橡膠空氣彈簧在安居煤礦選煤廠的應(yīng)用

王小楠，蔣鋼正，耿紅新，張光偉，翟德平

(1.濟寧礦業(yè)集團有限公司 安居煤礦選煤廠，山東 濟寧 272100；2.威海市海王旋流器有限公司，山東 威海 264203)

1 概 況

安居煤礦選煤廠設(shè)計年入洗能力120萬t。選煤工藝為：大于50 mm塊煤采用動篩或淺槽排矸，動篩塊精煤破碎后經(jīng)1 mm脫泥再進入無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥采用TBS干擾床分選，0.25～0 mm細煤泥直接浮選回收。浮選精煤采用臥脫離心機和快開隔膜壓濾機回收；浮選尾煤采用快開式隔膜壓濾機回收。

2 橡膠空氣彈簧工作原理及結(jié)構(gòu)特點

橡膠空氣彈簧技術(shù)在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于設(shè)備隔振方面，我國最早于80年代初引進美國康威德公司的橡膠空氣彈簧技術(shù)用于振動篩減震[1]。之后隨著囊式橡膠空氣彈簧技術(shù)的不斷成熟，廣泛應(yīng)用于壓力機、壓縮機、離心機等設(shè)備，特別適用于振動篩、車輛懸掛裝置[2-3]。

2.1 工作原理

橡膠空氣彈簧在工作過程中，內(nèi)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(nèi)腔容積隨之改變，達到非線性有彈性作用，實現(xiàn)振動載荷的平穩(wěn)、柔性傳遞，完成振幅與震動載荷的高效控制[4]。

空氣彈簧由簾線層、內(nèi)外橡膠層和成型鋼絲圈硫化組成。空氣彈簧的載荷主要由簾線承受，簾線層數(shù)有2～4層，層層交叉并和空氣囊的經(jīng)線方向成一定角度布置。簾線必須采用強度大的人造絲、維尼綸或尼龍材料。橡膠必須采用進口天然膠和優(yōu)質(zhì)材料。空氣彈簧的膠囊與蓋板間密封采用螺釘加緊密封式，利用金屬卡板和螺釘加緊密封，另一種是由鋼板成型，用壓力機把膠囊和鋼板壓緊成型[5]。橡膠空氣彈簧由上下夾板壓緊密封組成，上下夾板設(shè)有充氣閥或快速接頭以便充氣，上下夾板可根據(jù)用戶要求設(shè)計定位與主機設(shè)備連接。

2.2 結(jié)構(gòu)特點

(1)空氣彈簧具有非線性特性，可以根據(jù)需求將其設(shè)計成比較理想的形式[6]；

(2)空氣彈簧的剛度隨載荷和空氣壓力而變，因而在任何載荷下自振頻率幾乎保持不變，使彈簧裝置具有幾乎不變的特性；

(3)空氣彈簧能同時承受軸向和徑向載荷，也能傳遞扭矩，通過內(nèi)壓力的調(diào)整還可以得到不同的承受能力，因此能適應(yīng)多種載荷的需要。囊式橡膠空氣彈簧必須能承受8.4～8.8 kg/cm2的壓力不崩裂[7，8]；

(4)囊式橡膠空氣彈簧與鋼簧相比，或與其它產(chǎn)品作為震動載荷比較，空氣彈簧在承受劇烈振動時，壽命較長；

(5)吸收高頻震動和隔聲的性能好，并能避開和設(shè)備共振[9]；

(6)空氣彈簧具有機械設(shè)備的緩沖減震性能好、噪聲低，并能提高主機設(shè)備的使用壽命，安裝、維護、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。

3 橡膠空氣彈簧使用效果分析

空氣彈簧是在柔性的橡膠囊中充入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性，實現(xiàn)非線性有彈性作用的非金屬彈簧，因其減震效果好、使用壽命長、易維護保養(yǎng)、更換簡便等優(yōu)點，在各領(lǐng)域中廣泛使用[10]。

3.1 橡膠空氣彈簧與鋼簧效果分析對比

前期使用鋼簧，在較多方面存在一定的制約性，更換為橡膠空氣彈簧后，使用效果良好。具體效果分析對比見表1。

表1 產(chǎn)品對比

3.2 橡膠空氣彈簧與鋼簧的噪聲和共振值對比

橡膠空氣彈簧在使用中，技術(shù)人員現(xiàn)場用噪聲聲級儀和振動測試儀進行了測量，并與更換鋼簧前進行了測量噪聲和共振振動測試對比，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

表2 設(shè)備運行過程噪聲測試對比

表3 設(shè)備運行過程共振測試對比

表2可以看出，橡膠空氣彈簧在運行過程中整體噪聲低于普通鋼簧，且橡膠空氣彈簧運行整體噪聲比較穩(wěn)定，均低于90 dB；普通鋼簧在運行和停機時，噪聲最高可達112 dB，根據(jù)音量等級來看，為永久損害聽覺的噪聲[11]?？梢钥闯?，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(xiàn)場人員的身體健康。

由表3可知，橡膠空氣彈簧運行過程中共振較低，總體小于1.90 mm/s，而普通鋼簧可達到7.58 mm/s，共振會導(dǎo)致地面裂縫、設(shè)備損壞以及次聲危害等[12]，橡膠空氣彈簧的使用，符合選煤廠的長遠利益。

3.3 橡膠空氣彈簧產(chǎn)品經(jīng)濟效益分析對比

目前，雖然初期將振動篩安裝更換為橡膠空氣彈簧，投入較大，但其具有使用周期長、減少振動篩運行損耗、維護成本低以及降低員工勞動強度等優(yōu)勢，將從不同方面帶來直接和間接的經(jīng)濟效益。橡膠空氣彈簧與鋼簧經(jīng)濟效益具體對比分析如下：

(1)整體投入成本低。橡膠空氣彈簧為前期一次性投入，使用周期可達3 a，后期維護成本極低；而普通鋼簧由于材料限制和運行缺陷，后期維護費用高，總體成本可達橡膠空氣彈簧2倍。

(2)橡膠空氣彈簧的氣層能對篩子整體(大梁、梁梆、小梁)起到減震、保護作用，避免設(shè)備的共振現(xiàn)象，延長整機使用壽命；普通鋼簧會直接傳遞振動頻率，且無法避免與設(shè)備共振的現(xiàn)象，不利于保護篩體，且鋼簧內(nèi)部組織變化無法通過肉眼從外部發(fā)現(xiàn)，無法明確判定鋼簧是否起到減震作用。

(3)橡膠空氣彈簧更換簡便，且可直接替換掉已損壞部分；普通鋼簧損壞后必須全部更換，更換時長為橡膠空氣彈簧的20～30倍。

(4)普通鋼簧運行時噪聲大，會造成員工情緒波動，嚴重則會導(dǎo)致員工焦慮、失眠、暴躁，降低員工工作幸福感；橡膠空氣彈簧能降低噪聲，減小共振，大大減輕員工的工作強度，改善員工工作環(huán)境。

4 應(yīng)用效益分析

4.1 直接效益

(1)彈簧成本投入：以ZK2448振動篩為例，需橡膠空氣彈簧數(shù)量8個，橡膠空氣彈簧前期投入4萬元，可保證3 a穩(wěn)定運行，且氣源正常時能做到免維護；鋼簧材料成本投入1.76萬元，安裝人工費2萬元，且鋼簧損壞幾率大，考慮到后期維護成本，3 a合計成本遠遠高于橡膠空氣彈簧的成本。

(2)篩板成本投入：1套不銹鋼篩板成本約4.8萬元，橡膠空氣彈簧更換后可減少1套不銹鋼篩板的使用。

(3)人工成本投入：鋼簧更換的配件成本2萬元，工時成本、工具材料成本投入以及誤工的經(jīng)濟效益約3萬元。

4.2 間接效益

(1)具有潛在的、間接的更大經(jīng)濟效益：如果振動篩延長使用壽命1 a，降低了設(shè)備折舊率，提高了設(shè)備的利用率，對于振動篩的篩幫、大梁、小梁有很大的保護作用；對于電機、激振器、傳動裝置也有很好的保護作用。

(2)減小對其他設(shè)備的共振，保護廠房結(jié)構(gòu)，保護其他設(shè)備，經(jīng)濟效益突顯。使用3 a后綜合效益節(jié)省投入資金在15～20萬元。

5 結(jié) 語

橡膠空氣彈簧在安居煤礦選煤廠應(yīng)用的總體效果較好，減輕了鋼簧更換的勞動強度，節(jié)約了維修維護成本，降低了噪聲污染和共振帶來的風(fēng)險，有利于脫介篩的正常運行，增加了脫介篩的使用壽命，從而降低了選煤成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。