大型香蕉篩結(jié)構(gòu)仿真與性能測試分析

黃 勇，趙環(huán)帥

(1.唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河北 唐山 063299； 2.唐山陸凱科技有限公司， 河北 唐山 063020；3.中國冶金礦山細粒篩分機械工程技術(shù)研究中心， 河北 唐山 063020)

香蕉篩是我國煤炭行業(yè)物料分級中重要的篩分設(shè)備之一。近年來，為了適應(yīng)我國大型選煤廠不斷新建及擴建的發(fā)展現(xiàn)狀，香蕉篩的大型化逐漸成為發(fā)展趨勢。香蕉篩的跨度是決定處理能力的主要因素，在某種意義上而言，香蕉篩的大型化也就是篩機跨度的大型化[1-3]. 隨著篩機跨度的增加，篩機橫梁、側(cè)板、驅(qū)動梁等主要零部件在工作時的動應(yīng)力相應(yīng)呈倍數(shù)增加。因此，香蕉篩的大型化對篩機的強度和剛度提出了更高的要求。目前，大型香蕉篩由于篩機在設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)強度和剛度存在不足或工作時存在物料的磨損和腐蝕等多種原因，在現(xiàn)場使用過程中，容易出現(xiàn)篩機側(cè)板開裂、橫梁斷裂等問題，同時篩下橫梁的磨損和腐蝕嚴重等問題也普遍存在，導(dǎo)致篩機使用壽命較短，不但影響了生產(chǎn)的正常進行，而且占用了大量的維修費用和維修時間，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，研制大型、可靠的香蕉篩，增加篩機單位面積處理能力、提高篩分效率、延長使用壽命對煤炭篩分領(lǐng)域未來的發(fā)展具有重要意義。

1 工作原理

2LKBB3661香蕉篩利用雙質(zhì)量相等的不平衡偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生激振力，雙偏心塊在齒輪約束下同步異向旋轉(zhuǎn)過程中，在各個運動瞬時位置，兩個偏心塊產(chǎn)生的沿振動方向的激振分力相互疊加，而在其法線方向的激振分力相互抵消，只形成沿振動方向的單一簡諧激振力，驅(qū)動整機按一定的頻率和振幅做往返直線運動。在激振力作用下，物料沿振動方向被不斷地拋起落下，使物料在篩面上向前輸送，同時快速地散開和分層，細粒物料靠近篩面透過篩孔，以實現(xiàn)物料的分級、脫泥、脫水等目的[4-5].

2LKBB3661香蕉篩篩面按照等厚篩分的原理設(shè)計，篩面分為兩層，兩層篩面從入料端依次呈25°、21°、17°、9°、5°共5段角度，物料在不同角度段運動速度不同，拋擲指數(shù)與運動方向也不同，從而快速松散分層，使細粒物料靠近篩面而完成透篩。

2 結(jié)構(gòu)特點

2LKBB3661香蕉篩主要由箱式激振器、篩箱、驅(qū)動總成、聚氨酯篩板(不銹鋼焊接篩板)、減振彈簧等組成(圖1)，其主要結(jié)構(gòu)件的特點為：

2.1 箱式激振器

箱式激振器的高激振力設(shè)計，保證了物料高效的篩分效率。箱式激振器為高效率斜齒輪傳動激振器，壽命長，噪音低(僅78～80 dB). 采用進口大游隙調(diào)心滾子軸承，稀油飛濺潤滑。激振器不帶通氣帽，避免外界粉塵或異物進入激振器；高磁性油塞能夠吸附激振器內(nèi)部金屬細屑；通過增減偏心輪上的配重塊可以改變激振器的激振力。

1—減振彈簧 2—箱式激振器 3—篩箱 4—驅(qū)動總成 5—聚氨酯篩板(不銹鋼焊接篩板)圖1 2LKBB3661香蕉篩篩機結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 篩 箱

篩箱主要由側(cè)板、激振器驅(qū)動梁、橫梁等部件組成，其主要結(jié)構(gòu)特點為：

1) 篩箱激振器主梁采用無縫中空箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，內(nèi)設(shè)加強筋板，強度高。全部焊縫經(jīng)熱處理后去除應(yīng)力。激振器與驅(qū)動梁連接面采用特殊精密結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保加工精度。

2) 篩箱橫梁在設(shè)計時采用高強度合金鋼無縫矩形管。在考慮正常載荷的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)不可預(yù)知的外部惡劣環(huán)境影響，預(yù)留較大安全系數(shù)。橫梁整體采用世界先進的聚脲噴涂工藝，對其表面進行噴涂處理，使橫梁更耐磨、更耐沖刷、防腐效果更優(yōu)。為了適應(yīng)更惡劣的工作環(huán)境，進一步延長設(shè)備使用壽命，在橫梁沖刷嚴重部位，為橫梁設(shè)計了特殊的防護裝置，該防護裝置由合金鋼板和高耐磨橡膠板粘接組合而成，與橫梁鉚接在一起。對橫梁起到全方位的保護作用，并且損壞時更換容易，避免橫梁被沖刷磨損斷裂，導(dǎo)致整個篩機損壞。

3) 篩箱側(cè)板是由高精度數(shù)控機床切割而成，制作側(cè)板的鋼板采用整張合金鋼鋼板，不得進行拼接、焊接并且表面不得有劃傷及彎曲。側(cè)板上所有連接孔采用數(shù)控高精度機床加工，保證了側(cè)板所有連接孔加工精度及之間的位置精度；在側(cè)板應(yīng)力較大的部位，增加加強角鋼與加強板，提高側(cè)板的強度與剛度。為減少焊接應(yīng)力，側(cè)板所有部位的連接均采用虎克鉚釘。

2.3 驅(qū)動總成

驅(qū)動總成主要是驅(qū)動激振器運轉(zhuǎn)，為篩機提供動力源。該裝置由電動機、皮帶輪、驅(qū)動軸、軸承座組件、十字萬向軸組成。電動機安裝在可調(diào)的支撐上，方便傳動皮帶張緊，電動機與驅(qū)動軸進行皮帶連接，將動力傳給驅(qū)動軸，驅(qū)動軸通過十字萬向軸與激振器連接，該驅(qū)動裝置可以實現(xiàn)長期連續(xù)運行，低噪音，免維護。

2.4 聚氨酯篩板

聚氨酯篩板采用國際最先進的設(shè)備和原材料，并且根據(jù)各種工況進行專業(yè)的材料配方及網(wǎng)孔孔型設(shè)計。聚氨酯篩板具有高彈性的特點，可有效解決在各種篩分過程中，物料糊住篩面和卡住篩孔等問題，也可以根據(jù)現(xiàn)場需要選用不銹鋼焊接篩板。

3 結(jié)構(gòu)仿真分析

在2LKBB3661香蕉篩設(shè)計過程中，建立篩箱的三維仿真模型，見圖2. 對2LKBB3661香蕉篩的材質(zhì)進行設(shè)定，其中泊松比為0.3、楊式模量為200 GPa、抗拉強度為235 MPa. 為提高主要結(jié)構(gòu)件分析的準確性，對激振器驅(qū)動梁進行單獨網(wǎng)格劃分，共劃分了236 786個網(wǎng)格，經(jīng)仿真分析后，應(yīng)力分析結(jié)果見圖3.

圖2 三維仿真模型圖

圖3 應(yīng)力分布圖

從圖3可以看出，篩箱工作時最大應(yīng)力集中在出料端彈簧支撐座上部和中部篩板安裝型鋼，但最大應(yīng)力為16.02 MPa，遠小于鋼材的屈服應(yīng)力。因此，篩箱整體結(jié)構(gòu)的剛度和強度可靠，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

4 性能測試分析

2019年6月，按照相關(guān)行業(yè)技術(shù)標準，LKBB3661香蕉篩經(jīng)河北省礦山機械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站進行了性能檢測(圖4)，從其主要技術(shù)參數(shù)檢測數(shù)據(jù)(表1)看出，LKBB3661香蕉篩振動方向角、篩箱振幅、篩箱兩側(cè)面對稱點振動方向角差技術(shù)指標達到了標準要求，而篩箱兩側(cè)面對稱點振幅差、軸承溫升、軸承最高溫度、篩箱兩側(cè)面對稱點彈簧高度差、空載噪聲、篩箱橫向擺動技術(shù)指標遠低于技術(shù)標準規(guī)定的數(shù)值。

5 結(jié) 語

2LKBB3661香蕉篩經(jīng)結(jié)構(gòu)仿真與性能測試表明，該篩機結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定，其應(yīng)力較小，遠小于鋼材的屈服強度，且主要檢測技術(shù)指標達到了或遠低于技術(shù)標準規(guī)定的數(shù)值。同時，該香蕉篩具有篩分效率高、壽命長、處理量大等優(yōu)點，在未來的篩分作業(yè)中可顯著提升資源利用率，具有廣泛的推廣與應(yīng)用價值。

圖4 性能測試現(xiàn)場圖

表1 性能檢測結(jié)果表