基于振動篩的物料分離裝置的設計與研究

曾志芳

（東莞市機電工程學校，廣東 東莞 523846）

1 物料分離裝置

1.1 振動篩研究的目的

在日常生活中，物料的分離基本上是通過手工篩選的，這樣篩分的效率很低，而且勞動強度大。機械振動篩設備質量的好壞，影響產品的生產效率。市面上振動篩主要存在的問題有：篩網使用周期短、工作效率不高、設備制造精度不高。所以說，研究篩分機目前存在的問題以便更好的解決這些問題是有重要意義的。

1.2 振動篩研究的內容

在滿足已有振動篩功能的基礎上，新增了一個自動裝料裝置，使操作篩分機的人員可以一次性將物料裝入漏斗，一方面實現自動裝料，另一方面也減少了人的勞動強度以及工作時間。研究的內容包括：篩子的運動規律；主動曲柄的轉速；篩箱運動行程距離；同步帶傳動比i的計算；利用CAD軟件繪制裝配圖以及工程圖；經裝配調整，保證大小黃豆能夠正常分離。

2 振動篩總體設計方案

振動篩分機的總體設計方案是非常重要的，對一臺機器的總體布局起到規劃的作用。總體設計的合理性與篩分機外形、機械結構及傳動系統的設計有緊密聯系，所以對振動篩的尺寸大小、功能和設計質量都有較高的要求[1]。

2.1 振動篩方案的比較與選擇

振動篩的結構設計緊湊，使用便捷。同時，應該選擇合適的材料，達到強度的使用要求。由于振動篩篩分時振動厲害、噪音大、故障頻發等問題，通過改變它的傳動系統以及執行系統的相關機構，從而驅使其正常運動。根據需求，提出了2種傳動系統的設計方案。

方案一：采用雙軸上均帶有偏心塊的的系統（見圖1），兩軸之間通過齒輪傳動嚙合，電機驅動其中一個軸轉動。當電機充電運行時，同步帶帶動主動軸轉動，再通過齒輪嚙合傳遞給軸2。兩軸安裝在篩箱底部，其軸線方向與篩箱成45°。該機構正常工作時，垂直軸線方向的力相互抵消了，因此，物料在篩網上只朝一個方向做跳躍式直線運動。

方案二：傳動系統采用雙曲柄機構（見圖2），電機帶動主動曲柄做勻速運動，從動曲柄做變速運動，從動曲柄帶動推桿做平面運動，同時推桿帶動篩箱沿光軸做變速直線運動。

結合兩種方案，方案一能夠實現相應的功能，結構簡單，但是齒輪在傳遞運動時，會產生很的噪音，振動幅度也非常大。而且篩選效率低。方案二機構合理，操作量大，運動平穩，維護簡單方便，消除了噪音。經過2種設計方案的比較，方案二綜合性能好，故選擇方案二。

圖1 方案一

圖2 方案二

2.2 振動篩分機的方案設計

2.2.1 振動篩分機的組成

振動篩主要有電機、同步帶、雙曲柄機構、執行系統、自動裝料裝置和固定部分等組成。底座由鋁板及型材固定支撐，底座上左側固定同步帶電機，往右為雙曲柄機構，它固定在兩軸承座上。電機與雙曲柄機構之間通過同步帶輪連接。篩箱沿光軸滑動，光軸、擋板支架等固定在大框架上。篩箱與雙曲柄機構通過推桿連接。該振動篩外形為長方形，總長600mm，總寬300mm，總高420mm。

2.2.2 振動篩運動機構的設計

振動篩的運行機構采用雙曲柄機構，當電機正常運轉時，將動力通過同步帶傳遞給雙曲柄機構，然后由推桿帶著篩箱做變速直線往復運動[2]。（見圖3）

圖3 機構設計簡圖

3 工作原理

振動篩的工作原理：直線式振動篩的工作原理：電機轉動時，通過同步帶齒輪驅動雙曲柄機構回轉，與其相連的推桿在豎直方向做平面運動，帶動與推桿相連的篩箱沿滑軌做變速往復直線運動。

主動曲柄勻速旋轉1周，從動曲柄變速旋轉1周，與此同時，篩箱在直線滑軌上來回往復運動一次，自動完成一次裝料。篩箱的速度時刻在變化，由于慣性的作用，所以物料在篩箱上始終處于跳動狀態，較小的物料從第1層篩網落到第2層篩網上，大的留在第1層篩網上。在篩箱做變速直線運動時，物料向出料口移動，這樣往復的運動，從而實現物料的篩分。

4 理論設計與計算

4.1 運動尺寸和總體尺寸計算（見表1）

表1 基本設計參數

4.2 整體機構受力分析

電機正常工作后，通過同步帶將運動經輸入軸傳遞給雙曲柄機構，從動曲柄帶動推桿運動，最終將力傳遞給篩箱，使篩箱獲得一個速度。

4.3 軸承的選擇

根據振動篩的工作特點，傳動系統中主動曲柄的軸應選圓柱滾動軸承與之配合。按照基本額定動載荷來選取軸承：

式中：C——基本額定動載荷。

P——當量動載荷。

fl——壽命系數，fl=2.3～2.8 本次設計選取fl=2.5。

將數據帶入公式(4-1) 得C==74.1N。

查文獻，選GB297—84，軸承型號MF105ZZ，內徑10mm，外徑15mm。

4.4 軸的結構設計

在設計軸的結構時，根據軸上零件的安裝和固定方便等要求，確定本設計的傳動軸如圖4的裝配方案。采用內孔直徑為10的球軸承，軸承寬度B選定3.5mm,與軸承內圈相配合處的直徑d2=10mm,采用同步帶傳動,同步帶輪孔徑10mm,所以選定此處軸直徑d3處直徑為11mm,對同步輪進行軸向固定的軸頸d4為11mm。根據主動曲柄孔徑8mm,選定此段軸直徑d1為8mm,為了可靠軸向固定曲柄，取該軸段長度為11.5mm。

主動曲柄左端跟軸承內圈進行軸向固定，右端用緊定螺釘進行軸向固定，根據滾動軸承的定位要求，軸的總長取為49mm。同步帶輪與輸入軸通過軸頸和緊定螺釘進行軸向以及周向固定。

圖4 軸的結構設計裝配圖

5 振動篩的安裝與調試

5.1 安裝前的準備

振動篩在安裝前，需要認真檢查各部分零件是否符合使用要求。對于生銹的零部件要及時進行更換。同一批次的零件要分堆放置。在直線軸承、電機等部位抹上油潤滑進行潤滑和保護。仔細閱讀安裝說明書，按照步驟進行安裝前的準備。

5.2 安裝

組裝底座；所需材料尺寸大小為560mm×20mm×20mm的型材2根，300mm×20mm×20mm的型材2根,600mm×300mm×5mm塑料板一塊。首先安裝框架，然后將塑料板固定在框架上。

組裝篩箱支架時，需要2根尺寸大小為425mm×20mm×20mm的型材，4根190mm×20mm×20mm的型材，2根180mm×20mm×20mm的型材，4根240mm×20mm×20mm的型材。先將型材組裝成框架，然后將框架用連接件固件的塑料板上。

再依次組裝傳動系統、安裝篩箱、安裝裝料裝置、安裝電機、同步帶輪。最后應該全面檢查傳動系統的潤滑情況，電機的接線是否正確。在裝料、出料時，檢查振動篩有無卡住現象。

5.3 調試

振動篩分機組裝好后,必須進行空運轉以便于檢查組裝質量情況，一旦發現有問題，可以隨時進行重新組裝和調整。振動篩子空運轉一般要測試8個小時。在這段時間里，需要查看振動篩啟動是否平穩，正常空運轉時是否平穩，噪音有多大，振動頻率是否穩定等方面。如果振動篩運行后發現有異常聲響，應停止機器工作。

6 結論

直線式振動篩在我國農業產品谷物分離及物料分離等領域得到了廣泛的應用。通過精心的設計和零件的加工，再到裝配成機器，目前已經完成了當初設計和實物制作的要求，振動篩的功能達到了設計的各項指標，經過多次實驗和調試后，振動篩工作平穩性好，谷物篩分很干凈，運行時平穩聲音小，具備一定的推廣應用價值。