对国产2ZKB3070直线振动筛振动特性的简要分析

本文作者：贾传文 (双鸭山矿业集团七星选煤厂)

摘要:对国产2ZKB3070直线振动筛的振动特性进行了较详尽地分析,同时对2ZKB3070振动筛的性能特点给予了正确评价,为大型选煤厂设备选型提供了比较有实际意义的帮助。

0、前言

黑龙江双鸭山矿业集团七星选煤厂是1992年8月投产的一座现代化洗煤厂,主要采用重介分选工艺,振动筛在整个工艺系统中起了十分重要作用。

2ZKB3070直线振动筛是我国鞍山矿山机械厂仿ΓИ CΠ- 82直线振动筛制造的,两者的结构性能完全相同,只是少部分零件稍有区别。

1、结构及工作原理

2ZKB3070型直线振动筛是一种新型的双电机双激振器类型的直线振动筛,2台电机利用皮带联轴节分别传动2台激振器的主轴,2台电机和激振器的结构完全相同。主轴用联杆连接,每台激振器有4个质量相同,回转半径相同的偏心块,上、下布置,做为不平衡振源。2台激振器分别与筛箱主梁利用高强度螺栓进行固定,并与筛面呈45°角。整个筛箱水平支撑在6组弹簧上。当振动筛进行工作时,在2台电动机的分别带动下,激振器的上、下2组偏心块作相对同步反向回转,所形成的离心力在一个方向上互相叠加,而在另一个方向上互相抵消,从而使筛体在叠加方向上形成一定振幅的直线振动,物料在振动的筛板上跳跃式地向前移动,达到筛分效果。

2、技术参数

规格型号：2ZKB3070

筛箱规格(宽×长)/mm：3 040× 7 315

工作面积/m2：21

筛面层数/层：2

筛孔尺寸/mm：上层方孔13× 13,下层条缝1

筛面倾角/(°)：0～ 25

双振幅/mm：12± 1

振动次数/r•min- 1：740

抛射角/(°)：45

最大入料粒度：300× 300× 600

处理能力/t•h- 1：150

电动机    型号Y2805- 8        功率/kW 2× 37

转速/r•min- 1 740   机器重量/kg 19 139

外形尺寸/mm：7 713× 5 326× 2 763

3、同步回转运动分析

根据这种振动筛的结构特点,对它的运动特性作以定性分析,假设该振动筛的箱体质量为M,偏心块质量为m,回转半径为R,弹簧刚度为k,电机转数为n。直线振动筛必须使2组偏心块按照相同的回转半径,进行相对同步反向旋转,才能保证形成稳定的直线振动效果。单电机拖动的振动筛激振器,2组偏心块产生反向同步回转是靠齿轮强迫联系达到的。与单电机拖动的振动筛不同的是,双电机分别拖动的2组偏心块,两者之间并无任何强迫联系,它之所以能够产生反向同步回转,完全是靠2组偏心块在运动中的力学关系来保证的。双电机传动的结构往往由于启动等某种原因,使2组偏心块的相对位置不同步,假设偏心质量m2落后于偏心质量m1一个相位角,这时二者所产生的离心力将不能按要求在一个方向上互相迭加,在另一个方向上互相抵消,而产生一个不平衡力,使整个筛箱在支撑弹簧上产生移动和摆动。但是恰恰由于这一移动和摆动,又使2个偏心块能互相自动跟随而达到反向同步旋转的目的。图1是双电机拖动双轴振动筛的简化图。           

  2组不平衡重的质量集中在m1和m2点上,分别以半径R1和R2绕O1和O2旋转。整个筛子的质量集中在M点,并支撑在k1和k2两组弹簧上,取直角坐标x轴通过O1和O2。假设偏心块m2落后于m1一个相位角,即m1的离心力F1与y轴的夹角为α1,而m2的离心力F2与y轴的夹角为α2,

并且α2>α1,由于m1= m2,R1= R2,ω1= ω2,所以F1= F2,

因为α2>α1,故F1y> F2y、F1x< F2x

式中　F1y,F2y——— F1及F2在y轴上的投影;

　　　F1x,F2x——— F1和F2在x轴上的投影。

令ΔFy= F1y- F2y    ΔFx= F1x- F2x

而ΔFy与ΔFx合成于O1点,其向量  ΔFy+ΔFx=ΔF

这个ΔF力即为实现使两偏心块互相追随直至达到同步反向旋转的力。

根据力的平移原理,将图1中作用于O1点的ΔF力移至筛的重心M处,即在M点加2个大小等于ΔF,方向互相相反的力,这时整个力系可视为作用于M点的一个ΔF力和一个力偶,它们被支撑弹簧的反力所平衡。筛箱重心M在ΔF力和力偶的作用下,克服支撑弹簧反力而沿着受力的方向使筛体发生移动和绕M点发生摆动。2组偏心块的旋转中心的O1和O2也将随筛箱的移和摆动移至O1t和O2t。而处于空间旋转状态的偏心块质量m1和m2却因惯性作用将尽量保持其原有位置而绕O1t和O2t旋转,其离心力为F1t和F2t。F1t、F2t与y轴的夹角分别为α1t和α2t。

令∠α2- ∠α1=Δ∠α,∠α2t- ∠α1t=Δ∠αt,

并通过在Δ O1m1A、Δ O2m2B中的推导,可得出

∠Δαt< ∠Δα。

即2组偏心块的相位差在ΔF力的作用下由Δα减少到Δαt,因此可以证明,2组偏心块再经多次的旋转,将使其相位角差越来越小,直至为零,即重新实现了反向同步旋转。

4、振动特性分析

在分析双轴振动筛2ZKB3070振动特性之前,首先对筛子的结构作以简化,如图2。

  双轴振动筛箱是支撑在弹簧机架上,借助激振器的离心力使筛箱作直线运动的。筛箱的振幅取决于筛箱的质量M,激振器的偏心块质量m和弹簧刚度k等动力学因素。

4、1　激振器产生的离心激振力

根据图3,在2组偏心块产生旋转时,每组偏心块(m0= m1= m2,m= 2m0)所产生的离心力

P0= m0rω2

Py0= m0rω2sinωt

Px0= m0rω2cosωt

式中　ω———电机角频率,rad/s,ω= 2π n/60。

 总惯性力

Py= 2Py0= Pmaxsinωt

式中　Pmax———最大激振力,kg,Pmax= mrω2。

P= Pmaxsinωt

激振力P作用在y- y方向上,与筛面呈β角。激振力、弹簧的合力均通过筛子的重心。由于弹簧力较小,为使分析简化,假设弹簧力的方向亦在抛射方向上。根据这些,可以把该振动筛的振动系统简化成如图4所示。

4、2　振动筛的受力分析和振动方程的建立振动筛在工作中,筛体主要受到4种力作用:筛箱运动的惯性力[-(M+ m)y¨],阻尼力(-μy﹒),弹簧恢复力

(- ky),激振力(Pmaxsinωt)。

在振动筛中,为了保持动力平衡,必须满足(阻尼力很小,可忽略不计)

(M+ m)y¨+ ky= Pmaxsinωt                (1)

振动方程的特解       y= Asinωt

式中　A———振动筛的最大振幅。

   由式(2)可以绘出2ZKB3070型双轴振筛的振动曲线(略),可以看出振动筛的振幅取决于角频率ω,弹簧刚度k和筛箱质量M。

4、3　影响振动筛稳定振动的因素

(1)、根据式(2), 即为自振频率ωz时,振幅A会无穷大。这种现象会出现在起动或停止的过程中,在实际运转中,表现出振幅明显加大。这是由于筛子在这些过程中,筛子的工作频率ωg会接近于它本身的自振频率ωz产生成的,这种现象对筛子的损害相当大,避免的办法是尽量减少频繁开停车次数。

(2)、筛子的工作状态与弹簧刚度有关,当弹簧于疲劳而使刚度发生变化时,筛子的振幅也会发生变化,直接影响筛分效果。尤其是当几组弹簧中有的刚度或形状不一致时,这个支撑点的振幅就会产生畸变而使筛箱发生摇动,所以针对弹簧要定期测试,定期更换,更换时必须全部更换,保证弹簧参数一样,确保振幅稳定。

(3)、进行设备安装时,必须使前后弹簧和中间弹簧相对位置适当。使激振力对筛箱产生的力矩总和为零,这样才能保证稳定的振幅。

5、2ZKB3070直线振动线的优缺点

5、1　优点

(1)、生产率高。

(2)、润滑要求较低。与单电机拖动的激振器(2ZX2448)相比,激振器内没有任何强迫联系构件,只含轴承,与润滑油没有撞击,所以温升较慢,故容易润滑。

(3)、激振器的结构更加合理,强度高。虽然激振器整体体积很大,但箱体却很小,里面只含轴承,只要考虑受力强度和润滑要求就可以了。另外偏心块安装在激振器外面艺简单,容易制造。

(4)、激振器工作寿命更长。

5、2　存在的不足

(1)、体积及重量大,整体吊运和安装都十分不便。

(2)、对2个电机的性能参数要求严格,对2个激振器的摩擦阻力要求也更加严格,阻力不能相差多,严重时将不能达到同步运转状态。

6、结语

七星选煤厂共使用3台这种型号的振动筛,一直运转稳定,没有出现过较大的事故,可以证明,这种振动筛结构设计合理可靠,值得广泛推广使用,特别适用于产量大的现代化洗煤厂。

参考文献:

[1]成大先.机械设计手册:第三版第2卷[M].北京:机械工业出版社,1993.

[2]成大先.机械设计手册:第三版第3卷[M].北京:机械工业出版社,1993.

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