大型、彈性、高效圓振動篩的研制及應用

黃 濤

(鞍山重型礦山機器股份有限公司，遼寧 鞍山 114042)

1 圓振動篩發展現狀及存在問題

圓振動篩是在垂直于篩面的縱剖面內，篩分機參振質量的重心的運動軌跡為圓形或近似圓形的振動篩[1]，主要用于物料的粒度分級。從60年代中期起，我國開始自行設計和制造DD、ZD型圓振動篩和DDM、ZDM型圓振動篩；1980年，我國從美國R.S公司引進TABOR傾斜篩技術，并開發出YA系列圓振動篩；1996年又引進了德國KHD公司的USK型圓振動篩，在此篩基礎上研發出YK系列圓振動篩[2]。這些引進的篩分技術為我國后來圓振動篩的發展，打下了良好的基礎。

圓振動篩是砂石骨料行業粒度分級的關鍵設備之一，近年來隨著選礦行業和砂石骨料行業的規模不斷擴大，對單臺設備的處理能力要求也越來越大，即對振動篩的型號尺寸要求越來越大，對篩分精度要求也越來越高，我國原有的YK和YA系列圓振動篩已經不能滿足市場需求。市場對大型、高效圓振動篩的需求日益顯現。因為1臺大型、高處理量的圓振動篩可替代多臺中小型號振動篩的并聯或串聯組合，這樣既減少設備的占地面積、工程投資，又減少人工操作和設備的維護費用。尤其在砂石骨料行業，目前不但要求圓振動篩單臺處理量大，而且要求石料的篩分精度高，性能可靠，這就對現有的圓振動篩提出了更高的技術要求。

現有圓振動篩的技術現狀和不足：① 篩分面積小(寬度不大于3.0 m，面積不大于18 m2)，導致處理量小；② 結構和減振不科學，使之運行不可靠、篩機壽命短等；③ 振動強度低(K不大于3.5)、篩面和篩板彈性低，導致篩分效率低(η不大于80%)。

2 大型、彈性、高效圓振動篩的技術特征、主要技術指標及技術優勢

2.1 主要技術特征

“大型、彈性、高效圓振動篩”是在原有圓振動篩基礎上進行結構優化設計、技術升級，并采用自主發明的篩面二次振動篩分方法及大型振動篩專利技術和振動篩阻尼可調的減振彈簧2項專利技術而形成的新型圓振動篩，其突出技術特征如下。

(1)大型化：篩面寬度3.6 m，篩分面積大于26 m2，物料通過量(處理量)大，可替代常規多臺中小型號圓振動篩的并聯組合，減少了占地面積、工程投資和設備維護費用，實現了節能減排。

(2)可靠性：采用高強度板材，托架、矩形梁結構，雙軸罩管長軸式振動器、皮帶強迫同步驅動結構，使之結構強度高、運行平穩可靠。減振裝置采用“振動篩阻尼可調的減振彈簧”專利技術，加快了振動篩啟動、停止時間，降低了運行噪聲，避免了共振發生。

(3)高效率：轉速830 r/min、雙振幅10.5 mm，振動強度大于4，篩分效率達90%以上；采用“篩面二次振動篩分方法及大型振動篩”專利技術，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，隨主機振動產生二次浮動，增加了物料透篩幾率。

2.2 主要技術指標

大型、彈性、高效圓振動篩見表1。

表1 大型、彈性、高效圓振動篩主要技術指標

2.3 技術優勢

(1)采用高強度材料、先進結構和“振動篩阻尼可調的減振彈簧”專利技術結合，突破圓振動篩寬度超過3.6 m、面積大于26 m2的技術難關，使之運行噪聲低、平穩可靠。

(2)振動參數先進，振動強度超過4，篩板采用了“篩面二次振動篩分方法及大型振動篩”，篩分效率高達90%以上。

3 與國內外同類典型產品技術性能的比較

目前，生產圓振動篩國外知名企業有：芬蘭的美卓、瑞典的山特維克；國內企業有南昌礦山機械廠。通過性能參數總結：2YAQ3673大型、彈性、高效圓振動篩同上述公司生產的同類產品對比見表2。

由表2參數對比可見，大型、彈性、高效圓振動篩2YAQ3673，在篩面寬度達到3.6 m，篩分面積26.28 m2條件下，振動強度最大，篩分效率最高，結構及篩分原理先進，技術性能領先。

表2 國內外篩機參數對比

4 解決關鍵技術的具體措施和技術方案

4.1 技術難點及技術方案一

4.1.1 技術難點

在保證圓振動篩的大處理量和高工作效率的同時，保證圓振動篩的強度和剛度是大型化的首要難題。大型圓振篩橫梁和側板易斷裂，振動篩啟動和停機時共振振幅過大(正常作業時的5～7倍)，并且不能迅速穩定停機，造成支撐的基礎動負荷過大。

4.1.2 技術方案

(1)考慮大型圓振動篩的沖擊性、折彎性、焊接性，并經多次破壞性試驗分析，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、壽命長的特點。采用動態優化設計的方法設計計算側板和橫梁哪些地方存在振動過程中應力過高的問題，提高側板和橫梁的可靠性。

(2)橫梁的結構：采用矩形橫梁結構，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篩橫梁可靠性低、支撐篩面剛性不足、更換不便、裝配存在內應力的問題，提高了其整體使用壽命。

(3)雙軸罩管長軸式振動器、皮帶強迫同步驅動結構，能夠減少激振器每個軸承的動載荷，延長軸承使用壽命。而大型強迫同步圓振動篩的2組振動器之間通過同步齒形帶連接，能夠有效保證2組振動器同步振動，進而產生較大的激振合力，從而解決單振動器設計無法大型化的缺點。

(4)針對大型圓振動篩減振彈簧在啟動和停機瞬間，共振時間較長、對篩框和土建基礎沖擊負荷較大的難題，采用自主研發的國家發明專利技術《振動篩阻尼可調的減振彈簧》專利技術，在振動篩啟停車過“共振區”時，能夠使其迅速停機達到平穩狀態，共振時間為10 s左右，減小對篩框和土建基礎的沖擊載荷，從而提高振動篩的使用壽命和降低對基礎的破壞機率。

4.2 技術難點及技術方案二

4.2.1 技術難點

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

4.2.2 技術方案

(1)增大篩面面積。當處理量增大時，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，保證物料在振動過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，影響圓振動篩的篩分效率和處理量主要參數是篩面寬度、振動強度K、拋射強度Kv和篩板的結構形式。K值的大小是由振動次數n和振幅A決定，振幅和振次越大，篩機的振動強度K值就越大。加大振動強度可以加大物料的拋擲指數D，即拋射強度Kv增大，使物料在篩網上的拋射力增強，從而提高了篩機的篩分效率和處理量。常規的圓振動篩D(Kv)=3.3，振動篩的1個振動周期與物料的1個跳動周期重合[3]。但對于易卡孔物料篩分或粘濕細顆粒物料篩分，為了獲得較高的篩分效率，D(Kv)要取大值，以增強篩面上物料的拋射力。本項目產品D(Kv)=4.5，為常規圓振動篩1.4倍，大大增加了物料與篩網的接觸次數，提高了篩分效率。

(3)當篩孔為建筑用砂(粒度4.75 mm)和瀝青機制砂(粒度2.36 mm)時，采用二次振動篩板，拆裝互換方便，完全實現篩板的標準化、通用化、系列化。二次振動使用在大型振動篩上，安裝在減振支撐裝置上的篩框在激振器的驅動下，按設計的工作頻率和振幅振動；同時裝有彈簧的篩板在自重慣性力和物料重力的作用下，產生二次振動。解決了振動篩高效篩分的難題。

5 效益分析

5.1 經濟效益

據《全球砂石骨料研究報告》報道，2019年全球砂石骨料市場需求量將達到517億t，年均增長5.2%，2018年中國的砂石消耗量約180億t，位居世界第一。按平均每臺大型、彈性、高效圓振動篩產量為500 t/h，每天工作22 h、年工作360 d，全國骨料行業需4500多臺“大型、彈性、高效圓振動篩”(不包括出口)，若20%采用大型、彈性、高效圓振動篩，預測企業將創銷售收入近5.4億元，上交銷售稅金及附加費近1億元，企業凈利潤達1億元。

5.2 社會效益

“大型、彈性、高效圓振動篩”研發成功，不但具有創造性和新穎性，而且具有較強的實用性，是骨料篩分技術上的一大進步，開辟了一條新的途徑，對礦山機械及骨料篩分行業的科技進步具有巨大推動作用。

6 結 語

圓振動篩是砂石骨料分級作業中應用最廣泛的篩分機，通過結構的創新，能夠研制出結構、原理、參數最佳的振動篩，不但能為用戶提高經濟效益，而且還能夠降低設備的維護費用，減少人工勞動強度。