宝钢K128SC椭圆等厚振动筛的改进设计

收稿日期:
2010-07-04;修订日期:2010-08-12
作者简介:李争鸣(1957-),男,上海宝钢机械厂技术部工
程师。

宝钢K128SC 椭圆等厚振动筛的改进设计
李争鸣,徐仲达
(上海宝钢机械厂技术部,上海 201900)
摘 要:针对宝钢K I28SC 椭圆等厚振动筛筛料不充分、物料厚度不均匀等问题,分析了振动筛的工作原理,对该振动筛的各筛网面采用变倾角布置,筛网安装采用中间突起,两侧逐渐波浪下降的方式,并通过建立振动筛的力学模型,确定激振器的安装位置,使激振器组系统工作时合成激振力恰好作用在筛子工作的合成质心,使物料得以迅速的散开进行筛分。

关键词:振动筛;激振力;等厚料面
中图分类号:T F325 文献标识码:A 文章编号:
1001-196X (2010)05-0056-03
I mproved design of baosteel K 128S C elliptical equal thick vibrating screen
LI Zheng m i n g 1
,XU Zhong da
2
(T echnology D epart m ent ,Shanghai BaosteelM achi nery P l ant ,Shangha i 201900,Ch i na)
Ab strac t :F or the i nadequa te sieve m ater i a l and uneven thick o fm ater ia,l etc .o f Baosteel K128SC e lli pti ca l
equa l thick v i brati ng screen ,
t he ope ra ting pr i nciple o f v i bra ti ng screen i s analyzed ,
variati ona l i nc li nation an
g le layout i s adopted by screen meshes o f v i brati ng screen and i nsta llation me t hod o f screen m i dd l e prom i nence and t w o side gradual descendi ng i n a w avy pattern are adopted .M eanwh ile ,
the insta llati on pos ition on v i bra
ti on exc iters s ha ll be determ i ned through the construction o fm echanical mode l for v i bra ti ng screen to m ake the exc iti ng force co m posed duri ng the opera ti on o f v i bration ex cite rs syste m just act on composed centro i d when screen i s operated and then to have the m ater i a l spread quick l y to screen .K ey words :v ibrating screen ;
ex citi ng f o rce ;
e lli ptical equal t h ick screen
1 前言
椭圆等厚筛是指其激振系统两边各安装一个
主激振器、中间安置一个副激振器,组合成一激振器组系统,然后通过同步驱动,强迫三激振器同步旋转,振动形式为椭圆轨迹;同时,筛网呈非平面的(香蕉形)下弯状,筛网上面的料层厚度
基本一致,高效筛分的新型振动筛[1]
如图1、图2所示。

宝钢原料破碎系统K128SC 振动筛由圆振筛改造成椭圆等厚筛,已在宝钢生产使用六年。

该K128SC 椭圆等厚筛近筛子出料端仍存有未筛分的物料,筛网面上的物料厚度呈现以小变量的梯度递减,本文从K128SC 椭圆等厚筛机械结构
及振动原理来分析其原因并对该振动筛进行改进
设计。

图1 K 128SC 椭圆等厚筛激振器组系统等效图
(静止态)
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图2 K128SC椭圆等厚筛在X YZ三维坐标系统中的结构设计特征图
2 K128SC椭圆等厚筛的技术参数
K128SC振动筛主要是在江南湿度较高的海洋性气候条件下,对含有高湿度的铁矿石进行筛分工作。

根据宝钢原料生产工艺对K128SC振动筛的工况要求,及椭圆等厚筛分的基本技术特征,制定出的参数如表1所示。

表1 K128SC椭圆等厚筛的基本技术参数
项目数据
筛面规格/mm3050 6100筛面四段倾角/( )30 /25 /20 /15 筛孔尺寸/mm8 25(聚氨酯)
电动机
型号(户外型)Y315S-6(IP54)功率/k W75 1
频率/r/m i n990
入料粒度/mm<80
处理量/t/h330
双振幅/mm11 1/3 7 0 5外形尺寸/mm6731 5915 4687
单点动载荷
工作/N 2500
最大/N 12500设备重量/kg33675
3 筛网面的布置和结构设计
借鉴宝钢引进设备的一些先进技术并结合实际使用的情况,对在料流方向筛网面各段倾角设计与料流截面方向筛网的安装进行了一定的改进,达到物料层等厚筛分的目的。

3 1 振动筛的位移约束
为了便于设计,对筛子在三维动态的空间进行位移约束:将筛网在筛子长度方向定为X轴;筛子宽度方向定为Z轴;垂直于筛子平面的方向定为Y轴(如图2)。

再设定其边界条件:释放X轴、Y轴的移动自由度及Z轴的旋转自由度。

根据位移的约束,则可方便地对椭圆等厚振动筛的筛网面布置。

3 2 沿料流方向(X轴方向)各筛网面倾角变小
为了达到椭圆等厚振动筛分,振动筛网面在料流方向即X轴方向必须呈下弯状(香蕉形),为此,将K128SC椭圆等厚筛从进料口至出料口的四张筛网接口处设计成下弯形变倾角,逐渐变小,如图2所示。

筛网与Y轴、X轴及水平线的夹角见表2。

表2 分别与Y轴、X轴、及水平线的相对夹角( )
筛网序号
相对夹角
相对
Y轴夹角
相对
X轴夹角
相对水平线夹角
(筛子X轴向与
水平线夹角为15 )
第一张筛网
1
=751530
第二张筛网
2
=801025
第三张筛网
3
=85520
第四张筛网
4
=90015
3 3 料流截面方向(Z轴方向)筛网的波浪形安装
比较宝钢一、二期工程引进的日本振动筛与二、三期工程国产的振动筛发现:在筛子宽度的筛网截面(Z轴方向)上,日本的振动筛筛网上的物料是能始终展开到筛子两内侧边的,而国产筛最多是从筛网的中央展开到筛网宽度截面的3/4。

分析研究进口与国产筛网安装的结构,日方筛网的安装是中间突起,逐渐向两侧边有一小波浪下降的方式,工作时物料能展开到筛网的整个网面上;而国产筛的筛网安装结构是水平的,工作时重力对物料的作用使中间的筛网下陷,导致物料不能较好地展开。

因此,在宝钢K128SC 的椭圆等厚筛的改进设计时,也将筛网的安装结构设计成使筛网在料流截面(Z轴)方向为波浪形,如图3所示。

图3 K128SC椭圆等厚筛料流截面方向(Z轴方向)筛网的波浪形图
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2010No 5 重型机械
4 椭圆等厚筛激振器组系统质心位置改进
筛分工作时,在筛子的进料端,由于给到筛面上的物料不能迅速散开和向前输送,大量集中的进料滞积在进料端,造成筛体的动态时的合成质心偏向进料端,使进料端的振幅下降,更加重了物料在进料端的堆积,影响了振动状态的稳定,限制了筛机产量的提高
[2]。

为了消除这种不利因
素,在设计椭圆等厚筛时,为使动态状的物料受力始终为最佳状态,在静态时的将激振器组系统质心与筛体质心设计有一定的距离。

建模确定振动筛工作时的合成质心,以确定激振器组系统的安装位置,即激振器组系统质心向进料端有一定量的偏移,最终达到筛分系统工作时,物料能得到充分振动而进行有效地筛分。

4 1 建模确定振动筛工作时的合成质心
考虑振动筛实际工作时合成质心后移,对15个与本筛大小基本相同的筛子工作时,物料在进料处堆积的实况位置进行了统计分析,得出了进料处堆积物料的质量与质心在系统坐标的位置的关系,再设定料层厚度等,建立振动筛的力学模型,求得激振器组系统的质心在振动筛上的最佳安装位置,即距筛子质心的距离,以其达到激振器组工作时,系统的合成激振力恰好作用在筛子工作时的合成质心点处,使进料端堆积的物料在强大激振力的作用下能得以尽快地展开,迅速进入筛分状态。

4 2 振动筛模态分析与动态响应
对改造后的筛框进行有限元模态分析与动态响应得出:筛体的工作频率较其相邻的模态频率相差较大(如表3所示),不会产生共振,是安全的;又经过动强度校核发现,靠进料端的弹簧支座的支反力处的作用应力值较高(如图4所示)。

经过对筛框的内外侧加筋板,使其有了明显的下降,整个筛体的动应力最终控制在3~11MPa 之间,符合国家标准规定的对振动筛动应力须小于24 5M Pa 的要求。

表3 筛框模态分析得出的模态频率
图4 进料端的弹簧支座的支反力处的应力值
5 激振器组系统的结构与振动筛的椭圆轨迹
K128SC 振动筛配备了三轴的强制同步驱动椭圆轨迹激振器组。

激振器组是由三个结构完全相同的激振器组成的,三者的旋转半径、偏心质量均等同,即:r 1=r 2=r 3;m 1=m 2=m 3。

激振器1与激振器3是以同初始相位角 同方向旋转,中间的激振器2是以 初始相位角反方向旋转,三者旋转角频率 量值相同(如图1所示)。

由这三个激振器组成的筛子的激振器组工作时,使筛子系统产生的椭圆轨迹的长轴振幅与短轴振幅之比为3 1。

由于三激振器的完全相同,则具有了互换性,最大限度的降低了库存备件。

6 结束语
K128SC 椭圆等厚振动筛改进设计成功引进了从日方的筛网截面的波浪形设计;确定了激振器组系统的合理的安装位置,保证了激振力恰好作用在筛子工作时的合成质心处,以使筛子进料处堆积的物料在强有力的激振力的作用下得以迅速的散开进行筛分;在确定了激振器组系统的安装位置后,及时地进行了筛子有限元的模态分析与动态响应计算,改进了筛框的结构设计,使筛子整体结构更趋合理化。

与此同时,将椭圆轨迹的长短轴振幅之比由3 1改为4 5 1;以及把最后一张筛网与水平线的夹角由15 改为0~5 。

改进后的振动筛已在宝钢生产6年,效果较好。

参考文献:
[1] 闻帮椿,刘树英,何勍.振动机械的理论与动态
设计方法[M ].北京:机械工业出版社,2001:
49-55.
[2] 叶恒棣.椭圆等厚筛分技术及其应用[J].烧结球
团,1999,
(3):
56.
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