洗煤廠高可靠性馳張篩的研制

1 立項背景

由于井下煤炭開采時降塵灑水的影響，開采出的原煤水分難以控制，對篩分效率造成很大的影響。普通弛張篩進行深度篩分時，由于煤泥顆粒小、比表面積大、振動篩篩分強度不夠，物料極易堵塞篩孔。另外，振動篩作業(yè)環(huán)境較差，導致了振動篩故障發(fā)生概率提高，復雜的工作環(huán)境導致監(jiān)測困難。振動篩作為非線性彈簧支撐和旋轉(zhuǎn)偏心輪激勵的大型機械機構(gòu)，在交變負荷下長期連續(xù)工作，箱體承受交變激振力，而側(cè)板和篩梁分布的慣性力產(chǎn)生較大動應力，考慮環(huán)境中受到物料沖擊、煤泥水和介質(zhì)液體的侵蝕，篩箱工作環(huán)境極其惡劣，使得激振器較容易出現(xiàn)故障；加上不可避免的會產(chǎn)生應力集中，當應力集中區(qū)域工作應力超過金屬的強度極限，或者由于疲勞應力長期積累超過承受極限，就會產(chǎn)生篩箱的橫梁斷裂、側(cè)板撕裂等事故；較大的往復激振力加上惡劣的工況導致減震機構(gòu)發(fā)生故障也是較常見的。

針對上述問題，結(jié)合煤礦洗煤廠使用環(huán)境和使用強度，項目研制了篩分率高、處理量大、不易堵塞篩孔、結(jié)構(gòu)優(yōu)良、運行穩(wěn)定的高可靠性馳張篩。通過對物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算的應用，可以實現(xiàn)振動篩智能控制，構(gòu)建專家系統(tǒng)，對現(xiàn)場復雜的情況進行判斷，實現(xiàn)實時監(jiān)測和故障診斷，可以提前發(fā)現(xiàn)即將出現(xiàn)的問題并加以處理，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，避免因為設備損壞造成巨大損失。

2 項目研究內(nèi)容

（1）弛張篩的仿真實驗與優(yōu)化

通過對弛張篩進行了有限元分析（如圖1），側(cè)板、承重梁、浮動篩箱等關(guān)鍵部位進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證滿足使用要求的前提下，降低了馳張篩整體的重量，有利于節(jié)能，提高了設備的可靠性。新型弛張篩具有篩面加速度大、篩分率高、處理量大、不易堵塞篩孔、結(jié)構(gòu)優(yōu)良、運行穩(wěn)定及高可靠性等特點。

圖1 弛張篩有限元網(wǎng)格模型

（2）免維護梁式激振器的研制

研制了免維護梁式激振器（如圖2），該激振器無需通過呼吸帽進行氣體交換，可避免粉塵異物進入箱體，同時將潤滑油道內(nèi)置自動注油器，采用飛濺式潤滑，保證齒輪和軸承充分潤滑，不僅能保護傳動機構(gòu)還可提高可整體壽命。這樣可以保證梁式激振器在無潤滑油外泄正常使用的情況下安全運行十年以上，進而降低設備的維修成本。

圖2 激振器結(jié)構(gòu)圖

（3）基于無線傳感物聯(lián)云技術(shù)的激振器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

在弛張篩關(guān)鍵設備(如電機、齒輪箱等)上安裝加速度、速度、位移、溫度、電流功率等傳感器，通過無線

傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集站；采集站將振動和溫度數(shù)據(jù)通過4G、WFI、有線等網(wǎng)絡傳給后臺智能化健康管理云平臺進行數(shù)據(jù)分析，后臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析激振器的振動和溫度數(shù)據(jù)、出具分析報告。然后通過手機APP等方式推送給設備管理人員，實時了解設備運行狀態(tài)，隨時查看設備運行狀態(tài)。

3 創(chuàng)新點

（1）研制了洗煤廠高可靠性的馳張篩，通過對弛張篩側(cè)板、承重梁、浮動篩箱等關(guān)鍵部位進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了馳張篩整體的重量及噪音，增加振幅，提高了篩分效率。

（2）設計了新型梁式激振器，直接安裝于側(cè)板上，使激振力直接作用于側(cè)板上，加裝了自動潤滑系統(tǒng)，延長了使用壽命。

（3）開發(fā)了無線傳感技術(shù)的馳張篩在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了溫度、振幅、噪音的實時在線監(jiān)測，提高了馳張篩運行的可靠性。

4 技術(shù)經(jīng)濟指標

（1）處理量達到400t/h；

（2）設備篩分效率≥85%；

（3）噪音低于75 dB（距設備1 m 內(nèi)），有效的降低了噪音污染；

（4）主要結(jié)構(gòu)件設計壽命達到十年以上。

5 研究成果及應用效果

本項目已授權(quán)實用新型專利權(quán)1 項，成果在同煤集團北辛窯洗煤廠進行了工業(yè)性試驗（見圖3），已穩(wěn)定運行11800多小時，累計選煤700多萬噸，無故障次數(shù)，篩分效率達到85.5%。與原來選煤廠使用的弛張篩相比，所研制的弛張篩故障率大幅下降，可靠性和篩分效率明顯提升，得到了用戶的高度肯定。該成果填補了弛張篩在線故障診斷和使用維護領(lǐng)域的空白。開發(fā)的監(jiān)測診斷系統(tǒng)，幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)運行異常，診斷初期裂紋，為制定維修計劃提供決策依據(jù)，確保生產(chǎn)的有序進行。同時能夠提高洗煤廠生產(chǎn)效率，減輕人工勞動強度，節(jié)約了成本與時間，降低了安全事故，保護了員工的生命與財產(chǎn)安全，推廣應用前景十分廣闊。

圖3 洗煤廠工業(yè)性試驗