大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩的研制及應(yīng)用

黃 濤

(鞍山重型礦山機(jī)器股份有限公司，遼寧 鞍山 114042)

1 圓振動(dòng)篩發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

圓振動(dòng)篩是在垂直于篩面的縱剖面內(nèi)，篩分機(jī)參振質(zhì)量的重心的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形或近似圓形的振動(dòng)篩[1]，主要用于物料的粒度分級(jí)。從60年代中期起，我國(guó)開(kāi)始自行設(shè)計(jì)和制造DD、ZD型圓振動(dòng)篩和DDM、ZDM型圓振動(dòng)篩；1980年，我國(guó)從美國(guó)R.S公司引進(jìn)TABOR傾斜篩技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出YA系列圓振動(dòng)篩；1996年又引進(jìn)了德國(guó)KHD公司的USK型圓振動(dòng)篩，在此篩基礎(chǔ)上研發(fā)出YK系列圓振動(dòng)篩[2]。這些引進(jìn)的篩分技術(shù)為我國(guó)后來(lái)圓振動(dòng)篩的發(fā)展，打下了良好的基礎(chǔ)。

圓振動(dòng)篩是砂石骨料行業(yè)粒度分級(jí)的關(guān)鍵設(shè)備之一，近年來(lái)隨著選礦行業(yè)和砂石骨料行業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)單臺(tái)設(shè)備的處理能力要求也越來(lái)越大，即對(duì)振動(dòng)篩的型號(hào)尺寸要求越來(lái)越大，對(duì)篩分精度要求也越來(lái)越高，我國(guó)原有的YK和YA系列圓振動(dòng)篩已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求。市場(chǎng)對(duì)大型、高效圓振動(dòng)篩的需求日益顯現(xiàn)。因?yàn)?臺(tái)大型、高處理量的圓振動(dòng)篩可替代多臺(tái)中小型號(hào)振動(dòng)篩的并聯(lián)或串聯(lián)組合，這樣既減少設(shè)備的占地面積、工程投資，又減少人工操作和設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。尤其在砂石骨料行業(yè)，目前不但要求圓振動(dòng)篩單臺(tái)處理量大，而且要求石料的篩分精度高，性能可靠，這就對(duì)現(xiàn)有的圓振動(dòng)篩提出了更高的技術(shù)要求。

現(xiàn)有圓振動(dòng)篩的技術(shù)現(xiàn)狀和不足：① 篩分面積小(寬度不大于3.0 m，面積不大于18 m2)，導(dǎo)致處理量小；② 結(jié)構(gòu)和減振不科學(xué)，使之運(yùn)行不可靠、篩機(jī)壽命短等；③ 振動(dòng)強(qiáng)度低(K不大于3.5)、篩面和篩板彈性低，導(dǎo)致篩分效率低(η不大于80%)。

2 大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩的技術(shù)特征、主要技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 主要技術(shù)特征

“大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩”是在原有圓振動(dòng)篩基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、技術(shù)升級(jí)，并采用自主發(fā)明的篩面二次振動(dòng)篩分方法及大型振動(dòng)篩專利技術(shù)和振動(dòng)篩阻尼可調(diào)的減振彈簧2項(xiàng)專利技術(shù)而形成的新型圓振動(dòng)篩，其突出技術(shù)特征如下。

(1)大型化：篩面寬度3.6 m，篩分面積大于26 m2，物料通過(guò)量(處理量)大，可替代常規(guī)多臺(tái)中小型號(hào)圓振動(dòng)篩的并聯(lián)組合，減少了占地面積、工程投資和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

(2)可靠性：采用高強(qiáng)度板材，托架、矩形梁結(jié)構(gòu)，雙軸罩管長(zhǎng)軸式振動(dòng)器、皮帶強(qiáng)迫同步驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、運(yùn)行平穩(wěn)可靠。減振裝置采用“振動(dòng)篩阻尼可調(diào)的減振彈簧”專利技術(shù)，加快了振動(dòng)篩啟動(dòng)、停止時(shí)間，降低了運(yùn)行噪聲，避免了共振發(fā)生。

(3)高效率：轉(zhuǎn)速830 r/min、雙振幅10.5 mm，振動(dòng)強(qiáng)度大于4，篩分效率達(dá)90%以上；采用“篩面二次振動(dòng)篩分方法及大型振動(dòng)篩”專利技術(shù)，在篩面和篩框橫梁及支撐件間安裝了彈性元件和裝置，使篩面彈性增大，隨主機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生二次浮動(dòng)，增加了物料透篩幾率。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩見(jiàn)表1。

表1 大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩主要技術(shù)指標(biāo)

2.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1)采用高強(qiáng)度材料、先進(jìn)結(jié)構(gòu)和“振動(dòng)篩阻尼可調(diào)的減振彈簧”專利技術(shù)結(jié)合，突破圓振動(dòng)篩寬度超過(guò)3.6 m、面積大于26 m2的技術(shù)難關(guān)，使之運(yùn)行噪聲低、平穩(wěn)可靠。

(2)振動(dòng)參數(shù)先進(jìn)，振動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)4，篩板采用了“篩面二次振動(dòng)篩分方法及大型振動(dòng)篩”，篩分效率高達(dá)90%以上。

3 與國(guó)內(nèi)外同類典型產(chǎn)品技術(shù)性能的比較

目前，生產(chǎn)圓振動(dòng)篩國(guó)外知名企業(yè)有：芬蘭的美卓、瑞典的山特維克；國(guó)內(nèi)企業(yè)有南昌礦山機(jī)械廠。通過(guò)性能參數(shù)總結(jié)：2YAQ3673大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩同上述公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2參數(shù)對(duì)比可見(jiàn)，大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩2YAQ3673，在篩面寬度達(dá)到3.6 m，篩分面積26.28 m2條件下，振動(dòng)強(qiáng)度最大，篩分效率最高，結(jié)構(gòu)及篩分原理先進(jìn)，技術(shù)性能領(lǐng)先。

表2 國(guó)內(nèi)外篩機(jī)參數(shù)對(duì)比

4 解決關(guān)鍵技術(shù)的具體措施和技術(shù)方案

4.1 技術(shù)難點(diǎn)及技術(shù)方案一

4.1.1 技術(shù)難點(diǎn)

在保證圓振動(dòng)篩的大處理量和高工作效率的同時(shí)，保證圓振動(dòng)篩的強(qiáng)度和剛度是大型化的首要難題。大型圓振篩橫梁和側(cè)板易斷裂，振動(dòng)篩啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)共振振幅過(guò)大(正常作業(yè)時(shí)的5～7倍)，并且不能迅速穩(wěn)定停機(jī)，造成支撐的基礎(chǔ)動(dòng)負(fù)荷過(guò)大。

4.1.2 技術(shù)方案

(1)考慮大型圓振動(dòng)篩的沖擊性、折彎性、焊接性，并經(jīng)多次破壞性試驗(yàn)分析，獲得了一種特殊專用板材，此材料具有抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。采用動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)計(jì)算側(cè)板和橫梁哪些地方存在振動(dòng)過(guò)程中應(yīng)力過(guò)高的問(wèn)題，提高側(cè)板和橫梁的可靠性。

(2)橫梁的結(jié)構(gòu)：采用矩形橫梁結(jié)構(gòu)，折彎鉤型的縱向篩面支撐梁，縱向鉤型梁與矩形橫梁采用鉚接。有效解決了大型圓振動(dòng)篩橫梁可靠性低、支撐篩面剛性不足、更換不便、裝配存在內(nèi)應(yīng)力的問(wèn)題，提高了其整體使用壽命。

(3)雙軸罩管長(zhǎng)軸式振動(dòng)器、皮帶強(qiáng)迫同步驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，能夠減少激振器每個(gè)軸承的動(dòng)載荷，延長(zhǎng)軸承使用壽命。而大型強(qiáng)迫同步圓振動(dòng)篩的2組振動(dòng)器之間通過(guò)同步齒形帶連接，能夠有效保證2組振動(dòng)器同步振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生較大的激振合力，從而解決單振動(dòng)器設(shè)計(jì)無(wú)法大型化的缺點(diǎn)。

(4)針對(duì)大型圓振動(dòng)篩減振彈簧在啟動(dòng)和停機(jī)瞬間，共振時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)篩框和土建基礎(chǔ)沖擊負(fù)荷較大的難題，采用自主研發(fā)的國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)《振動(dòng)篩阻尼可調(diào)的減振彈簧》專利技術(shù)，在振動(dòng)篩啟停車過(guò)“共振區(qū)”時(shí)，能夠使其迅速停機(jī)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，共振時(shí)間為10 s左右，減小對(duì)篩框和土建基礎(chǔ)的沖擊載荷，從而提高振動(dòng)篩的使用壽命和降低對(duì)基礎(chǔ)的破壞機(jī)率。

4.2 技術(shù)難點(diǎn)及技術(shù)方案二

4.2.1 技術(shù)難點(diǎn)

大型圓振動(dòng)篩的難點(diǎn)還有參數(shù)低，處理量小，篩分建筑用砂(粒度4.75 mm)和瀝青機(jī)制砂(粒度2.36 mm)時(shí)，大型圓振動(dòng)篩物料易堵孔，篩分效率低，篩分精度差。

4.2.2 技術(shù)方案

(1)增大篩面面積。當(dāng)處理量增大時(shí)，單位面積的處理量增大，料層增厚，需要增大篩分面積，降低料層厚度，保證物料在振動(dòng)過(guò)程中能夠充分接觸篩面，保證透篩效率。

(2)在篩面面積相同的情況下，影響圓振動(dòng)篩的篩分效率和處理量主要參數(shù)是篩面寬度、振動(dòng)強(qiáng)度K、拋射強(qiáng)度Kv和篩板的結(jié)構(gòu)形式。K值的大小是由振動(dòng)次數(shù)n和振幅A決定，振幅和振次越大，篩機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度K值就越大。加大振動(dòng)強(qiáng)度可以加大物料的拋擲指數(shù)D，即拋射強(qiáng)度Kv增大，使物料在篩網(wǎng)上的拋射力增強(qiáng)，從而提高了篩機(jī)的篩分效率和處理量。常規(guī)的圓振動(dòng)篩D(Kv)=3.3，振動(dòng)篩的1個(gè)振動(dòng)周期與物料的1個(gè)跳動(dòng)周期重合[3]。但對(duì)于易卡孔物料篩分或粘濕細(xì)顆粒物料篩分，為了獲得較高的篩分效率，D(Kv)要取大值，以增強(qiáng)篩面上物料的拋射力。本項(xiàng)目產(chǎn)品D(Kv)=4.5，為常規(guī)圓振動(dòng)篩1.4倍，大大增加了物料與篩網(wǎng)的接觸次數(shù)，提高了篩分效率。

(3)當(dāng)篩孔為建筑用砂(粒度4.75 mm)和瀝青機(jī)制砂(粒度2.36 mm)時(shí)，采用二次振動(dòng)篩板，拆裝互換方便，完全實(shí)現(xiàn)篩板的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。二次振動(dòng)使用在大型振動(dòng)篩上，安裝在減振支撐裝置上的篩框在激振器的驅(qū)動(dòng)下，按設(shè)計(jì)的工作頻率和振幅振動(dòng)；同時(shí)裝有彈簧的篩板在自重慣性力和物料重力的作用下，產(chǎn)生二次振動(dòng)。解決了振動(dòng)篩高效篩分的難題。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)《全球砂石骨料研究報(bào)告》報(bào)道，2019年全球砂石骨料市場(chǎng)需求量將達(dá)到517億t，年均增長(zhǎng)5.2%，2018年中國(guó)的砂石消耗量約180億t，位居世界第一。按平均每臺(tái)大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩產(chǎn)量為500 t/h，每天工作22 h、年工作360 d，全國(guó)骨料行業(yè)需4500多臺(tái)“大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩”(不包括出口)，若20%采用大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩，預(yù)測(cè)企業(yè)將創(chuàng)銷售收入近5.4億元，上交銷售稅金及附加費(fèi)近1億元，企業(yè)凈利潤(rùn)達(dá)1億元。

5.2 社會(huì)效益

“大型、彈性、高效圓振動(dòng)篩”研發(fā)成功，不但具有創(chuàng)造性和新穎性，而且具有較強(qiáng)的實(shí)用性，是骨料篩分技術(shù)上的一大進(jìn)步，開(kāi)辟了一條新的途徑，對(duì)礦山機(jī)械及骨料篩分行業(yè)的科技進(jìn)步具有巨大推動(dòng)作用。

6 結(jié) 語(yǔ)

圓振動(dòng)篩是砂石骨料分級(jí)作業(yè)中應(yīng)用最廣泛的篩分機(jī)，通過(guò)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，能夠研制出結(jié)構(gòu)、原理、參數(shù)最佳的振動(dòng)篩，不但能為用戶提高經(jīng)濟(jì)效益，而且還能夠降低設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。