原煤分級試驗振動篩的設計與制作

胡興偉 陳兆彬

（陜西博選科技有限公司，陜西 西安 710026）

0 引言

結合現場試驗使用要求，該文對原煤分級試驗振動篩進行了全新自主設計，將雙振動電機激振作為振動源，使物料在篩網上被拋起，同時向前做直線運動，物料從給料機均勻地進入篩分機的進料口。通過更換不同的篩網板使其產生數種規格的篩上物、篩下物，分別從各自出口排出。排出口的設計高度適中且分別位于篩機的兩側，以便于不同篩分煤樣的區別堆放[1]。

1 原煤分級試驗振動篩的工作原理

振動篩是一種用于分級過濾物料的設備，通常被稱為實驗室震動篩或振篩機，應用于食物、醫學、冶金、建筑、煤炭、油田化學、混凝土、玻璃、糧油、瓷器和造紙等各行各業。它具備振動均勻、激振力大、性能穩定、換網迅速、體重輕、使用簡易以及維修簡便等優勢。

該文篩機由出料口、固定架、機身、振動電機、安裝平臺、彈簧和機蓋等組成，可以篩分多種不同粒度的原煤，具有耗能低、產量高、結構簡單、易維修、全封閉結構、無粉塵溢以及自動排料等特點，更適合于試驗流水線作業[2]。

將原煤進行多次篩分，將各種大小的煤炭顆粒分為若干個等級，這一步驟被稱之為篩分。理論研究表明，大于篩孔的粒子會留在篩面上，而小于篩孔的粒子則會穿過篩孔。篩分碎散物質的流程可概括為2 個階段：首先，細粒子穿透粗粒子構成的材料層進入篩面。其次，細粒子進入篩孔。實現流程的這2 個階段，需要具備最基本的前提條件，即材料與篩面中間產生相對運動[3]。為了取得最佳篩選效果，篩箱應具備良好的運動特點，既能使篩面上的材料層保持疏松的狀態，又能使阻塞在篩孔上的粗粒子自由脫落，從而保證細粒能夠順利進入篩網[4]。在篩選流程中，大量粒度差異的碎散物質流入篩面，其中只有少部分與篩孔接觸，剩余的絕大部分微粒則散布在整張料層中，其中大多數是小于篩孔尺寸的微粒。隨著篩箱的振動，料層變得疏松，使原來就具有的較大空隙被逐漸增大，小微粒得以通過這些空隙，移動到下方。由于小微粒空隙較小，大微粒無法通過，所以在運動過程中大微粒的位置不斷上升。經過篩選，原來散亂無章的微粒群被劃分，出現了小微粒在下、粗粒居上的排序方式。當細微粒達到篩面時會穿過篩孔，最終使粗細粒子分開，篩選流程結束。但是在篩分過程中部分篩下物會留在篩上物中，完全分開是不可能的。進行細粒透篩時，盡管顆粒尺寸比篩孔小，但它們的透篩情況卻大相徑庭。與篩孔尺寸相同的微粒，透篩更加困難，因為它們無法通過篩面下方的大顆?？障禰5]。

2 現場測量

該文篩機是結合現場試驗使用要求進行的全新自主設計，因此在設計之前去洗煤廠煤樣試驗室觀察其工作環境，了解原煤分級試驗振動篩的安裝位置和安裝環境是非常重要的。在洗煤廠煤樣試驗室工作人員進行試驗的過程中，筆者跟隨工作人員全程參加了原煤篩分試驗工作，觀察他們是如何做原煤篩分試驗的，這為設計原煤分級試驗振動篩指明了方向，還用專業的試劑測試了原煤的酸堿性，給該文在設計過程中使用什么材質制作篩板提供了思路。然后測量了試驗室中將要安裝原煤分級試驗振動篩之處的空間尺寸，以保證設計制造出來的原煤分級試驗振動篩可以方便地安裝在該處，不會因為該振動篩設計得過大而安裝不上或者占用其他空間，給試驗室工作人員帶來不必要的麻煩。最后與工作人員討論原煤分級試驗振動篩需要多大振幅才能最有效、最科學、最快速地將原煤分級出來。這個步驟至關重要，決定了原煤分級試驗振動篩振動電機的選型，并和工作人員討論了他們在功能和制作上對原煤分級試驗振動篩有什么要求，為以后篩機的設計提供參考。

3 原煤分級試驗振動篩的結構設計

該文篩機由出料口、固定架、機身、振動電機、安裝平臺、彈簧和機蓋等組成，可篩分多種不同粒度的原煤。具體結構如圖1、圖2 所示。

圖1 原煤分級試驗振動篩1

圖2 原煤分級試驗振動篩2

4 原煤分級試驗振動篩篩框的設計

篩框是篩機的主要組成部分，它不但要承載篩分材料的重力，還要承擔高頻振動的沖擊力。因此篩框的構造必須堅固可靠，既要具有一定的硬度，又要具有一定的總體剛性，以確保篩框在振動環境中不會出現變化或損壞[6]。對小型振動篩來說，主側板的重要性不言而喻，它們是固定架上支撐材料和篩框的主要組成部分，并將激振力傳導到篩框的重要組成部分，通常由8mm～16mm 厚的鋼材構成，以確保篩框的穩定性。在振動篩工作過程中，由于高頻慣性力的作用，篩框會產生動力變化，這些變化通常會造成主側板破裂。因此提高篩框構件的剛性，尤其是聯接元件的剛性非常重要。鉚接構成的篩框損壞率較低，但制作過程較為復雜。因此在小型篩框的設計中，焊接結構是一種更加理想的選[7]。

原煤分級試驗振動篩是小型振動篩的一種，通過焊縫進行連接，篩板規格為600mm×1000mm，篩面范圍為0.6m2。它由方型鋼管焊接而成，兩端、底部和后部的鋼管連接在骨架上，角鋼焊接在一側鋼管上，篩板用螺釘緊固在所焊角鋼上，其下墊有一層橡膠。為了進一步提高篩框的強度和剛度，在篩框的兩端加入了加強角鋼。主側板和篩框均使用Q355B 型鋼制作，厚度為8mm。篩框內層則使用100mm×100mm×2mm 的方型鋼焊接而成。

5 原煤分級試驗振動篩處理量的計算

原煤分級試驗振動篩處理量的計算如公式（1）所示。

式中：Q為處理量，t；B為篩面寬度，mm；h為篩面上物料層厚度，m；經查h=0.1；v為物料運動的平均速度，m/s，經查v=0.1；y為物料的松散密度，t/m3，經查y=1.2。

將以上數據代入公式（1）可得Q=7.2t，處理量滿足設計要求。

6 原煤分級試驗振動篩的設計優點

該文原煤分級試驗振動篩的設計優點如下：1）出料口A、出料口B、固定架、安裝平臺、篩框和機蓋均為Q355B材質，點焊、滿焊、校平工藝完成后進行整體退火熱處理。2）篩機設置了2 個位置相反的出料口，出料口A 和出料口B，其結構均設計成30°斜坡特征，用于把分離出的不同粒度的煤炭排到不同位置，使其不易發生混淆，提出的樣煤純度較高。3）固定架（如圖3 所示）采用Q355B 材質的厚壁方管制作而成，伸入止口方管中，可調節高度。固定架中的底座采用高強度的SUS304 材質，并通過地腳螺栓緊固連接。4）篩框（如圖4 所示）內置SUS201 材質的鋼板，耐磨且強度高。5）篩框中的主側板在激光下料后，通過平面磨床進行整體磨削，保證了平面度。6）篩框2個主側板由支撐梁拼焊而成，保證了篩機的整體強度。7）篩框外沿上設置有緊固板，可與機蓋緊固配合，防止煤粉外溢。8）通過緊固螺栓，篩框中的側壓條與中間壓條可把篩板（如圖5 所示）牢靠地固定在機身上。9）篩框中的上彈簧座與固定架上的下彈簧座通過4 個彈簧進行軟連接。10）原煤從入料口進入后，篩框中的擋煤沿可以起到緩沖作用，能更好地保護篩板。11）機蓋（如圖6 所示）包括手柄和進料蓋板2 個部分，采用2mm 后的冷板，便于操作者安裝、拆卸。12）安裝平臺（如圖7 所示）設置在篩框的后下方，包括側板、安裝板和加強板，用以固定振動電機，這樣的設計可以使激振力與機身重心保持一致。

圖3 固定架圖

圖4 篩框圖

圖5 篩板圖

圖6 機蓋圖

圖7 安裝平臺圖

7 原煤分級試驗振動篩的制作

將原煤分級試驗振動篩中待切割下料的板材導入激光切割機中，用叉車或行車等起重設備將待加工的鋼板放置到激光切割機的工作平臺上面，用激光切割機將出料口A、出料口B、固定架、安裝平臺、機蓋、篩框、底座、主側板和篩板等零配件切割完畢。找出切割好的安裝板，用銑床將其安裝電機的那一面銑平，然后找出制作止口方管、短支腿、長支腿、上彈簧座和支撐梁的材料，同其他切割好的材料一起組裝拼焊。在組裝拼焊的過程中，先組裝焊接固定架，將立柱、短支腿和長支腿焊接在一起，然后再焊接到底座上。將焊接好的底座放置地面上用螺栓進行緊固，防止以后試機時底座出現滑動。在固定架組裝焊接完成之后進行篩框的組裝焊接，找出緊固板、上彈簧座、側壓條、支撐梁、主側板、篩板、加強肋板、中間壓條和擋煤沿等零件，根據圖紙進行點焊拼接。當點焊完成并確認點焊完的篩框尺寸符合圖紙要求時，再對篩框進行滿焊。如果點焊完的篩框因為變形等原因不符合圖紙要求時，需要對其進行修整，直到符合圖紙要求時再進行滿焊。篩框滿焊完成，找出其他零件對篩機進行整體組裝。篩機組裝拼焊完成之后，需要稱量其整體質量，然后根據篩機質量和在試驗室了解到的情況確定振動電機的型號，最后將振動電機安裝到安裝板上，接通電源線，打開電源線開關，對篩機進行24h 不停車試車，記錄篩機的振幅、頻率是否符合設計要求，觀察篩機在試車的時候是否存在異響。當篩機運行一段時間后，用測溫槍測量電機的溫度是否符合設計要求，每隔6h 記錄一次數據。直至試車數據均符合設計要求時，即完成了整個篩機的制作。

8 原煤分級試驗振動篩的應用

將制作完的原煤分級試驗振動篩進行噴漆防腐處理后運到洗煤廠煤樣試驗室，用高強度螺栓將其安裝到之前測量的安裝位置上。然后接通電源，啟動原煤分級試驗振動篩，觀察其運行情況。當原煤分級試驗振動篩空機運行30min 后，將原煤倒入原煤分級試驗振動篩中觀察其篩分效果，判斷是否滿足生產需求。

9 結論

原煤分級試驗振動篩在洗煤廠煤樣試驗室已經投入生產使用，應用效果顯著。該試驗樣機通過更換不同規格的篩板使原煤以篩上物、篩下物的形式分別從各自出口排出，具有操作簡易、耗能低、無塵洗選以及更換維修方便等特點。原煤分級試驗振動篩投入使用后提高了篩分質量和篩分效率，推動了選煤技術的進一步發展[8]。