對國產2ZKB3070直線振動篩振動特性的簡要分析

本文作者：賈傳文 (雙鴨山礦業集團七星選煤廠)

摘要:對國產2ZKB3070直線振動篩的振動特性進行了較詳盡地分析,同時對2ZKB3070振動篩的性能特點給予了正確評價,為大型選煤廠設備選型提供了比較有實際意義的幫助。

0、前言

黑龍江雙鴨山礦業集團七星選煤廠是1992年8月投產的一座現代化洗煤廠,主要采用重介分選工藝,振動篩在整個工藝系統中起了十分重要作用。

2ZKB3070直線振動篩是我國鞍山礦山機械廠仿ΓИ CΠ- 82直線振動篩制造的,兩者的結構性能完全相同,只是少部分零件稍有區別。

1、結構及工作原理

2ZKB3070型直線振動篩是一種新型的雙電機雙激振器類型的直線振動篩,2臺電機利用皮帶聯軸節分別傳動2臺激振器的主軸,2臺電機和激振器的結構完全相同。主軸用聯桿連接,每臺激振器有4個質量相同,回轉半徑相同的偏心塊,上、下布置,做為不平衡振源。2臺激振器分別與篩箱主梁利用高強度螺栓進行固定,并與篩面呈45°角。整個篩箱水平支撐在6組彈簧上。當振動篩進行工作時,在2臺電動機的分別帶動下,激振器的上、下2組偏心塊作相對同步反向回轉,所形成的離心力在一個方向上互相疊加,而在另一個方向上互相抵消,從而使篩體在疊加方向上形成一定振幅的直線振動,物料在振動的篩板上跳躍式地向前移動,達到篩分效果。

2、技術參數

規格型號：2ZKB3070

篩箱規格(寬×長)/mm：3 040× 7 315

工作面積/m2：21

篩面層數/層：2

篩孔尺寸/mm：上層方孔13× 13,下層條縫1

篩面傾角/(°)：0～ 25

雙振幅/mm：12± 1

振動次數/r?min- 1：740

拋射角/(°)：45

最大入料粒度：300× 300× 600

處理能力/t?h- 1：150

電動機    型號Y2805- 8        功率/kW 2× 37

轉速/r?min- 1 740   機器重量/kg 19 139

外形尺寸/mm：7 713× 5 326× 2 763

3、同步回轉運動分析

根據這種振動篩的結構特點,對它的運動特性作以定性分析,假設該振動篩的箱體質量為M,偏心塊質量為m,回轉半徑為R,彈簧剛度為k,電機轉數為n。直線振動篩必須使2組偏心塊按照相同的回轉半徑,進行相對同步反向旋轉,才能保證形成穩定的直線振動效果。單電機拖動的振動篩激振器,2組偏心塊產生反向同步回轉是靠齒輪強迫聯系達到的。與單電機拖動的振動篩不同的是,雙電機分別拖動的2組偏心塊,兩者之間并無任何強迫聯系,它之所以能夠產生反向同步回轉,完全是靠2組偏心塊在運動中的力學關系來保證的。雙電機傳動的結構往往由于啟動等某種原因,使2組偏心塊的相對位置不同步,假設偏心質量m2落后于偏心質量m1一個相位角,這時二者所產生的離心力將不能按要求在一個方向上互相迭加,在另一個方向上互相抵消,而產生一個不平衡力,使整個篩箱在支撐彈簧上產生移動和擺動。但是恰恰由于這一移動和擺動,又使2個偏心塊能互相自動跟隨而達到反向同步旋轉的目的。圖1是雙電機拖動雙軸振動篩的簡化圖。           

  2組不平衡重的質量集中在m1和m2點上,分別以半徑R1和R2繞O1和O2旋轉。整個篩子的質量集中在M點,并支撐在k1和k2兩組彈簧上,取直角坐標x軸通過O1和O2。假設偏心塊m2落后于m1一個相位角,即m1的離心力F1與y軸的夾角為α1,而m2的離心力F2與y軸的夾角為α2,

并且α2>α1,由于m1= m2,R1= R2,ω1= ω2,所以F1= F2,

因為α2>α1,故F1y> F2y、F1x< F2x

式中　F1y,F2y——— F1及F2在y軸上的投影;

　　　F1x,F2x——— F1和F2在x軸上的投影。

令ΔFy= F1y- F2y    ΔFx= F1x- F2x

而ΔFy與ΔFx合成于O1點,其向量  ΔFy+ΔFx=ΔF

這個ΔF力即為實現使兩偏心塊互相追隨直至達到同步反向旋轉的力。

根據力的平移原理,將圖1中作用于O1點的ΔF力移至篩的重心M處,即在M點加2個大小等于ΔF,方向互相相反的力,這時整個力系可視為作用于M點的一個ΔF力和一個力偶,它們被支撐彈簧的反力所平衡。篩箱重心M在ΔF力和力偶的作用下,克服支撐彈簧反力而沿著受力的方向使篩體發生移動和繞M點發生擺動。2組偏心塊的旋轉中心的O1和O2也將隨篩箱的移和擺動移至O1t和O2t。而處于空間旋轉狀態的偏心塊質量m1和m2卻因慣性作用將盡量保持其原有位置而繞O1t和O2t旋轉,其離心力為F1t和F2t。F1t、F2t與y軸的夾角分別為α1t和α2t。

令∠α2- ∠α1=Δ∠α,∠α2t- ∠α1t=Δ∠αt,

并通過在Δ O1m1A、Δ O2m2B中的推導,可得出

∠Δαt< ∠Δα。

即2組偏心塊的相位差在ΔF力的作用下由Δα減少到Δαt,因此可以證明,2組偏心塊再經多次的旋轉,將使其相位角差越來越小,直至為零,即重新實現了反向同步旋轉。

4、振動特性分析

在分析雙軸振動篩2ZKB3070振動特性之前,首先對篩子的結構作以簡化,如圖2。

  雙軸振動篩箱是支撐在彈簧機架上,借助激振器的離心力使篩箱作直線運動的。篩箱的振幅取決于篩箱的質量M,激振器的偏心塊質量m和彈簧剛度k等動力學因素。

4、1　激振器產生的離心激振力

根據圖3,在2組偏心塊產生旋轉時,每組偏心塊(m0= m1= m2,m= 2m0)所產生的離心力

P0= m0rω2

Py0= m0rω2sinωt

Px0= m0rω2cosωt

式中　ω———電機角頻率,rad/s,ω= 2π n/60。

 總慣性力

Py= 2Py0= Pmaxsinωt

式中　Pmax———最大激振力,kg,Pmax= mrω2。

P= Pmaxsinωt

激振力P作用在y- y方向上,與篩面呈β角。激振力、彈簧的合力均通過篩子的重心。由于彈簧力較小,為使分析簡化,假設彈簧力的方向亦在拋射方向上。根據這些,可以把該振動篩的振動系統簡化成如圖4所示。

4、2　振動篩的受力分析和振動方程的建立振動篩在工作中,篩體主要受到4種力作用:篩箱運動的慣性力[-(M+ m)y¨],阻尼力(-μy﹒),彈簧恢復力

(- ky),激振力(Pmaxsinωt)。

在振動篩中,為了保持動力平衡,必須滿足(阻尼力很小,可忽略不計)

(M+ m)y¨+ ky= Pmaxsinωt                (1)

振動方程的特解       y= Asinωt

式中　A———振動篩的最大振幅。

   由式(2)可以繪出2ZKB3070型雙軸振篩的振動曲線(略),可以看出振動篩的振幅取決于角頻率ω,彈簧剛度k和篩箱質量M。

4、3　影響振動篩穩定振動的因素

(1)、根據式(2), 即為自振頻率ωz時,振幅A會無窮大。這種現象會出現在起動或停止的過程中,在實際運轉中,表現出振幅明顯加大。這是由于篩子在這些過程中,篩子的工作頻率ωg會接近于它本身的自振頻率ωz產生成的,這種現象對篩子的損害相當大,避免的辦法是盡量減少頻繁開停車次數。

(2)、篩子的工作狀態與彈簧剛度有關,當彈簧于疲勞而使剛度發生變化時,篩子的振幅也會發生變化,直接影響篩分效果。尤其是當幾組彈簧中有的剛度或形狀不一致時,這個支撐點的振幅就會產生畸變而使篩箱發生搖動,所以針對彈簧要定期測試,定期更換,更換時必須全部更換,保證彈簧參數一樣,確保振幅穩定。

(3)、進行設備安裝時,必須使前后彈簧和中間彈簧相對位置適當。使激振力對篩箱產生的力矩總和為零,這樣才能保證穩定的振幅。

5、2ZKB3070直線振動線的優缺點

5、1　優點

(1)、生產率高。

(2)、潤滑要求較低。與單電機拖動的激振器(2ZX2448)相比,激振器內沒有任何強迫聯系構件,只含軸承,與潤滑油沒有撞擊,所以溫升較慢,故容易潤滑。

(3)、激振器的結構更加合理,強度高。雖然激振器整體體積很大,但箱體卻很小,里面只含軸承,只要考慮受力強度和潤滑要求就可以了。另外偏心塊安裝在激振器外面藝簡單,容易制造。

(4)、激振器工作壽命更長。

5、2　存在的不足

(1)、體積及重量大,整體吊運和安裝都十分不便。

(2)、對2個電機的性能參數要求嚴格,對2個激振器的摩擦阻力要求也更加嚴格,阻力不能相差多,嚴重時將不能達到同步運轉狀態。

6、結語

七星選煤廠共使用3臺這種型號的振動篩,一直運轉穩定,沒有出現過較大的事故,可以證明,這種振動篩結構設計合理可靠,值得廣泛推廣使用,特別適用于產量大的現代化洗煤廠。

參考文獻:

[1]成大先.機械設計手冊:第三版第2卷[M].北京:機械工業出版社,1993.

[2]成大先.機械設計手冊:第三版第3卷[M].北京:機械工業出版社,1993.

中國篩分機械網及篩分機械公眾號首發

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