英文全稱(chēng)為polyurethane，簡(jiǎn)稱(chēng)PU或PUR。PU是由多異氰酸酯或聚酯型多元醇在一定比例下反應(yīng)的產(chǎn)物，最早于1937年由德國(guó)公司合成。它不像PE、PP那樣具有十分清楚的結(jié)構(gòu)，而通常指含有特定基團(tuán)的一類(lèi)聚合物。因兩種合成單體的種類(lèi)及組成不同，可分為線性的熱塑性PU和體型的熱固性PU兩類(lèi)。PU可分成彈性體和泡沫塑料兩大類(lèi)，以前一直以泡沫塑料為主，目前彈性體的發(fā)展速度十分迅速，用途也越來(lái)越廣。

1.3 聚氨酯彈性體簡(jiǎn)介

聚氨酯彈性體是一種PU的密實(shí)制品，其性能介于橡膠和塑料之間，具有高回彈性、吸震性、耐磨性、耐油、耐撕裂、耐化學(xué)腐蝕及耐輻射等性能。由于其加工方法越來(lái)越簡(jiǎn)單，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已發(fā)展成為PU的主導(dǎo)產(chǎn)品，PU彈性體可分為混煉型（MPU）、澆鑄型（CPU）和熱塑型（TPU）三種。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 篩分車(chē)間介紹

篩分車(chē)間是公司鐵礦石生產(chǎn)系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)，其主要功能是將其他車(chē)間生產(chǎn)出的原鐵礦進(jìn)行篩洗分類(lèi)，獲得成品鐵礦石：小礦和粉礦。主要生產(chǎn)流程是用膠帶運(yùn)輸機(jī)將原礦運(yùn)輸至重型振動(dòng)篩，通過(guò)篩選之后分成中礦、小礦和粉礦。中礦經(jīng)過(guò)破碎機(jī)破碎之后繼續(xù)分成中小粉礦，小礦再次通過(guò)篩洗即可輸送至礦倉(cāng)，粉礦則直接輸送至堆礦場(chǎng)。公司對(duì)篩分車(chē)間生產(chǎn)出的成品礦的質(zhì)量要求非常的嚴(yán)格，其中，小礦的規(guī)格為10 mm×10 mm～30 mm×30 mm之間，粉礦規(guī)格不能大于10 mm×10 mm。而礦石質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)與篩網(wǎng)的質(zhì)量是息息相關(guān)的，所以篩分車(chē)間一直以來(lái)都非常重視篩網(wǎng)的選擇。

2.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

公司經(jīng)過(guò)五十多年的開(kāi)采，在積累了豐富經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也面臨鐵礦資源枯竭，開(kāi)采困難，礦石質(zhì)量下降，含硫含泥較高等問(wèn)題。由于礦石質(zhì)量變化，部分以前的老舊設(shè)備無(wú)法滿足現(xiàn)階段的生產(chǎn)需求，特別是振動(dòng)篩，使用編織篩網(wǎng)，材質(zhì)為錳鋼，其耐磨性能良好，但是耐酸性非常差。由于礦石含硫量過(guò)高，導(dǎo)致礦石酸性高，同時(shí)為了積極配合國(guó)家環(huán)保政策，篩分車(chē)間生產(chǎn)用水是循環(huán)利用的，因此篩分車(chē)間生產(chǎn)用水PH值越來(lái)越低，正常生產(chǎn)時(shí)，篩分車(chē)間生產(chǎn)用水平均PH值保持在2～3.5之間。由于酸性較大，導(dǎo)致設(shè)備酸蝕嚴(yán)重，特別是與礦石和生產(chǎn)用水直接接觸時(shí)間最長(zhǎng)的篩網(wǎng)，每隔6～15天就必須更新（以前礦石含硫低的時(shí)候一套篩網(wǎng)使用壽命為30～50天）。而每更換一套篩網(wǎng)就得停產(chǎn)一天，嚴(yán)重影響篩分車(chē)間的生產(chǎn)。為此，篩分車(chē)間提出在不影響正常生產(chǎn)的前提下對(duì)設(shè)備特別是振動(dòng)篩進(jìn)行更新改造。

3 1 750×3 000重型雙層圓振動(dòng)篩

篩分車(chē)間6#篩為1 750×3 000重型雙層圓振動(dòng)篩，是篩分車(chē)間向公司機(jī)修廠加工定制的。長(zhǎng)寬分別為3 000 mm和1 750 mm，重為2.5 t，篩網(wǎng)規(guī)格為37×37/1 750×1 650。配套電機(jī)是三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y160L-4，電機(jī)功率為15 kW，轉(zhuǎn)速為1 460 r/min，電機(jī)與篩之間通過(guò)三條C3150三角膠帶進(jìn)行傳動(dòng)，安裝方式是在四個(gè)角分別安裝兩條彈簧直接放置在基座上。振動(dòng)原理：通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)篩的偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到上下左右振動(dòng)，同時(shí)利用彈簧對(duì)其上下振動(dòng)進(jìn)行增幅。工作示意簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 工作示意簡(jiǎn)圖

4 可行性分析

4.1 材料可行性

篩分車(chē)間建廠初期使用的篩網(wǎng)是用20 mm厚的鋼板打孔，由車(chē)間自行設(shè)計(jì)制作的，由于加工工藝有限，造成篩的振幅不足，處理量低，且更換篩網(wǎng)非常麻煩，兩年之后車(chē)間即淘汰了該類(lèi)篩網(wǎng)，并采用新型編織篩網(wǎng)。新型編織篩網(wǎng)材質(zhì)為耐磨錳鋼，類(lèi)似于編織漁網(wǎng)，編織篩網(wǎng)有質(zhì)量輕，有效工作面積大，更換方便，耐磨等優(yōu)點(diǎn)，因此篩分車(chē)間幾十年一直使用編織篩網(wǎng)?，F(xiàn)如今鐵礦資源枯竭，礦石質(zhì)量下降，含硫高，導(dǎo)致生產(chǎn)用水酸性大，編織篩網(wǎng)以無(wú)法滿足生產(chǎn)需求，更換篩網(wǎng)成必然趨勢(shì)。篩分車(chē)間通過(guò)網(wǎng)上查閱大量資料，得知聚氨酯材料具有耐磨、耐酸等作為振動(dòng)篩網(wǎng)最基本的特性。在六七十年代聚氨酯材料的主要產(chǎn)品是發(fā)泡泡沫，之后聚氨酯彈性體開(kāi)始廣泛運(yùn)用，聚氨酯彈性體按照成型方式可分為混煉型（MPU）、澆鑄型（CPU）和熱塑型（TPU）三種。其中混煉型聚氨酯彈性體（MPU）具有高回彈性、吸震性、耐磨性、耐油、耐撕裂、耐化學(xué)腐蝕及耐輻射等性能，更重要的是還具有非常優(yōu)良的加工塑形性能，完全符合作為振動(dòng)篩篩網(wǎng)的加工材料的要求。

4.2 安裝尺寸選定

材料選定之后，車(chē)間根據(jù)礦石規(guī)格和振動(dòng)篩的各方面數(shù)據(jù)對(duì)比，篩分車(chē)間對(duì)聚氨酯篩網(wǎng)規(guī)格進(jìn)行確定，篩分車(chē)間以前的編織篩網(wǎng)分為上下兩塊進(jìn)行安裝，其中在兩塊篩網(wǎng)交接處有部分重疊，對(duì)于厚度只有幾毫米的編織篩網(wǎng)毫無(wú)問(wèn)題。而聚氨酯彈性體要達(dá)到一定的韌性和強(qiáng)度，必須達(dá)到一定的厚度。因此編織篩網(wǎng)的安裝方式不能適用于聚氨酯篩網(wǎng)，必須重新考慮篩網(wǎng)的安裝方式。篩分車(chē)間6#振動(dòng)篩具有六條大梁，每條大梁之間的中間距為700 mm，每條大梁上有五個(gè)直徑20 mm的篩網(wǎng)安裝孔，孔間距為379 mm，大梁本身寬度為140 mm。于是車(chē)間決定將篩面按照大梁之間分成五個(gè)部分，每?jī)蓷l大梁之間安裝一塊篩網(wǎng)，其中最靠邊兩塊篩網(wǎng)一邊為全孔，一邊為半孔，其余三塊篩網(wǎng)全部為半孔，篩網(wǎng)厚度定為30 mm。最終型號(hào)規(guī)格定為1 716×718×30和1 716×700×30，如圖2、圖3所示。

圖2 聚氨酯篩網(wǎng)1

圖3 聚氨酯篩網(wǎng)2

篩網(wǎng)分為五塊獨(dú)立拼裝，主要磨損受沖擊部位為最上面礦石落點(diǎn)處第一塊篩網(wǎng)，一旦篩網(wǎng)損壞，大部分情況只需要更換最上面第一塊篩網(wǎng)即可，而不用跟以前一樣每次都要更換整套篩網(wǎng)，大大的節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)節(jié)省了安裝時(shí)間和安裝難度，提高了生產(chǎn)效率。

4.3 吸震性分析

聚氨酯彈性體在交變應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生明顯的滯后現(xiàn)象。彈性體內(nèi)摩擦消耗了大部分外力，分子摩擦以熱能的形式體現(xiàn)出來(lái)，這就是聚氨酯材料的吸震性。吸震性通常用衰減系數(shù)表示，也就是發(fā)生形變的材料能吸收施加給他的能量百分?jǐn)?shù)。室溫下聚氨酯彈性體可吸收振動(dòng)能量的10%～20%，大于鋼材的吸震性能，而篩分車(chē)間6#篩正常工作環(huán)境保持在10～25 ℃之間，由于溫度越高，材料吸收振動(dòng)能量的能力越低，所以在10～25 ℃的溫度下，篩分車(chē)間6#篩使用聚氨酯篩網(wǎng)，其吸震性能將會(huì)更好，完全符合作為篩網(wǎng)的要求。

4.4 摩擦力

對(duì)于摩擦因數(shù)，篩分車(chē)間做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：將一塊聚氨酯篩網(wǎng)和一塊編織篩網(wǎng)傾斜30 °放置，用鋼板做一個(gè)長(zhǎng)寬高為20×20×10的上開(kāi)口容器，稱(chēng)重后將其放置在聚氨酯篩網(wǎng)上，往容器內(nèi)倒入沙子（沙子平鋪在容器內(nèi)），直至容器開(kāi)始往下滑動(dòng)時(shí)停止，稱(chēng)重后，將沙子倒出，把容器放置在編織篩網(wǎng)上，重復(fù)以上過(guò)程。為了避免誤差，我們將此實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)前稱(chēng)出容器重量為1.56 kg。

在聚氨酯篩網(wǎng)上，倒入沙子容器剛開(kāi)始下滑時(shí)，三次倒入的沙子重量平均數(shù)：

M沙1=（4.63+4.72+4.58）/3=4.643 kg

加上容器質(zhì)量，三次實(shí)驗(yàn)平均總質(zhì)量：

M總1=4.643+1.56=6.2 kg

聚氨酯篩網(wǎng)與容器底部靜摩擦力為

f1=M總1g·sin30°=31 N （g=10）

在編織篩網(wǎng)上，倒入沙子容器剛開(kāi)始下滑時(shí)，三次倒入的沙子重量平均數(shù)：

M沙2=（5.55+5.52+5.58）/3=5.55

加上容器質(zhì)量，三次實(shí)驗(yàn)平均總質(zhì)量：

M總2=5.55+1.56=7.11 kg

編織篩網(wǎng)與容器底部靜摩擦力為：

f2= M總2g·sin30°=35.55N （ g=10）

以上兩組數(shù)據(jù)對(duì)比f(wàn)1＜ f2，從而得出聚氨酯篩網(wǎng)的摩擦系數(shù)小于編織篩網(wǎng)的摩擦系數(shù)。 摩擦系數(shù)越小，磨損越小，礦石落入篩網(wǎng)上將會(huì)以更快的速度滑下，降低了礦石在篩網(wǎng)上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，降低了因?yàn)榈V石在篩網(wǎng)上滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的壓篩事故。也降低了因摩擦產(chǎn)生的熱量，減少了篩網(wǎng)因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的發(fā)熱現(xiàn)象。

4.5 承載力分析計(jì)算

篩分車(chē)間以前的編織篩網(wǎng)磨損除了酸性腐蝕之外還有礦石沖擊造成的磨損，對(duì)于聚氨酯篩網(wǎng)能否承受篩分車(chē)間礦石的沖擊，必須通過(guò)計(jì)算得出，計(jì)算過(guò)程如下：

從圖1中得知：礦石從38#膠帶落入6#篩之間的落差為h=2.2 m，38#膠帶運(yùn)行速度為v=1.2 m/s。落點(diǎn)沖擊面積通過(guò)測(cè)量約為s=0.03 m2，也即是礦石在38#的橫截面積，礦石在篩網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)間經(jīng)測(cè)算約為1.8 s，公司質(zhì)檢中心給出的鐵礦石密度大約為4.5 t/ m3。

根據(jù)能量守恒定律，礦石從膠帶落下至與篩網(wǎng)接觸過(guò)程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能：

mgh=1/2 mv2

得出豎直方向上的速度v1≈6.63 m/s

水平方向上的速度v=1.2 m/s

得出礦石與篩網(wǎng)接觸速度

1.8 s內(nèi)38#膠帶輸送的鐵礦石質(zhì)量：

m1=1.8×1.2×0.03×4.5=0.2916 t=291.6 kg

根據(jù)公式Ft=mv

求得1.8 s內(nèi)礦石豎直方向上的沖擊力F=m1v3/ t=6.74×291.6/1.8=1 091.88 N

6#篩安裝角度為45 °，從而得出對(duì)篩網(wǎng)正面的沖擊力：

F1=F×sin45°=771.96 N

礦石對(duì)篩網(wǎng)正面壓強(qiáng)P=F1/s=25 731.97 Pa= 0.025 73 MPa。

通過(guò)聚氨酯彈性體手冊(cè)查得，聚氨酯彈性體材料中，最低承載能力為0.07 MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦石對(duì)篩網(wǎng)的沖擊強(qiáng)度。

4.6 振幅

機(jī)修車(chē)間為篩分車(chē)間加工的振動(dòng)篩，自重為2.5 t，說(shuō)明書(shū)上規(guī)定：起震最大質(zhì)量為m=3 000 kg，根據(jù)篩分車(chē)間定制的篩網(wǎng)尺寸，每塊篩網(wǎng)自重約為30 kg，五塊加起來(lái)重150 kg，而原來(lái)的編織篩網(wǎng)一塊約為40 kg，兩塊重80 kg，安裝聚氨酯篩網(wǎng)的6#振動(dòng)篩比之前安裝編織篩網(wǎng)的6#篩更重。

因此我們必須考慮安裝聚氨酯篩網(wǎng)后的振幅問(wèn)題，計(jì)算出其最大起震質(zhì)量：

聚氨酯篩網(wǎng)安裝后總質(zhì)量m1=m+150=2 650 kg

根據(jù)4.5承載力分析計(jì)算中得知，正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，篩面上礦石質(zhì)量為291.6 kg

從而得出起震總質(zhì)量M=m1+291.6=2 941.6 kg ＜m=3 000 kg

通過(guò)以上計(jì)算得知，安裝聚氨酯篩網(wǎng)，6#篩完全能正常起震。

4.7 耐酸性

為了測(cè)試聚氨酯彈性體的耐酸性能，篩分車(chē)間同樣做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：取重量相同的聚氨酯篩網(wǎng)和編織篩網(wǎng)浸泡在篩分車(chē)間生產(chǎn)用水中（pH=2.5），每隔一周將兩塊篩網(wǎng)取出并測(cè)量質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)持續(xù)一個(gè)月，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2中數(shù)據(jù)看出，聚氨酯篩網(wǎng)在篩分車(chē)間生產(chǎn)用水浸泡一個(gè)月，重量幾乎沒(méi)有什么變化，而以錳鋼材料制成的編織篩網(wǎng)浸泡一個(gè)月后，質(zhì)量下降較多。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，編織篩網(wǎng)表面完全被銹跡覆蓋，而聚氨酯篩網(wǎng)表面仍然光潔如新，無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象。從以上對(duì)比數(shù)據(jù)可以得出，聚氨酯彈性體耐酸性能非常出色，遠(yuǎn)勝于鋼材，適合篩分車(chē)間當(dāng)前生產(chǎn)用水酸性較大的環(huán)境。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 kg

4.8 耐磨性

表3 聚氨酯與鋼的耐磨性能對(duì)比

聚氨酯彈性體具有非常出色的耐磨性能，大概是天然橡膠的3～5倍，是普通鋼材的兩倍，如表3所示。

從表3中得知聚氨酯彈性體耐磨性能比鋼材出色，可以勝任篩網(wǎng)的材料。

4.9 經(jīng)濟(jì)性

篩分車(chē)間之前使用的編織篩網(wǎng)單價(jià)為1 072元/塊，一整套篩網(wǎng)價(jià)格為2 144元。聚氨酯篩網(wǎng)生產(chǎn)廠家給于篩分車(chē)間定制的篩網(wǎng)報(bào)價(jià)為1 051元人民幣，一整套篩網(wǎng)報(bào)價(jià)為4 204元。聚氨酯篩網(wǎng)整體上比編織篩網(wǎng)貴約一倍。

如果其使用壽命達(dá)到編織篩網(wǎng)一倍以上，篩分車(chē)間完全可以接受。且聚氨酯篩網(wǎng)大部分情況只需要更換最上面一塊，單次損耗為1 072元，而編織篩網(wǎng)每次更換則是將兩塊篩網(wǎng)一起更換，單次損耗為2 144元，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，聚氨酯篩網(wǎng)性?xún)r(jià)比高于編織篩網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性高。

5 結(jié)論

通過(guò)從聚氨酯彈性體吸震性，耐磨性，耐酸性，承載力，摩擦力，加工性能以及其經(jīng)濟(jì)性的數(shù)據(jù)綜合分析，且經(jīng)過(guò)篩分車(chē)間技術(shù)人員分析討論，得出的結(jié)論是：聚氨酯篩網(wǎng)在1 750×3 000重型雙層圓振動(dòng)篩的運(yùn)用完全可行。

［1］ 山西省化工研究所. 聚氨酯彈性體手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，1～200.

［2］ Buist J M. 聚氨酯發(fā)展 . 南京：南京化工學(xué)院出版社，1986，4.

［3］ 山西省化工研究所. 聚氨酯彈性體. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1985，5.

［4］ 巖田敬治. 聚氨基甲酸乙酯塑膠 . 臺(tái)北：臺(tái)灣文源書(shū)局，1984，211～247.

Feasibility analysis on the use of polyurethane screen on double layer circular vibrating screen

TD452

1009-797X （2015） 20-0112-05

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.032

魏斌（1982-），男，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為冶礦機(jī)械工程師，研究方向?yàn)樵O(shè)備維修與現(xiàn)場(chǎng)管理。

2015-08-20