圓弧波浪形篩板設計中若干問題的研究★

張麗萍， 武維承

（1.大同煤炭職業技術學院， 山西 大同 037003； 2.山西大同大學， 山西 大同 037003）

動篩跳汰機一般采用長方形直條式篩板，由于其透篩量大，給透篩物處理工藝造成復雜化，而且伴隨有許多其他問題。為了解決這些問題，研究和開發大幅度減少透篩物的新型篩板是一種較有效的解決方案。圓弧波浪形篩板是一種新型篩板結構，采用該結構后，可使其透篩物減少到原來的30%以下，完全可以解決以上問題。但由于是新篩板開發，設計時除了實現盡可能減少透篩物外，還應滿足如下要求：即篩板的強度、開孔率、使用壽命等都不應比原長方形直條式篩板有所降低，而卡矸、堵篩現象也不應比原長方形直條式篩板有所增加。

為此，圓弧波浪式篩板設計時保持了原篩板箱體結構基本不變，只改變了上部的篩條和蓖條結構，這樣首先保證了篩板箱體的強度和使用壽命沒有問題。而且，由于透篩物的大幅度減少，透過篩孔的物料與篩條側面的接觸次數就大幅度減少，對篩條的磨損程度也大幅度減少。因此，采用圓弧波浪形篩板結構，篩條的使用壽命也得到大幅度提高。

然而，篩板的開孔率、卡矸和堵篩現象都與篩條結構和形狀等有關，如何滿足對新篩板的上述要求，須對如下幾個問題進行探討和研究。

1 篩板的開孔率

開孔率的大小，直接影響到篩板工作時的透水性能和分選效果，設計時須認真分析研究。由于采用圓弧波浪形篩板結構使篩條的使用壽命大幅度提高，完全可以考慮采用小直徑篩條，通過調整篩條之間的距離和優化設計篩條排列方案，可彌補因采用曲線形孔而造成開孔率減少的問題，使其達到甚至超過原來的長方形孔篩板的開孔率，完全可以確保分選要求，減少水流阻力，降低能源消耗，提高經濟效益。

計算原直條式長方形孔篩板和新圓弧波浪式篩板的理論開孔率，并進行對比分析如下：

1.1 原直條式長方形孔篩板的理論開孔率

對直條式長方形孔篩板，經過研究和推導，確定其理論開孔率的計算公式如下：

式中：ψ為直條式長方形孔篩板的理論開孔率；A為篩板外形長度；B為篩板外形寬度；A1為篩板箱體內側長度；B1為篩板箱體內側寬度；b為篩孔寬度；d為篩條直徑。

以下頁圖1所示的篩板為例，其尺寸為a·b=80 mm×18 mm，單個篩板的尺寸為 A·B=1 988 mm×898 mm，實際篩條所占面積為A1·B1=1 964 mm×874 mm，篩條直徑（d）為 Φ16 mm，代入式（1），得其理論開孔率ψ為：

1.2 新設計圓弧波浪式篩板的理論開孔率

對于新設計篩板，由于其開孔為圓弧波浪形，故其計算方法也與上式有所不同，經過認真研究和數學推導，確定其理論開孔率的計算公式如下：

圖1 直條形篩板結構圖一角

式中：b為篩孔最大寬度；l為篩條的實際長度；其他符號與前述相同。

新設計篩板為圓弧波浪形，其內孔尺寸為縱向直線長（a）×橫向直線長（b）=85 mm×17 mm，單個篩板的尺寸為A·B=1 988 mm×898 mm，實際篩條所占面積為 A2·B2=1 964 mm×874 mm，篩條直徑（d）為Φ10 mm，每根篩條的實際長度為l=968 mm。代入式（2）可計算出其理論開孔率為：

圖2 圓弧波浪式篩板結構圖一角

1.3 新舊篩板理論開孔率比較

新設計圓弧波浪式篩板的理論開孔率為61.1%，與舊直條式長方形孔篩板的理論開孔率50.9%相比，增加了10.2%，其透水性能及分選效果毫無疑問地要比原長方形孔篩板更好。

1.4 關于篩板開孔率的理論探討

由于上述計算開孔率的公式是用篩孔面積除以整個篩板面積計算得出的，這是一個理論開孔率，相當于沖孔篩板的開孔率。而實際上，由于篩板的篩條為上下布置，其篩孔結構為復雜的三維空間，且這樣的結構有利于水流從孔口正面和側面通過，因此其開孔率的實際值要大于理論值，應當乘以一個修正系數ζ。當然，這個修正系數ζ值的大小，要進行進一步的試驗和研究獲得，這為以后的研究提出了新的課題，其結果將會有新的理論創新。

2 篩條材料截面形狀及特點分析

德國產原長方形直條形篩板，其下部的橫向篩條采用倒梯形截面，上部的縱向篩條采用圓形截面。在新圓弧波浪式篩板的設計中，下部的橫向直線形篩條和上部的縱向圓弧波浪式曲線形篩條都選用了圓截面。認真分析，采用圓截面與原倒梯形截面相比，有如下優點：

2.1 有利于形成流線型通道，水流阻力小，不會引起篩板振動

由兩兩相對的篩條構成的圓弧波浪式條縫，為上下開口，見圖3所示，其形狀為從中間部位向上、下以圓弧狀向外側漸開的曲線，這就形成了全方位的流線型水流通道（孔隙），篩板上下擺時，都有利于減少水流阻力損失，確保水流暢通無阻，使其具有很好的透水性，這是確保分選效果的重要措施。

圖3 圓截面篩條形狀、水流特性、卡堵篩示意圖

而采用倒梯形結構，如下頁圖4所示，在篩板下擺時，水流由大孔截面流向小孔截面，有利于形成流線體水流通道，但因其通道側面為斜線，沒有外擴的圓弧線水流通道那么更為暢通；而在上擺時，水流由小孔截面流向大孔截面，入水口縫隙尺寸較小，水流進入小孔受到的阻力較大，影響水流流動，容易引起較大的振動和噪聲。

圖4 倒梯形截面篩條的形狀、水流特性及卡堵篩示意圖

2.2 有利于減少卡矸、堵篩事故

由于圓弧波浪式條縫形狀為從中間部位向上、下以圓弧狀向外側漸開的曲線，其中部縫隙最窄，見圖5所示，這是有利于防止物料被卡住并堵塞篩孔的。

圖5 篩條及蓖條的物料導流原理

倒梯形結構的上部孔口縫隙為最小，且形狀尖銳，篩孔通道為楔形，大塊物料的小端部位進入上部縫隙后，容易將物料卡住，從而造成的卡矸、堵篩事故較多。

2.3 有利于節約材料和加工成型

圓鋼鋼材用量比梯形結構為少，價格低廉，容易加工成型，生產成本較低。

3 蓖條結構形狀對物料導流的影響研究

蓖條的作用是減輕大塊物料對篩條的碰撞，防止損壞篩面及篩條，同時還對大塊物料起導流作用。最初設計的圓弧波浪式篩板，其蓖條為與篩條同形的圓弧形，如圖5-1所示。

試驗過程中進一步分析認為：盡管其圓弧波浪形篩條與圓弧波浪形蓖條的結構形狀相同，看似合理，但由于蓖條上面是導流物料或大塊物料的滑枕，相鄰兩蓖條之間的長窄槽形空間是物料的導流通道。因此，其圓弧波浪形蓖條形成的長窄槽形空間，不利于物料的導流，容易出現物料的卡槽或間歇卡槽現象，如圖5-1中的3所示。這種現象雖然一般會在篩板連續的上下擺動中被迫松動而使物料繼續下滑，但也一定程度上影響到篩板的正常工作。

因此，認為采用直線形蓖條結構更為合理和可靠，如圖5-2所示。

4 結論

經過認真分析和優化設計，并通過工業性試驗后，得出如下結論：

1）使用圓弧波浪形篩板導致透篩物大幅度減少（減少了70%左右），因此透篩物料與篩條側面的接觸次數也大幅度減少，對篩條的磨損程度也大幅度減少，篩條的使用壽命得到大幅度提高。

2）由于篩條的使用壽命提高，故可采用小直徑篩條，經過優化設計篩條之間的距離和篩條排列方案后，使圓弧波浪形篩板的開孔率超過原長方形孔篩板的開孔率（增加了10.2%）。

3）用篩孔面積除以整個篩板面積計算得出的開孔率，是理論開孔率，而開孔率的實際值應當在此基礎上乘以一個修正系數ζ。

4）在圓弧波浪式篩板的設計中，所有篩條都選用了圓截面，具有有利于形成流線型通道，水流阻力小，不會引起篩板振動，有利于減少卡矸、堵篩事故，有利于節約材料，有利于加工成型等多項優點。

5）蓖條采用圓弧波浪形形成的長窄槽形空間，不利于物料的導流，容易出現物料的卡槽或間歇卡槽現象，而選用直線形蓖條結構更為合理和可靠。