上榆泉選煤廠振動篩減振降噪應用實踐

白 龍 蔣涵元 王青海

（國家能源集團國神集團上榆泉煤礦，山西 忻州 036500）

上榆泉選煤廠隸屬于山西魯能河曲電煤開發有限責任公司，是配套于上榆泉煤礦的礦井型選煤廠，設計處理能力8.0 Mt/a，主要入選上榆泉煤礦原煤。選煤廠的主要分選工藝為：原煤經過分級之后，塊煤采用TDS 智能干選機排矸，末煤濕法脫泥之后用兩產品重介旋流器分選，粗煤泥螺旋分選機分選，細煤泥板框壓濾機和加壓過濾機聯合回收。

1 存在問題

在生產過程中用到大量的篩機，原煤分級篩兩臺、末煤脫泥篩兩臺、末精煤和末矸石脫介篩各兩臺。其中原煤分級篩安裝于鋼筋混凝土結構的原煤篩分車間，篩機基礎較好，而另外六臺篩機則安裝于鋼結構的主洗車間，使用過程中發現篩機對基礎的沖擊較大、篩機基礎振動大、篩機使用壽命短等問題[1]。

針對以上問題，上榆泉選煤廠分別從加強振動篩安裝基礎、減弱振動傳遞環節兩個方面進行了減振降噪改造實踐。

2 加強振動基礎

以精煤脫介篩為例，篩機基礎振動較大，導致篩機側幫開裂等問題頻繁出現。為了加強篩機基礎的抗振性能，對篩機的基礎結構進行了分析[2-6]。篩機基礎結構圖如圖1。

圖1 篩機安裝基礎結構簡圖

2.1 原因分析

（1）主梁14、21 下方設置了三角支撐，主梁19、16、20 下方未設置三角支撐，主梁17、18 下方未設置三角支撐，篩機基礎整體平衡度較差，需考慮在合適位置增設三角支撐。

（2）次梁46、47 搭接在主梁19、20、21 中部，但是19、20 主梁下方沒有三角支撐，導致次梁46、47 振動增大。現場分析在主梁19 下方具有足夠的空間增設三角支撐，在主梁20 下方空間受限不能增設三角支撐或者立柱支撐，故考慮在上部增設拉力立柱配合三角支撐。

（3）次梁36、37、38、39 支撐在主梁17、18和次梁46、47 上，主梁17、18 下方未設置三角支撐，次梁36、37、38、39 振動大。

（4）次 梁32、35 兩 端 搭 接 在 主 梁12、17和13、18 上，在次梁32、35 的下方增設了支撐柱10、11，加強了次梁32、35 的支撐，但是次梁33、34 下方沒有增加立柱和三角支撐而且跨度較大，導致次梁33、34 振動大。

（5）篩機支撐彈簧座24、25、26、27、28、29、30、31，以左側篩機為例，24 下方采用立柱支撐，抗振性能較好，25 下方次梁抗振性能差導致兩側不平衡；41、42、44、45 為篩前支撐次梁，兩端搭接在次梁36、37、38、39 上，受基礎影響，抗振性能較差，導致支撐彈簧座28、29、30、31 振動平衡性差。

（6）次梁46 和主梁20 搭接點處承受的力是次梁46 和主梁19 以及次梁47 和主梁21 搭接點處的力的2 倍，相應支撐沒有加強導致該位置振動大。

（7）部分次梁高度太小，抗剪切性能本身較弱。

（8）所有主梁的連接全部采用多排螺絲，但是次梁的連接采用單排螺絲。

2.2 優化措施

根據篩機振動基礎存在的問題提出以下措施，提高篩機基礎的抗振減噪性能。

（1）在主梁19、15、16 下方增加三角支撐，在主梁20 與次梁46（47）搭接點上方增加懸掛的立柱和三角支撐。

（2）次 梁36、37、38、39、41、42、44、45更換為高度更大的材料，提高抗剪切能力。

（3）針對次梁33、34 跨度大，主梁17、18下方無三角支撐的問題，采用篩機彈簧座25、26下方位置增加支柱或者在該位置增加次梁與主梁15搭接，提高次梁33、34 的抗振性能。

（4）所有次梁根據情況選用多排螺絲搭接。

3 減弱振動傳遞

3.1 橡膠彈簧

通過市場調研，認為將原有鋼彈簧更換為橡膠彈簧，將篩機的振動轉換為橡膠內部的彈性勢能，從而能夠減少篩機振動對基礎的沖擊。該類彈簧對橡膠的質量要求較高，既需要有硬度滿足篩機重量的支撐，又需要一定的彈性用以吸收振動，二者之間的平衡度難以把握。實際使用過程中往往為了防止彈簧被擠壓損壞而提高橡膠彈簧的硬度，導致彈簧的減振吸振效果變差，不能滿足現場使用需求。同時，隨著橡膠彈簧硬度的增加，對篩機基礎的要求更高。針對上榆泉選煤廠篩機基礎，該類彈簧適用性較差[7-8]。

3.2 空氣彈簧

3.2.1 工作原理

原理為：囊式橡膠空氣彈簧在工作過程中，內腔充入壓縮空氣，形成壓縮空氣柱，利用空氣的可壓縮性，隨著振動載荷的變化，彈簧的高度和內腔容積隨之改變，達到非線性有彈性作用，實現振動載荷的平穩、柔性傳遞，完成振幅與振動載荷的高效控制[9]。

3.2.2 實際應用

空氣彈簧減振系統主要由壓縮空氣、調壓閥、分配閥、逆止閥、管路和空氣彈簧組成，如圖2。

圖2 空氣彈簧系統簡圖

使用過程中，需要將原有的鋼質彈簧或者橡膠彈簧更換為空氣彈簧即可，對篩機原有的支撐系統不作調整。系統采用的壓縮空氣來自選煤廠原有空氣壓縮機，每個篩機配備一個調壓閥和四個分配閥。壓縮空氣經過調壓閥將壓力控制在要求的范圍之內供給四個分配閥，分配閥將壓力符合要求的空氣分成四個出口，分別連接至每組的四個彈簧。分配閥的出口與管路之間采用快速接頭的方式連接，便于快速更換，管路與彈簧之間通過單向逆止閥連接，保證進入彈簧的空氣不會倒流導致漏氣。

3.2.3 應用效果

（1）空氣彈簧內部充填的壓縮空氣壓力可調，即彈性系數可以調整，所以能夠適應不同工況[9]。

（2）空氣彈簧緩沖減振性能好，噪聲低，并能提高主機設備的使用壽命，安裝、維護、調節方便。

（3）空氣彈簧工作過程中將篩機的振動勢能轉換為氣囊內部壓縮空氣的壓力勢能，橡膠承受拉力為主，所以彈簧的損傷減小，使用壽命較延長。

（4）相對于普通橡膠彈簧承受的壓力和剪切力，空氣彈簧的球形設計極大地削弱了橡膠承受的剪切力，減少了應力集中[10]。

（5）空氣彈簧通過空氣對篩機進行支撐，將原來振動在固體中的傳播轉換為氣體隔離，極大地減弱了振動傳播的強度。

（6）調壓閥的前后都設置了壓力表，使得壓力調節更加直觀準確，同時便于發現空氣壓縮系統壓力不夠的問題。

（7）在供氣管路與彈簧之間設定了單向逆止閥，確保彈簧內的空氣在重負荷、正常運行以及停車狀態都不會倒流，保證各種狀態下篩機支撐穩定。

（8）分配閥和彈簧之間的管路采用快速接頭，檢修維護工作大幅減小。

（9）單向逆止閥的使用保證了空氣不流失，降低了用風量。

（10）當某個彈簧出現問題空氣壓力不夠時，彈簧放氣自動收縮，只需要關閉進氣總管路即可進行更換，不需要將篩機吊裝或者額外支撐，更換完成之后接上充氣管路充氣即可，工作難度降低，安全系數大幅提高。

（11）在每個彈簧內部安裝壓力傳感器，檢測彈簧內部的壓力，既能判斷彈簧是否完好，根據彈簧壓力的變化還能對篩機的偏載過載進行分析。

4 結語

在篩機周邊1 m 范圍內和篩機基礎下方固定點進行了振動監測，監測結果見表1。

表1 振動監測結果 mm/s

改造后篩機兩側的振幅差距減小，篩機彈簧座處振動整體降低，取得了較好的效果。

通過噪音監測分析，設備旁邊運行噪聲由125 dB 降低到了89 dB，更換為橡膠空氣彈簧后，噪聲值下降幅度較大，有利于保護現場人員的身體健康。

通過對篩機基礎加固完善了篩機的基礎結構，抗振性能提高，杜絕振動不平衡的問題，提高篩機的使用壽命。通過空氣彈簧的使用，將振動在固體中的傳播增設了氣體隔離，極大地減少了振動對基礎的沖擊，降低了篩機周邊環境的噪聲以及振動。