圆振动筛的匹配选型设计与应用

DESIGN & CALCULATION
设计计算
圆振动筛的匹配选型设计与应用
王利东
（柳工美卓建筑设备（常州）有限公司，江苏常州 213000）
［摘要］随着人们环保意识的增强以及国家政策的要求，移动式筛分设备在城市建筑垃圾、矿山
等方面的应用越来越广泛。

本论文涉及振动筛技术领域，通过对振动筛动力学分析及动力学参数的计算，完成振动筛的总体设计、侧板电机的快速匹配及选择，同时在此基础上对筛网的弧线形有了一定
要求，有效提高了物料筛分效率和振动筛的筛净度。

［关键词］振动筛；匹配；设计
［中图分类号］TD452 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2021）07-0083-04
Matching selection design and application of circular vibrating screen
WANG Li-dong
随着国内节能环保意识的增强，以及限制矿山过度开采等法规的实施，建筑垃圾回收行业在国内逐渐兴起，目前还处于起步阶段。

建筑垃圾回收在国外比较成熟，设备生产厂家较多，国外生产厂家如山特维克、特雷克斯、美卓、凯斯特等已形成不同系列的移动式破碎及筛分设备。

移动式破碎筛分机械应用广泛，既可用于建筑垃圾的回收利用，又能用于矿山开采领域。

国内制造固定式破碎筛分设备的厂家已开始生产、销售移动式破碎筛分设备，国内厂家有郑州黎明、郑州一帆、上海哈斯马克等。

但是国内的设计、制造技术仍不够成熟，与国外相比，主要差距体现在：
（1）产品的质量、可靠性还需进一步提高；
（2）产品品种规格少，未能实现全系列产品覆盖；
（3）基础部件如振动给料机、破碎机、筛分机等由固定式改进而来，匹配较差；
（4）零部件标准化程度低、通用性差，给维修和售后服务带来很多困难。

本文针对国内现状，借鉴国外知名企业圆振动筛的工作原理及结构特点，通过理论计算及结构优化设计，实现快速匹配选用侧板振动电机、弹簧等主要部件，同时设计出更加适用于国内城市建筑垃圾的圆振动筛。

1 圆振动筛的工作原理及基本构成
1.1 工作原理
筛箱具有近似圆运动轨迹的惯性振动筛，这种振动筛又称单轴振动筛。

圆振动筛振动源所产生的振动力是一绕定轴、方向呈正规律变化的惯性力，其本质是由偏心质量绕定轴转动所形成离心力。

圆振筛的工作原理为，振动筛起动后，振动筛激振器带动振动筛箱一同作定向跳跃式运动，其间，小于晒面孔径的物料通过筛孔落到下层，成为筛下物，大于筛面孔径的物料经连续跳跃运动后从排料口排出，最终完成筛分工作。

1.2 基本构成
本次设计圆振动筛是由筛箱、激振器、支撑装置等部件组成。

筛箱由筛框、筛面及其张紧装置组成。

激振器由2台侧板振动电机，中间用万向联轴器连接构成。

筛箱采用8个弹簧支撑。

DOI:10.14189/ki.cm1981.2021.07.013
［收稿日期］2021-02-08
［通讯地址］王利东，江苏省常州市武进国家高新区淹城南路588号
设计计算
DESIGN & CALCULATION
12
3
4
1. 筛箱
2. 激振器
3. 支撑装置
4. 张紧装置
图1 圆振动筛的基本构成
2 参数的确定
2.1 运动学参数的确定
（1）抛掷指数。

在一般情况下，根据筛子的用途选取，圆振动筛一般取K V=3～5，直线振动筛宜取K V=2.5～4。

难筛物料取大值，易筛物料取小值。

筛孔小时取大值，筛孔大时取小值。

本次设计圆振动筛选取K V=4。

（2）振动强度。

振动强度K的选择主要受材料强度及其构件刚度等的限制。

目前的机械水平K值一般在3～8的范围内，振动筛则多取3～6。

本次设计选择K=5。

（3）筛面倾角。

对于圆振动筛一般取15°～25°，振幅大时取小值，振幅小时取大值。

本设计筛分机可以在-5°～30°变换，工作时为18°～30°之间。

本次设计采用的圆振动筛分别取α=30°、α=18°。

（4）筛箱的振幅。

筛箱振幅A是设计筛子的重要参数，其值必须适宜，以保证物料充分分层，减少堵塞，以利透筛。

通常取A=3～6mm，其中筛孔大者取大值，筛孔小者取小值。

本次设计选取A=4mm。

（5）筛子的振动频率。

按照
2
900000
v
A n
K
⨯
=和所确定的A
值可以求解出
频率值。

1
925rpm
n=
==
2
880rpm
n=
==
（6）振动强度校核。

实际振动强度K S按照下式计算
4
2
5
910
S
A n
K K
⨯
=
⨯
≤
2
在本设计中
910
⨯
22
55
4925 3.8
910910
S
A n
K⨯⨯
===
⨯⨯
<K，所以符合振
动强度要求。

2.2 工艺参数的确定
由文献［2］选取和设计振动筛工艺参数。

（1）筛面尺寸。

筛面的宽度和长度是筛分机很重要的一个工
艺参数。

一般说来，筛面宽度决定着筛分机的处理
能力，筛面长度决定着筛分机的筛分效率，因此，
正确选择筛面的长度和宽度对提高筛分机的生产能
力和筛分效率很重要。

宽度越大，筛分机的结构强
度上需要解决的问题越多和越难，所以筛面的宽度
不能任意增加。

筛面的长度影响被筛物在筛面上的
停留时间。

筛分试验表明，筛分时间稍有增加，就
会有许多小于筛孔的颗粒大量穿越筛孔而透筛，所
以筛分效率增加很快。

但是随着时间的增加，筛面
的易筛颗粒越来越少；留下来的大部分是难筛颗
粒，即物料的粒度尺寸接近筛孔尺寸的这些颗粒。

这些难筛颗粒的透筛需要较长的时间，筛分效率的
增加越来越慢。

所以，筛面长度只能在一定范围内
对提高筛分效率起作用，不能过度增加长度，不然
使筛分机构笨重，达不到预期效果。

本设计确定筛
面的宽为1524mm，长为5480mm。

2021/07总第545期
（2）筛机生产率。

圆振动筛的物料运动速度计算
(2
0118k Nf A a v ⎛⎫
=
+ ⎪⎝⎭
式中 k 0——修正系数，取0.8；
N ——常数，N =0.18mm/s ；
n ——振动次数； A ——振幅；
g ——重力加速度，g =9.81m/s 2
； α ——筛面倾角。

得到
(
)⎝
⎭
(
012=0.239 m/s 100018N A a k g f ν⎛⎫= ⎪⎝⎭1
(022=0.762 m/s
100018N A a k g f ν⎛⎫= ⎪⎝⎭
1100()a θ-处理量
Q =3600Bhvγ
h =4a
式中 B ——筛面宽度；
h ——筛面上物料层的厚度；
γ——物料的松散密度； a ——筛孔尺寸。

筛孔尺寸为31.5mm ，得理论处理量为330t/h 。

（3）筛分效率。

在筛分作业中，筛分效率是衡量筛分过程的质量指标。

筛分效率是指筛下产物重量与原料中筛下级别（筛下级别是指原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料）重量的比值。

筛分效率一般以百分数表示。

筛分效率可按下式计算
(
1000g
100()
(100)
a E a θθ-=
-式中 a ——原料中筛下产物含量的百分数；
θ——筛上产物中筛下级别含量的百分数。

将原科和筛上产物进行精确的筛分，根据筛分结果即可算出筛下级别含量a 及θ。

筛分机械的筛分效率与物料的粒度特性、物料的湿度、筛孔形状、筛面倾角、筛面长度、筛面的运动特性及生产
率等因素有关。

2.3 动力学参数的确定
由文献［3］选取和设计振动筛动力学参数。

（1）参振质量计算。

m =m R +m G =3900+300=4200kg
式中 m R ——
输送槽体（包括激振器）的质量，取3900kg ；
m G ——槽内物料的结合质量。

m G =k m m ω=0.2×1500=300kg
k m 为物料结合系数，取0.1～0.2；m ω为槽内的物料质量。

（2）系统的固有频率。

(100)
a θ-022215=
20.94.5
4.5
f f Z
Z
ωπππω⨯====式中 ω——系统的工作频率，范围：92～96.8； Z ——调谐值，取4～5。

（3）支撑弹簧的刚度。

C =mω2=4200×20.92=1834602N/m 支撑弹簧刚度范围：＞260426N/m 。

（4）激振力。

F =mAω2=4200×0.004×92.52=143754N （5）电机功率。

=
4.5
Z
Z
ω==121
()N N N η
=
+
式中 N 1——振动消耗的功率；
N 2——轴承摩擦消耗功率；
η——传动效率，取0.98。

η
23
123
1740000
0.342000.0049259.17kW
1740000GmA n N =
⨯⨯⨯== 其中G 为阻尼系数，取0.3。

设计计算
DESIGN & CALCULATION
9.17kW
1740000
=
=3231740000
0.00342000.0049250.1 2.29kW
1740000emAn d N =
⨯⨯⨯⨯==
式中 e —— 轴承摩擦系数（考虑电机倾斜设置，
电机轴承受轴向力），取0.003；
d ——电机轴径，取0.1m 。

1740000
121
()1
(9.17 2.29)11.7kW 0.98
N N N η
=
+=+⨯
=
由此可知侧板振动电机所需功率和激振力，以及弹簧所需达到的支撑刚度。

同时根据动力学参数的确定，合理的布置每层筛网支撑的高度，让其具有一定的自然弧度。

在筛网张紧后，保证每个部位都能有效支撑到筛网上，从而提高筛网的使用寿命，同时保证筛网的振动一致性，提高筛分效率和物料的筛净度。

3 筛箱结构件受力分析
将侧板振动电机、筛网、物料等件略去，以力的形式加载在整体受力结构上，简化模型及形变分别如图2和图3
所示。

图2
振动筛分机筛箱简化模型
图3 振动筛分机筛箱形变图
结果分析：主结构在满载情况下最大应力点为45MPa ，故主结构采用常用Q345B 材质，应力满足设计要求。

4 结束语
本设计主要对圆振筛的激振器、弹簧支撑进行匹配选型，通过对振动筛的动力学分析及动力学参数的计算，对侧板振动电机及支撑弹簧的选择及校核，同时合理布置筛网提供依据。

通过本文设计，可以方便有效指导开展筛分机的设计、选型工作，对振动筛设计匹配选型的快速应用具有重要的指导意义。

［参考文献］
［1］ 唐敬麟. 破碎与筛分机械设计选用手册［M ］. 北
京：化学工业出版社，2001.
［2］ 周恩浦主编. 矿山机械［M ］. 北京：冶金工业出版
社，1979.
［3］ 闻邦椿著. 振动机械的理论及应用［M ］. 北京：机
械工业出版社，
1982.。