馳張振動篩的振動分析及結構優化

鮑光華，洪 順，肖放萍，趙孟陽

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330000）

礦產資源的開發與利用與篩分設備密切相關，尤其是現代化礦山企業，以大型機械設備為主，顯著的提升了資源的開發利用效率[1]。張弛篩是一種新型的篩分設備，具有不易堵塞、高產率和高效率的優點，而被廣泛的應用我國礦山開采中。但是，我國對于張弛篩設備的研究程度相對薄弱，主要以進口的方式滿足國內市場的需求[2]。

為了提高國產張弛篩的整體性能，某礦山自引入該機械設備以來進行了實踐應用，根據運行狀況、故障發生率等進行了振動分析和結構優化，為提高機械設備的穩定性能奠定基礎。

1 張弛振動篩的振動分析

張弛振動篩是以機械設備的一張一弛運動而實現礦石物料篩分目的的，因此，礦石物料的顆粒大小對振動篩的振動方式影響較大。此外，研究振動篩的結構優化過程必須對影響振動篩分效果的因素進行分析，進而提出改進措施。

1.1 入篩物料對振動篩分效果的影響

入篩物料對張弛振動篩篩分效果的影響主要包括以下幾個方面：①含水率，即物料的濕度，由于物料表面吸附的水分使得篩分困難，顯著的降低了篩分效果；②含泥量，含泥量的高低對黏度較大的物料篩分影響較大，容易出現物料之間結團現象，尤其是部分小顆粒物料，容易造成篩分堵塞，且在濕度較大的條件篩分質量較差；③粒度特性，篩分表面上的物料顆粒大小、形狀以及物料比重等對振動篩分影響較大，當物料粒徑過大時容易使得物料卡在篩孔中，進而出現堵塞問題。

1.2 篩面工藝結構對振動篩分效果的影響

篩面工藝結構對張弛振動篩的篩分效果影響明顯，尤其是篩面長度、寬度、傾斜角、孔隙大小等，主要包括以下幾方面[3]：①篩面的寬度與長度，若設備的篩面寬度越大，則篩分量越大，當篩面的長度越長，則篩分設備的效率越高，但是當篩分設備的寬度和長度增加時，設備的整體框架穩定性越差，明顯的縮短了篩分設備的使用壽命，因此需要結合礦山實際情況確定篩分設備篩面的寬度和長度；②篩面的傾斜角，當篩面具有一定的傾斜角時，礦石物料容易在篩面上滑落，傾角越大，礦石物料在篩面的運動越快，單位處理礦石量顯著增加，但是明顯的縮短了物料的篩面上的停留時間縮短，使得礦石物料篩分不徹底；③篩面孔隙大小、形狀等的影響，篩面的孔隙大小與礦石處理要求息息相關，應根據礦石選冶要求進行設計；孔隙形狀常見的有圓形、長方形和正方形，若篩分物料形狀有更高要求時，一般選擇圓形和正方形孔，若礦石物料以長方形或者扁平狀為主時，多采用長方形篩分孔。

1.3 篩面運動形式對振動篩分效果的影響

篩面的運動形式主要是利用篩面的振動轉頻、振幅等因素實現的，一般來說，振動形式能夠影響礦石物料的運動軌跡，進而影響篩分效果，且具有“篩面振動越強烈，篩分效果越好”的特征。常見的篩面運動形式包括橢圓振動、圓周振動和直線往復振動幾種形式。其中，直線振動無法提供給物料垂直方向上的振動，因此該運動方式不利于松散堆積物的篩分，多用于粒度較大的物料篩分；圓周運動是比較常見的運動形式，具有較大振動頻率，為礦石物料的篩分提供充足的能量，能夠有效的篩分物料，但是該運行形式篩分效率較低；橢圓運行形式是在直線運動和圓周運動的基礎上發展起來的，顯著的改善了物料的傳輸效果，其篩分效率也優于前兩種運動方式。

1.4 基于Matlab模擬的振動分析

上文根據張弛振動篩的實際實踐總結了影響振動篩篩分效果的影響因素，但是張弛振動篩設備的運行狀況十分復雜，采用單一的分析方法無法準確的找出振動篩的結構的缺陷。鑒于此，本文以Matlab數值計算軟件為基礎，通過仿真模擬機器的仿真運動實現張弛振動篩的振動篩分分析目的。當張弛振動篩在空載狀態下，采用多次測量的方式進行了振動分析，根據振動曲線可知，在空載條件下振動篩的運動形式以勻速的圓周運動為主，仿真模擬運動與實際運動相符合。

2 張弛振動篩的結構優化及應用

2.1 張弛篩結構優化

張弛篩結構優化是提升振動篩整體性能的基礎，本次涉及的結構優化主要包括：①凸輪軸系，該結構是實現圓周運動與直線往復運動轉化的基礎，是實現篩面一張一弛運動的前提，本次優化過程中將軸承座與彈簧板相互連接，并鍛造在一起，并將內軸承之間的偏心差控制在180°，能夠有效的提升軸運動的平衡性；②驅動系統，是主要的動力來源，本次結構優化將連接部位的螺母采用非金屬內嵌式螺母，使得驅動系統具有更好的放松性能，能夠有效的緩解因長期振動而導致螺母松懈引起的安全事故；③底架，主要對張弛篩起支撐作用，本次采用標準鋼型底架，將傾角控制在21°，并在底架右側第一根立柱外側連接電機支架，不僅能夠確保原裝置的精度要求，而且能夠有效的提升設備的穩定性；同時，電機支架采用相同的標準鋼型，滑道采用槽鋼，將連接板焊接時旋轉15°～25°，能夠有效的提升底架連接的適宜性；④外箱體，主要位于凸輪軸系和內箱體上，與內箱體之間形成相對運動，是實現篩網一張一弛運動的基礎，本次雨花將外箱體兩側的側板采用槽鋼，中間通過梯形梁連接，左側橫向連接板與凸輪軸系的外軸承座連接在一起，且外箱體的連接螺母采用非金屬內嵌件鎖緊螺母，能夠有效的提升外箱體的放松性能；此外，為了增加梯形梁的穩定性和減少梯形梁的重量，可采用空心結構，能夠有效的緩解物料對梯形兩側的沖擊力；⑤內箱體，該結構與外箱體的結構相似，但是內箱體與凸輪軸系的內承座固定的儀器，確保內外箱體上的梯形梁在同一水平線上，在篩網下部設置兩側襯墊，能夠有效的緩解物料對料棚的損傷，進而降低張弛振動篩出現故障的幾率；此外，在箱體中設置通孔，并與凸輪軸系中整體內軸承座連接固定，能夠提升箱體的精度，并在箱體入料口處裝置不銹鋼耐磨板，能夠有效的提升張弛振動篩的使用壽命；⑥篩罩，該結構能夠有效的防止篩分物料以及粉塵的飛濺，具有防塵作用，本次優化將框架以及支腿等均采用空心方管，能夠有效的降低篩罩的重量，同時在框架的上部增設小蓋板，并與雅閣相連接，能夠有效的提升篩罩的防塵能力；⑦軸系保護罩，該結構的主要功能在于確保凸輪軸系中的偏心軸不收碰撞，并且對操作人員起保護作用。

2.2 張弛篩關鍵元件結構優化及性能

張弛篩關鍵元件結構優化是提升振動篩整體性能的基礎，本次主要通過以下幾個方面實現結構優化：①篩面結構及性能分析，上文已述及，篩面長度和寬度對篩分效果影響較大，當篩面長度越長時，礦石物料在篩面上運動的時間越長，篩分越徹底；篩分寬度越大，篩分效率越高，但是篩面長度和寬度與篩分設備的穩定性和成本息息相關，因此，經過模擬分析和礦山實際需求后，確定篩分寬度為200mm，長度為9m，并將篩孔分為三個階段，在礦石物料走向上依次設置2片12×12的小方孔篩面，此時物料基本處于靜止狀態；第二階段設置12片12×28的長方孔篩面，此時物料處于逐漸放松階段；第三階段設置8片13×13的大方孔篩面，此時礦石物料放松處于篩分分層階段，能夠有效的提升篩分效果；②偏心軸結構的性能，為了降低該部位的質量，以第三段軸心為主，將第一部分的軸徑設置為90mm，其偏心距為0mm；將第二部分的軸徑設置為135mm，偏心距為6mm，能夠有效的提升該部分的性能；③圓柱橡膠的性能分析，圓柱橡膠主要起支撐作用，根據模擬分析得出，當圓柱橡膠的邵氏硬度為52HA時，圓柱橡膠的整體性能最佳；④彈簧板的性能分析，經過模擬分析后，認為彈簧的抗彎抗拉特性與彈簧斷面組織相關，以長纖維狀物質組成的彈簧具有更加良好的抗彎抗拉特性。

2.3 應用效果分析

根據本文提出的結構優化方式進行了張弛振動篩優化設計，并將其引用于某礦山的生產實踐中，將改進后的張弛振動篩投產5個月以來，張弛振動篩的故障率下降極為顯著，下降率可達62.8%。同時，改進后張弛振動篩的工作效率顯著上升，其篩分效果良好，說明本次結構優化處理的方式是合理的。

3 結束語

綜上所述，張弛振動篩是以機械設備的一張一弛運動而實現礦石物料篩分目的的，其運動方式包括直線型、圓周型和橢圓型三種類型，其中后者的運動篩分效果優于前兩種運動方式。

經過空載條件下的模擬分析，其運動狀態與理論運行形式一致，說明張弛振動篩的整體結構設計是合理的。為提高振動篩篩分質量和使用壽命等，本文從不同的方面分析了影響振動篩篩分效果的因素，進而對關鍵元件進行了結構優化設計，在實踐應用中取得了良好的應用效果，說明本次改進是合理的。