SYK1537振動篩的強度改造

摘要：本文主要是針對國產振動篩經常面臨的超負荷運行的問題，通過對舊的振動篩設備的改造，提出了一種新的設計方法和一種新的設計理念，值得同行的關注。

關鍵詞：振動篩 強度 改造

盡管我國政府越來越注重節能環保，大力提倡煤炭的清潔高效利用，給煤炭洗選裝備制造企業帶來了持續的發展良機，但我國的煤炭洗選裝備制造業整體上難以和國外的設備相抗衡。為了提高市場占有率，開發適應市場需求的更高強度的設備成為了當務之急。前不久我們企業與某知名煤礦的合作便是一次成功的嘗試。由于該礦的運行環境發生了較大的改變，最大的入料粒度達到了900mm，我們原來設計生產的圓振動篩，完全不能適應，為此我們設計生產了高強度的振動篩，很好地解決了入料粒度過大引起的一系列問題，雖然結構采用的依然是通用的方式之一，并沒有做太多的改變，卻收到了很好的效果，極大地拓展了適用范圍，提高了競爭能力。

下圖1是本篩機的外形示意圖

圖1

如圖所示：本篩機由電動機通過聯軸器直接驅動振動器工作，使振動器產生激振力，從而帶動篩箱發生振動，（篩箱采用四組彈性支承裝置支承）。

該種設計的技術特點是：整機結構簡單，節約能源；采用塊偏心振動器（非振動電機），并將振動器安裝在篩邦，大大改善了側板受力狀況，有效地降低了側板的斷裂機會。缺點是振動器維修起來不太方便。由于我們強調的是結實耐用，所以采用了這種結構。

眾所周知，我們現在設計的振動篩一般都是按照現在通用的標準推薦的參數和方法設計的，我們給煤礦提供的也不例外。根據我們多年的觀察摸索發現，當給料小于300mm時，篩子工作狀態良好。然而，當入料粒度較大時，這樣的篩子便很難適應，特別是我們這次遇到的最大的入料粒度甚至達到了900mm時，整個篩子的參振部分幾乎都出現了裂紋，感覺要被振碎了一樣，這迫使我們不得不對原來的篩子進行強度的升級改造。

但我們面臨的一個較大的麻煩：現場的安裝空間已經完全被限制，所有配套設施和篩子的安裝尺寸都已經固定，篩子的外形尺寸和安裝尺寸都不允許有所改變，否則不僅勢必給現場帶來極大的工作量，而且也是無法實現的。因此我們改造的原則就是保持篩子的外形尺寸和安裝尺寸都不改變的情況下，加大參振部分即篩箱的整體強度。篩箱是由篩框和固定在它上面的篩板組成，它也是一臺篩子的承載部件。

篩框為整體空間金屬結構件，主要由側板，上橫梁、下橫梁組等構成，下橫梁用于支承篩面和物料，在篩框的給料端設有入料箱，出料端設有排料嘴。由于篩框是由橫梁將兩塊側板連接起來而形成的整體結構，因而要加強它的強度，除了考慮整體結構的布局外主要就是要加強側板和橫梁的強度。

篩面采用矩形框架式篩板，通用性強、壽命長、維護檢修方便。

由于過去的實踐中證明本篩機原來的整體布局上很合理，因而不再考慮布局改造的問題。所以我們首先考慮篩箱側板的厚度，因為標準中1.8m篩寬的側板厚度和1.5m篩寬的側板厚度均為8mm，根據經驗，我們認為原來8mm的側板厚度應該夠用，同時為了最大程度地利用原來的部件（主要是激振器），決定保留8mm的側板厚度不變。

其次考慮上下橫梁的問題。顯然需要保持其外徑不變，因而只能通過加大其厚度來實現。粗略驗算如下：

根據標準，橫梁上最大的均布載荷q=

其中：W1—梁及其附件的重力（包括物料的重力）

Smax—梁的最大慣性力，Smax=

因此q= =

所以改造后與改造前均布載荷的比值為

q2/q1=W2/W1= =1+

其中： △W—改造后及改造前的梁及其附件（包括物料）的重力差

改造前，W1為2859 kg，橫梁的總重量為530kg，按橫梁的總重量最大再增加一倍考慮，增加的重量為530kg。根據標準計算出物料運動的平均速度約為0.51m/s（此處由于較繁瑣，計算方法略），由于篩長3.7m，所以物料在篩面上的停留時間約為7.25s。原來設備的處理量為90萬噸，由于物料由最大300mm提高到900mm，所以按270萬噸計算（實際使用中遠達不到這個值），增加了180萬噸，即每秒的處理量增加83.3 kg。據此得出物料在篩面上的重量最大應增加604kg，兩項共增加1134 kg，即△W/W1 最多不超過40%，所以q2/q1≤1.4。

同樣根據標準，橫梁的彎曲應力σw= ，

其中，梁的彎矩M= （l——橫梁的長度）

因為空心橫梁的截面模數Z=0.0982 ，

其中，D——梁的外徑，d——梁的內徑

設d1 和d2分別為改造前后的橫梁內徑，且改造前后橫梁所受的彎曲應力相同，則可得：

= = =1.4

實際設計中，D=168 mm，d1=152 mm

由此算出極限狀態下d2=144 mm

所以壁厚為12 mm

通過以上計算，我們把下橫梁的厚度提高到12mm。同理，上橫梁的厚度也提高到12mm。

然后我們重新設計了篩板， 加大了篩板的厚度，同時簡化了其結構，將原來一直使用的矩形框架式整體結構的篩板改造成了一塊平面篩板，為的是使改造前后的參振重量變化不至于太大。這是改造前后的篩板示意圖（圖2）：

改造前 改造后

圖2

這樣一來，雖說又需要進行激振力的驗算，但舊的振動器有可能還能被利用。具體驗算如下：

改造前的參振重量為2649kg，改造后的參振重量為2812kg，重量增加163kg，則需要增加的激振力矩約為0.652kg·m左右，每臺激振器需要增加的激振力矩僅為：0.326 kg·m左右，顯然超不過原激振器的最大激振力矩。

此驗算說明，由于以前設計的振動器的激振力矩有富余，強度加大后的振動器依然完全可以勝任，因此不需要重新改造振動器。

最后需要做的就是重新計算彈簧的剛度。振動篩的設計方法在很多論著和材料中都有具體的講述，我不想將它作為這篇文章的重點，因此在這方面不做過多的論述，但我覺得有必要根據自己多年的探索，重點對彈簧剛度計算中的問題談一下自己的認識。

眾所周知，彈簧剛度的計算公式中一個很重要的參數為系統的固有頻率，它的計算公式為（1/3～1/7）ω（ω——振動的圓頻率），而彈簧的剛度與這個數的平方成正比。這說明當振動篩的振動頻率一定時，僅通過計算，彈簧的剛度最大就會相差5.4倍還多，如此巨大的差距，需要非常慎重地把握，否則一不小心，不是彈簧的剛度不夠造成彈簧本身頻繁損壞，進而帶來其它一系列問題，就是剛度過大損壞篩體和地基。困難的是這完全是一個經驗值，設計者一定要根據設備本身的結構做具體的分析，選擇時一定要多加比較，多加考量。另外還需特別留意，鋼彈簧和橡膠彈簧的計算是有很大區別的，絕不能以一個標準來計算不同材料的彈簧剛度。

只有這樣，我們設計出的彈簧在使用后，才能保證設備的良好運行，使產品很好地適應各種不利的工況環境。

這次設備改造，給我帶來很深的感觸：我們的國產振動篩在生產技術方面與國外的相比一直存在較大的差距，從設備采用的原材料開始一直到制造工藝和手段都難以和國外相比，這是不爭的現實。但仔細思考就會發現，兩者在處理量上并沒有什么差別，國產振動篩的差距就反映在設備的可靠性上，即結實耐用的程度上。而在我們的設計中加大設備強度并不難，甚至很容易實現，并且在客觀上會為我們贏得良好的口碑，獲得更多的認可，關鍵是設計的理念要有改變。何不改變過去我們一直認為的參振重量越輕越好的設計理念，為我們爭取到更多的市場？

事實證明，強度改造后的設備在使用后，效果非常好，深受用戶好評，為企業爭得了榮譽。

參考文獻：

[1]中國煤炭加工利用協會組織編寫，《選煤實用技術手冊》，徐州，中國礦業大學出版社，2008年

[2]成大先主編，《機械設計手冊》，北京，化學工業出版社，2004年

作者簡介：

閆文華（1966-）女，，本科學歷，工程師，現從事洗選設備的設計工作。