·【创新设计】2014-2015学年高中物理 5.3-5.4 光的衍
发布时间:2019-10-26 21:33

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  PAGE PAGE 40 3YK1545型圆振动筛设计 摘要 目前我国各种筛选设备中,振动筛(筛分机)是问题较多、维修量较大的设备之一。这些问题突出表现在筛箱断梁、裂帮、稀油润滑的箱式振动器漏油、齿轮打齿、轴承温升过高、噪声过大等问题,同时伴有传动带跳带、断带等故障。这类问题直接影响了振动筛(筛分机)的使用寿命,严重影响了生产。YAH—2460型圆振动筛可以很好的解决此类问题,因此本次设计的振动筛为YAH—2460型圆振动筛,该系列振动筛主要用于煤炭行业中物料分级、脱水、脱泥、脱介等作业。其工作可靠,筛分效率高,但设备自身较重。设计分析论述了设计方案,包括振动筛的分类与特点和设计方案的确定;对物料的运动分析;对振动筛的动力学分析及动力学参数的计算;合理设计振动筛的结构尺寸;进行了激振器的偏心块等设计与计算,包括原始的设计参数,电动机的设计与校核;进行了主要零部件的设计与计算,皮带的设计计算与校核,弹簧的设计计算,轴的强度计算,轴承的选择与计算,然后进行了设备维修、安装、润滑及密封的设计,最后进行了振动筛的环保以及经济分析。 关键词:振动筛;激振器;圆振动筛 Abstract At present, Chinas coal preparation plant all the equipment used in the shaker is more problems, maintenance of one of the larger equipment. These issues in sieve outstanding performance me off beam, crack help, lubrication oil dilute the box-type vibrator oil spills, fighting tooth gear, bearing temperature rise too high, major issues such as noise, accompanied by dancing with broken belts, such as fault zone. Such issues directly affecting the life of the shaker, which has seriously affected the production. YAH—2460round good shaker can solve such problems, so this shaker designed for roundYAH—2460shaker, the series of major shaker in the materials used in the coal industry classification, dehydration, desliming, such as referrals from Operations. Its reliable, efficient screening, but their heavy equipment. Design analysis on the design options, including the classification and shaker features and design programmes to be confirmed; materials on the movement of the shaker and the dynamics of the parameters, to design the structure of vibrating screen size; conduct The eccentric block of the exciter, such as design and calculation, including the original design parameters, motor design and verification; were the main components of the design and calculation, belts and check the design and calculation, the design of spring, the axis of Strength, the choice of bearings and calculation and then proceed to the maintenance of equipment, installation, lubrication and seal the design, a shaker final environmental and economic analysis. Key words: shaker; Vibrator; round shaker 1 绪论 1.1前言 振动筛是工矿企业普遍应用的筛分机械,用作物料的筛分、分级、洗涤、脱介、脱水之用。筛分设备技术水平的高低和质量的优劣,关系到工艺效果的好坏、生产效率的高低和能源节省的程度,从而直接影响企业的经济效益。而振动筛以它结构简单、处理能力大、工作可靠等优点在所有筛分设备中占有绝对优势,其占有量约为95%。最近几年,各国对振动筛分技术的研究很重视,如强化振动参数,设备大型化,筛机零部件的三化,自同步技术的推广应用,新筛机的出现等都是围绕着振动筛发展起来的。下面就振动筛发展概况、品种规格、结构强度作一下阐述。 1.2背景 1.2.1国内外研究现状 1. 国外研究现状 国外从16 世纪开始筛分机械的研究与生产,在18 世纪欧洲工业革命时期,筛分机械得到迅速发展,到本世纪,筛分机械发展到一个较高水平。德国申克公司可提供260 多种筛分设备,STK 公司生产的筛分设备系列品种 较全,技术水平较高,KHD公司生产200多种筛分设备,通用化程度较高,KUP 公司和海因勒曼公司都研制了双倾角的筛分设备。美国RNO公司新研制DF11 型双频率筛,采用了不同速度的激振器。DRK公司研制成三路分配器给料,一台高速电机驱动。日本东海株式会社和RXR 公司等合作研制了垂直料流筛,把旋转运动和旋回运动结合起来,对细料一次分级特别有效。英国为解决从湿原煤中筛出细粒末煤,研制成功旋流概率筛。前苏联研制了一种多用途兼有共振筛和直线振动筛优点的自同步直线. 国内研究现状 由于工业发展缓慢,基础比较薄弱,理论研究和技术水平落后,我国筛分机械的发展是本世纪近50 年的事情,大体上 可分为三个阶段。 (1) 仿制阶段:这期间,仿制了前苏联的ГУП 系列圆振动筛、BKT-11、BKT-OMZ 型摇动筛;波兰的WK-15 圆 振动筛、CJM-21 型摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功,为我国筛分机械的发展奠定了坚实的基础,并培养了一批技术人员。 (2) 自行研制阶段:从1966 年到1980 年研制了一批性能优良的新型筛分设备,1500 毫米×3000 毫米重型振动筛及系列,15m2、30m2 共振筛及系列,煤用单轴、双轴振动筛系列,YK和ZKB 自同步直线振动筛系列,等厚、概率筛系列,冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题,但是它们的研制成功基本上满足了国内需要,标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。 (3) 提高阶段:进入改革开放的80 年代,我国筛分机也进入了一个新的发展阶段。成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列,完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、弛张筛、螺旋三段筛的研制,粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得成功。 1.2.2种类和特点 振动筛分机械是利用振动的多孔工作面,将颗粒大小不同的混合物料按粒度进行分级,也常用于物料的脱水、脱介及清洗物料表面的污泥。它一般安装在给料设备的下边,给料机应均匀地供料。振动筛种类繁多,一般有以下几类。 1. 惯性振动筛 惯性振动筛是借高速回转着的不平衡重产生离心力使筛箱振动,从而筛面上物料层松散使细粒级通过筛孔排出。美国和日本等国一般根据质点的运动轨迹将其分为圆运动振动筛和直线振动筛。近年来由于惯性振动筛性能较好、结构和维护工作都较简单,在选煤、选矿厂得到推广应用,受到各国重视,尤其是直线)圆运动振动筛 圆运动振动筛是利用不平衡重激振器使筛箱振动的筛子,其运动轨迹一般为圆形。它普遍应用于煤炭、矿山厂的预先筛分、准备筛分以及脱水作业中。由于其筛面的圆形振动轨迹,使筛面上的物料不断地翻转和松散,因而圆振动筛具有以下 特点:细粒级有机会向料层下部移动,并通过筛孔排出;卡在筛孔中的物料可以跳出,防止筛孔堵塞;筛分效率较高;可以变化筛面倾角,从而改变物料沿筛面的运动速度,提高筛子的处理量;对于难筛物料可以使主轴反翻,从而使振动方向同物料运动方向相反,物料沿筛面运动速度降低(在筛面倾角与主轴转速相同的情况__下),以提高筛分效率。国外又将圆运动振动筛分为单轴惯性振动筛和自定中心振动筛两种。单轴惯性振动筛特点是激振器的轴和皮带轮参与振动;优点是结构简单、容易制造;缺点是由于皮带轮与筛箱一起振动,无论电动机在任何角安装都不能避免皮带传动中心距的反复变化,从而引起三角皮带的反复伸缩,大大影响其使用寿命。波兰的 WK型振动筛属于单轴惯性振动筛。自定中心振动筛优点是运转时三角皮带轮不与筛箱一起振动,故传动皮带寿 命较长,工作较稳定。自定中心振动筛又可分为轴承偏心式和皮带轮偏心式两种。前者又名万能悬挂筛,因其筛箱振动时,主轴中心线和皮带轮的空间位置保持不变,目前已很少使用;后者工作时,皮带轮回转中心线固定不动,所以传动三角皮带就不会时紧时松,具有频率较稳定、皮带寿命较长等特点。美国Ripl-Flo 型振动筛是典型的皮带轮偏心式振动筛。 (2) 直线振动筛 直线振动筛是靠两根带不平衡重的轴作同步异向旋转而产生振动的筛子。其筛面呈水平或倾斜安装,运动轨迹一般为直线,故称之为直线振动筛或水平振动筛。它具有下列特点:动力平衡与物料在筛面上的运动情况较好;物料在筛面上的移动不是依靠筛子的倾角而是依靠激振力,故筛面一般水平安装,所以厂房高度较低;全封闭、不堵孔和坚固耐用,筛面有两层、三层和四层之分;由于筛箱运动中有较大的加速度,所以特别适合于煤炭的脱水、脱泥、脱介以及物料的分级。国外直线振动筛采用箱式激振器者较多,如美国Low-Head 型、西德USL 型、日本古河A 型、日本永田双偏心轴式、法国皮克双偏心轴式、苏联ΓИ C Л 型等。采用筒式激振器的有美国SS 型和SG 型、日本川崎D型及横山椭圆振动筛等。 2. 共振筛 共振筛从50 年代应用于煤炭和矿石中,其振动系统是在接近共振区的条件下工作的,即筛子的工作频率接近它的自振频率。它既可用作煤和矿的预先筛分和最终筛分,也可以脱水、脱泥和脱介。共振筛利用了共振原理,具有下列特点:在共振频率附近,使用较小的激振力来驱动较大面积的筛箱;可以节省传动系统的功率消耗,并减少轴承等机件的受力;利用了非线性振动系统,筛子的瞬时加速度大,对分级、脱水等作业有益。但由于其在安装上要求高,技术上比较复杂,共振筛的发展较缓慢,如西德除部分生产厂使用外已不再推广应用了。典型共 振筛有波兰ZDR 型振动筛:它是波兰近十年来发展的新型共振筛,与CDR 型共振筛相比,结构上变化不大,仅处理量有所提高,但其振动大,要求有高质量的橡胶弹簧元件,仍处在试验研究阶段。 3. 其它类型的振动筛 (1)等厚筛 我国现有的ZD 型直线 种基本规格,总筛分效率一般在85%以上。ZD 系列等厚筛适用于需要精确分级的煤炭及类似比重物料的干湿式筛分,处理量较大,筛分深度可至6 毫米。 (2)概率筛分机 概率筛分机通过采用大筛孔、大倾角和多层筛面结构,使物料近似筛分而提高筛机处理能力和干式筛分的深度。QGS型琴弦概率筛是在GS 型煤用概率筛的基础上,吸收琴弦筛的特点研制的。该筛能有效地对潮湿煤炭进行6 毫米干式分级,筛选产品能满足空气重介流态床分选机对人选煤的要求。琴弦筛网在共振状态下工作,筛孔不易堵塞。 (3)GPS 型高频振动细筛 GPS-900-3 型高频细筛是在吸收美国Derrick 高频细筛技术的基础上研制的,该筛采用了叠层筛网( 由三层孔径不同的不锈钢编织筛网叠合而成)、三路给矿( 沿筛面长布置三个给矿器) 和长圆筒形振动器( 电机轴两端装由偏重块和调偏块组成的振子) 振频2850 次/ 分。目前已在黑色和有色金属闭路磨矿作业中,作为分级设备推广应用,分级总效率达60% ~ 70%。 (4)电磁振动旋流筛 电磁振动旋流筛是一种结构简单的高效脱水脱泥设备。该筛无转动部件,无需润滑,不需动力,不仅用于选煤厂,还可推广用作污水处理和选矿厂及其它类似物料的脱水脱泥和分级设备。目前该筛已形成用于粗煤泥的C 型和用于末煤的M型两种型号。 1.2.3发展方向 振动筛分机在工程中广泛应用,对国民经济起着重要作用。从目前国外的研究方向来看,一方面致力于当前筛分机的运动分析和结构调整;另一方面瞄准新颖的设计目标、探求合理的结构形式,以便进一步推动振动筛分机的应用。 1. 国外技术发展趋势 国外筛分设备仍以发展振动筛为主,振动筛向标准化、通用化和系列化方向发展;向大型化方向发展,但最大到55m2,已够用了;增大筛面倾角,提高筛分效率;发展细粒筛分设备,筛孔尺寸小到0.1 ~ 0.3毫米;旋流筛使用逐渐增多;共振筛发展停滞。 2. 国内技术发展趋势 积极开展筛分技术研究,提高原煤干式深度筛分技术,降低分级下限和增加煤炭品种,着重解决粒度细、水分高和黏度大的难筛物料的分级技术;为满足大露天矿选用,研制重型分级筛,适用于500毫米以下物料筛分;为提高筛板的寿命和效果,着重发展焊接筛网,非金属筛面;共振筛有被淘汰之势,应大力发展块偏心圆振动筛和直线振动筛筛面物料运动理论 2.1筛上物料的运动分析 由文献[1]可知 关于筛上物料的分析,如图2.1所示: 图2.1 圆振动筛上物料运动 振动筛运动学参数(振幅、振次、筛面倾角和振动方向角)通常根据所选择的物料运动状态选取。筛上物料运动状态直接影响振动筛的筛分效率和生产率,所以为合理地选择筛子的运动参数,必须分析筛上的物料的运动特性。 圆振动筛的筛面做圆运动或近似于圆运动的振动筛,筛面的位移方程式可用下式来表示: t (2-1) t (2-2) 式中: A——振幅; ——轴之回转相角,=t; ——轴之回转角速度; ——时间。 求上式中的x和y 对时间t的一次导数与二次导数,即得筛面沿x和y 方向上的速度和加速度: t (2-3) t (2-4) t (2-5) t (2-6) 由运动特征,来研究筛子上物料的运动学。物料在筛面上可能出现三种运动状态:正向滑动、反向滑动和跳动。 2.2正向滑动 当物料颗粒与筛面一起运动时,其位移、速度和加速度与筛面的相等。筛面上质量为的物料颗粒动力平衡条件: 对质量为的颗粒受力分析(如图2-1): 1、物料颗粒重力: (2-7) 2、筛面对颗粒的反作用力,由 可以得到: (2-8) 式中为筛面倾角 3、筛面对物料颗粒的极限摩擦力为: (2-9) 式中为颗粒对筛面的静摩擦系数。 颗粒沿着筛面开始正向滑动时临界条件: (2-10) 将,用已知式子(2-9)与(2-5)替代,且(为滑动摩擦角), 简化整理得: (2-11) 式中,为正向滑始角。 令,则: (2-12) 式中称为正向滑动系数。由上式得知,正向滑动系数。 当的时候,可以求得使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动时最小转数应该为: (2-13) 为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动,必须取筛子转数。 2.3反向滑动 临界条件为: (2-14) 将,用(2-9)与(2-5)替代,并简化后: (2-15) 式中:——反向滑始角 ——反向滑动系数 则可以得到: (2-16) 由上式可以知道,反向滑动条件。 当时,可以求得使物料沿着筛面反向滑动的最小转数应该是: (2-17) 为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动,必须使筛子转数。 2.4跳动条件的确定 颗粒产生跳动的条件是颗粒对筛面法向压力。 即,或者是。 由此可以得到: (2-18) 式中:——物料跳动系数 ——跳动起始角 ——振动强度, —— 抛射强度,它表明物料在筛面上跳动的剧烈程度。 上式可以写成: (2-19) 当时或者,则颗粒出现跳动。 当或时,则可求得物料开始跳动时的最小转数为: (2-20) 为了使物料产生跳动,必须取筛子的转数。 由于目前使用的振动筛采用跳动状态,因此要讨论跳动终止角,跳动角及运动速度。 2.5物料颗粒跳动平均运动速度 物料颗粒从振动相角起跳,到振动相角跳动终止时,沿方向的位移为: = (2-21) 式中为物料颗粒起跳时沿方向的运动速度: (2-22) 由此,则: (2-23) 同一时间内,筛面位移为: (2-24) 物料颗粒在每个循环中,对筛面的位移为: = (2-25) 当筛子在近似于第一临界转数下工作时,即,则上式中方括号内的数值接近于零。 故得到: (2-26) 物料跳动平均速度: (2-27) 当时,则,,, 因此, 式(2-27)可以化简为: (2-28) 或者化简为: (2-29) 由式(2-29)和式(2-18),可以将式(2-27)化简为: (2-30) 按照上式计算得的结果与实际相比,计算值较大,因为未考虑物料特点,摩擦和冲击等因素.为此,上式应该乘以修正系数,, 所以: (2-31) 3.振动筛的工作原理及结构组成 3.1圆振动筛的工作原理 具有圆形轨迹的惯性振动筛为圆振动筛,简称圆振筛。这种惯性振动筛又称单轴振动筛,其支承方式有悬挂支承与座式支承两种,悬挂支承,筛面固定于筛箱上 ,筛箱 由弹簧悬挂或支承,主轴的轴承安装在筛箱上, 主轴由带轮带动而高速旋转。由于主轴是偏心轴,产生离心惯性力,使可以自由振动的筛箱产生近似圆形轨迹的振动 YA型圆振动筛和一般圆振动筛很类似,筛箱的结构一般采用环槽铆钉连接。振动器为轴偏心式振动器,用稀油润滑,采用大游隙轴承。振动器的回转运动,由电动机通过一堆带轮,由V带把运动传递给振动器。 3.2振动筛基本结构 本次设计2YA1548型圆振动筛是由激振器、筛箱、隔振装置、传动装置等部分组成。YA系列圆振动筛型号说明: □?Y A? H □ □? ┬ ┬ ┬ ┬ ┬?┬? │ │ │ │?│ │ │ │ │ │ │ └────────筛面长度dm │ │ │ │?│? │ │ │ │ └──────────筛面宽度dm │ │ │ │ │ │ │ └───────────重型(轻型不写) │ │ │ │ │ └─────────────轴偏心振动器 │ │ │ └──────────────-圆振动 │? └────────────────筛面层数(单层不写) 3.2.1筛箱 筛箱由筛框、筛面及其压紧装置组成。 1.筛面:为适应大块大密度的物料的筛分与煤矸石脱介的需要,振动筛的筛面需要有较大的承载能力,耐磨和耐冲击性能。为减少噪声,提高耐磨性设计中采用成型橡胶条,用螺栓固定在筛面拖架上。上层筛面采用带筐架的不锈钢筛面,下层筛面采用编织筛网。其紧固方式是沿筛箱两侧板处采用压木、木契压紧。中间各块筛板之间则用螺栓经压板压紧。 2.筛框:筛框由侧板、横梁等部分组成。侧板采用厚度为6—16mm的A5或20号钢板制成。横梁常用圆形钢管、槽钢、方形钢管或工字钢制造。筛框必须要由足够的刚性。筛框各部件的联接方式有铆接、焊接和高强度螺栓联接三种、 3.2.2激振器 圆振动筛采用单轴振动器,由纯振动式振动器、轴偏心式振动器和皮带轮偏心式自定中心振动器。 3.2.3支承装置和隔振装置 支承装置主要是支承筛箱的弹性元件,有吊式和座式两种。振动筛的隔振装置常用的有螺旋弹簧、板弹簧和橡胶弹簧。 3.2.4 传动装置 振动筛通常采用三角皮带传动装置,它机构简单,可以任意选择振动器的转数。 4.振动筛动力学基本理论 由文献[1]可知: 惯性振动筛的振动系统是由振动质量(筛箱和振动器的质量)、弹簧和激振力(由回转的偏心块产生的)构成。为了保证筛子的稳定工作,必须对惯性振动筛的的振动系统进行计算,以便找出振动质量、弹簧刚性、偏心块的质量矩与振幅的关系,合理地选择弹簧的刚性和确定偏心块的质量矩。 图4.1 振动系统力学模型图 图4.1表示圆振动筛的振动系统。为了简化计算,假定振动器转子的回转中心和机体(筛箱)的重心重合.激振力和弹性力通过机体重心。此时,筛子只作平面平移运动。今取机体静止平衡时(即机体的重量为弹簧的弹性反作用力所平衡时的位置)的重心所在点o作为固定坐标系统(xoy)的原点,而以振动器转子的旋转中心作为动坐标系统()的原点。 偏心重块质量m的重心不仅随机体一起作平移运动(牵连运动),而且还绕振动器的回转中心线作回转运动(相对运动),则其重心的绝对位移为: =+=+=+rcos =+=+=y+rsin 式中: ——偏心质量的重心至回转轴线的距离。 ——轴之回转角度,=,为轴回转之角速度,t为时间。 偏心质量m运动时产生的离心力为: (4-1) (4-2) 式中和为偏心质量m在x与y方向之相对运动离心力或称激振力。 在圆振动筛的振动系统中,作用在机体质量M上的力除了和外,还有机体惯性力(其方向与机体加速度方向相反)、弹簧的作用力 (和表示弹簧在x和y方向的刚度,弹簧作用力的方向永远是和机体重心的位移方向相反)及阻尼力(c称为粘滞阻力系数,阻尼力的方向与机体运动速度方向相反)。 在单轴振动系统中,作用在机体质量上的力除了和之外,还有机体的惯性力和(其方向与机体的速度方向相反)、弹簧的作用力,(表示弹簧在方向的刚度),及阻尼力(称为粘滞阻力系数,阻尼力的方向与机体的运动方向相反)。 当振动器在作等速圆周运动时,将作用在机体上的各力,按照理论力学中的动静法建立的运动微分方程式为: (4-3) 式中:——机体的计算质量 (4-4) 式中:——。 ——。 ——,。 根据单轴振动筛运动微分方程式的全解可知,机体在x和y轴方向的运动是自由振动和强迫振动两个简谐振动相加而成的,事实上,由于有阻尼力存在的缘故,自由振动在机器工作开始后就会逐渐消失,因此,机体的运动就只剩下强迫振动了。所以,只需要讨论公式的特解: ; (4-5) 其特解为: (4-6) (4-7) 式中:。 系统的自振频率为: (4-8) 下面根据图4.2来分析圆振动筛的几种工作状态: 1.低共振状态 :即若取 ,则机体的振幅。在这种情况下,可以避免筛子的起动和停车时通过共振区,从而能提高弹簧的工作耐久性,同时能件小轴承的压力,延长轴承的寿命,并能减少筛子的能量消耗,但是在这种工作状态下工作的筛子,弹簧的刚度要很大,因此,必然会在地基及机架上出现很大的动力,以致引起建筑物的震振动。所以,必须设法消振,但目前尚无妥善和简单的消振方法。 图4.2 振幅和转子角速度的关系曲线.共振状态 即。振幅A将变为无限大。但由于阻力的存在,振幅是一个有限的数值。当阻力及给料量改变时,将会引起振幅的较大变化。由于振幅不稳定,这种状态没有得到应用。 3.超共振状态 ,这种状态又分为两种情况: (1)n稍大于,即稍小于。若取,则得。因为,所以筛子起动与停车时要通过共振区。这种状态的其它优缺点与低振状态相同。 (2),即为远离共振区的超共振状态。此时,。从图可以明显地看出:转速愈高,机体的振幅A就愈平稳,2号站即振动筛的工作就愈稳定。这种工作状态的优点是:弹簧的刚度越小,传给地基及机架的动力就愈小,因而不会引起建筑物的振动。同时,因为不需要很多的弹簧,筛子的构造也简单。目前设计和应用的振动筛,通常采用这种工作状态。为了减少筛子对地基的动负荷,根据振动隔离理论,只要使强迫振动频率大于自振动频率的五倍即可得到良好的效果,采用这种工作状态的筛子,必须设法消除筛子在起动时,由于通过共振区而产生的共振现象。目前采用的消振方法如前所述。 5.振动筛参数计算 5.1运动学参数的确定 由文献[1]选取和计算振动筛运动学: 参数振动机械的工作平面通常完成以下各种振动:简谐直线振动、非简谐直线振动、圆周振动和椭圆振动等。依赖上述各种振动,使物料沿工作面移动。当振动机械采用不同的运动学参数(振幅、频率、振动角和倾角)时,便可使物料在工作面上出现下列不同形式的运动:相对运动、正向滑动、反向滑动和抛掷运动。 1.抛掷指数 在一般的情况下 ,根据筛子的用途选取,圆振动筛一般取=3~5,直线;难筛物料取大值,易筛物料取小值。筛孔小时取大值,筛孔大是取小值。本次设计圆振动筛,选取。 2.振动强度K 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=4。 3.筛面倾角 对于单轴振动筛的倾角为: 作预先分级用 作最终分级用 对于圆振动筛一般取~,振幅大时取小值,振幅小时取大值。 本次设计采用的圆振动筛取。 4.筛箱的振幅 筛箱振幅;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=3~6mm,其中筛孔大者取大值,筛孔小者取小值。本次设计选取=5mm。 5.筛子的振动频率:按照和所确定的A值可以求解出频率值。 (5-1) 6.振动强度校核:实际振动强度K按照下式计算: (5-2) 在本设计中,所以符合振动强度要求。 筛子的实际强度:=3.77 ; 即筛子的频率和振幅分别为:A=5;n=845 ;=4。 7.物料的运动速度 圆振动筛的物料运动速度计算: (5-3) 式中:取修正系数≈0.1。 V =0.033m/s 5.2振动筛工艺参数的确定 由文献[2]选取设计振动筛工艺参数: 1..振动筛的工艺参数包括筛面的长度和宽度、筛分效率。 筛面的长度和宽度 由公式:Fq 式中:Q——处理量,Q=250t/h F——筛面的工作面积,F=14.4 q——单位时间处理量,q=17.36 选取筛面长度L=6m,所以B=F/L=14.4/6=2.4m 2.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。筛什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: (5-4) 式中 ——原料中筛下产物含量的百分数; ——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及。筛分所用筛面的筛孔尺寸和形状,应与测定筛分效率所用的筛子相同。 筛分机械的筛分效率与物料的粒度特性、物科的湿度、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。不同用途的筛分机械对筛分效率有不同的要求。 表5.1 2YA1548型圆振动筛的运动学参数和工艺参数 名称 数值 名称 数值 筛面长度 6m 筛面宽度 2.4m 振动强度 4 抛射强度 4 筛面倾角 20 振动方向角 —— 筛箱振幅 5mm 筛子频率 845rmp 处理量 17.36t/h.m 物料运动速度 0.033m/s 5.3动力学参数 振动器偏心质量及偏心距的确定:由文献[3] 工作时,弹簧刚度小,故振幅计算式中值可以略。 对于单轴振动筛: (5-5) 式中M—振动机体质量,M=883.48kg m —偏心块质量, A—筛箱振幅,A=5mm r —偏心距,r=24mm 负号表示重心在振动中心的两个不同方向上。 m===91kg 5.4电动机的选择 5.4.1电动机功率计算 惯性振动筛的功率消耗主要是由振动器为克服筛子的运动阻力而消耗的功率和克服轴在轴承中的摩擦力而消耗的功率 来确定。 电机的功率为: 千瓦 (5-6) 式中:—. 。 ,。 这里对于滚子轴承选取。 =25.933KW 由上式可求N=25.933KW 5.4.2 选择电机 由文献[17],选择传动电机型号为,其额定功率为,n 5.4.3电机的启动条件的校核 惯性振动筛起动时,电动机需克服偏心质量的静力矩和摩擦力矩,起动后由于惯性作用,功率消耗较少,因而需选用高起动转矩的电动机。因此,按公式计算的功率,必须按起动条件校核: (5-7) 式中: ——电机的其动转矩; ——电机的额定转矩; ——振动筛偏心重量的静力矩与轴承的摩擦静力矩之和 =9550=9550=191 N·m (5-8) = (5-9) 式中: ——速比 ——起动力矩系数 取=2.1 ===1.78 (5-10) 因此有 ==1.782.1=3.738 (5-11) = (5-12) 式中为偏心质量的静力矩与轴承的摩擦力矩之和 = + (5-13) 式中为振动器上轴承的摩擦力矩 =2M (5-14) ==0.002910.058=2.27N·m (5-15) 式中 (5-16) 将值带入公式(5-14)得 =22.27=4.54 N·m 为静力矩 =910.0249.8=51.72 N·m (5-17) 将与值带入公式(5-13)得=4.54+51.72=56.26 N·m 将值带入公式(5-12)得==33.27N·m ==0.174 由于=3.738,所以满足 ,电机起动校核合格。 表5.2 电动机性能 型 号 转速 功率 6主要零件的设计与计算 6.1轴承的选择与计算 6.1.1轴承的选择 根据振动筛的工作特点,应选用大游隙单列向心圆柱滚子轴承。 按照基本额定动载荷来选取轴承 (6-1) 式中:——基本额定动载荷来 ——当量动载荷 =910.024()=17.1KN (6-2) ——寿命系数,=2.3~2.8 本次设计选取=2.5 ——转速系数,=()=0.38 (6-3) 将数据带入公式(4.1) 得 ==125.74KN 查文献[17],选GB297—84,轴承型号3G3622,内径110mm,外径245mm。 6.1.2轴承的寿命计算 轴承的寿命公式为: =() (6-4) 式中: 的单位为10r ——为指数。对于球轴承,=3;对于滚子轴承,=10/3。 计算时,用小时数表示寿命比较方便。这时可将公式(4.1)改写。则以小时数表示的轴承寿命为: =() (6-5) 式中: ——基本额定动载荷=125.74KN ——轴承转数 ——当量动负荷 选取额定寿命为6000h。 将已知数据代入公式(4.2)得: ==15249h6000h 满足使用要求。 因此设计中选用轴承的使用寿命为15249小时。 6.2皮带的设计 6.2.1选取皮带的型号 带的设计功率:=1.330=39KW (6-6) 式中:——工况系数,查[11,22-18]表22.1—9得=1.3 ——传递的额定功率,=30KW 根据=39KW,小轮转数=1500rmp,查文献[16],[22-17]图22.1—1,选B型皮带。 6.2.2传动比 ===1.78 (6-7) 6.2.3带轮的基准直径 1.选择小带轮的基准直径:查文献[16],[22-31]表22.1—14和[22-17]图22.1—1选取=224mm 2. 选择大轮的基准直径: ==1.73224=388mm 查[11,22-31]表22.1—14取=400mm 6.2.4带速 带速常在=5~25m/s之间选取 ===17.12m/s (6-8) 6.2.5确定中心距和带的基准长度 1.初定中心距 按0.7(+)2(+) 选取,因此有436.81280,选=780mm。 2.带的基准长度 所需基准长度=2+(+)+ 带入数据得=1982mm 查文献[16],[22-13]表22.1—6选取基准长度=2000mm 3.实际中心距 =+=780+=784mm (6-9) 安装时所需最小中心距: ==784-0.0152000=754mm (6-10) 张紧或补偿伸长所需最大中心距: =784+0.032000=844mm (6-11) 4.小带轮包角 =180=180=163.40 5.单根带的基本额定功率 根据=224mm,n=1500rmp,查文献[16],[22-25]表22.1—13f得=7.47KW 考虑传动比的影响,额定功率的增量由[机械设计手册第三卷,22-25]表22.1—13f查得=1.14KW 6.带的根数 ===2.4根 取3根 式中:——小带轮包角修正系数,查文献[16],[22-18]表22.1—10=0.96 ——带长修正系数,查[机械设计手册第三卷,22-19],表22.1—11,=0.98 7.单根带的预紧力 =500()+ (6-12) 式中为带每米长的质量, 查文献[16],[22-19]表22.1—12查得=0.17kg/m =500()+0.17=354.36N 带的设计参数如表6.1所示。 表6.1 带的设计参数 皮带型号 B型 带轮轴间距 784mm 最大轴间距 844mm 最小轴间距 754mm 带的根数 3根 预紧力 354.36N 小带轮直径 224mm 大带轮直径 400mm 6.3轴的设计 6.3.1轴的设计特点 轴是组成机械的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩,同时它又通过轴承和机架联接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动。所以,在轴的设计中,不能只考虑轴本身,还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。 轴设计的特点是:在轴系零、部件的具体结构未确定之前,轴上力的作用和支点间的跨距无法精确确定,故弯矩大小和分布情况不能求出,因此在轴的设计中,必须把轴的强度计算和轴系零、部件结构设计交错进行,边画图、边计算、边修改。 设计轴时应考虑多方面因素和要求,其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。对于高速轴还应考虑振动稳定性问题。 6.3.2轴的常用材料 轴的材料种类很多,设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求,以及为实现这些要求而采用的热处理方式,同时考虑制造工艺问题加以选用,力求经济合理。 轴的常用材料是35、45、50、优质碳素钢,最常用的是45钢。对于受载较小或不太重要的轴,也可用A、A等普通碳素钢。对于受力较大,轴的尺寸和重量受的限制,以及有某些特殊要求的轴,可采用合金钢。 本次设计选用45优质碳素钢。 6.3.3轴的强度验算 由文献[14][17]对轴进行校核: 由图6.1并结合振动筛的工作特点对轴进行受力分析,其受力分析如图所示: Pr=30kw,n=150r/min。 求偏心轴的转速n ,带传动的传动效率 。 P=Pr kw n= 式中i—带的传动比,i=400/224=1.786 所以n==1500/1.786=839.87r/min T=9550 Ft=2 由水平方向得: FtY=F +F FtX=0 240F=0 解得:F=6561.5N F=-715.8N 由垂直方向得: Fv=mg=25000N Fv=F F 解得: 从偏心轴结构图以及弯矩图中可以看出偏心轴的中间表面C是该轴的危险截面。 图6.1 现将截面C处的MM及M列于下表6.2 表6.2 载荷 水平面H 垂直面V 支反力 F=6561.5N F=-715.8N 弯矩M M=873.275NM M=1525NM 总弯矩 M=( M+ M)=1757.337NM T 327.48NM 按弯扭合成应力校核轴的强度: 校核最危险截面C:W 取 = 所以 故轴的强度满足要求。 6.4支承弹簧设计验算 1、弹簧刚度计算 由文献[6]我们知道,选取弹簧刚度时,不仅要考虑使弹簧传给基础的动负荷不使建筑物产生有害振动,而且还要必须考虑弹簧应该有足够的支承能力。弹簧刚度一般是通过强迫振动频率与自振频率的比值来控制。通常吊式振动筛取频率比,对于座式由此,对于单轴振动筛弹簧刚度计算公式: (6-13) 取,再有n=845次/分, 次/分 所以:N/m 2、计算弹簧钢丝直径 根据弹簧所受载荷特性要求,选取钢丝。许用应力根据文献[6]其中的表16-2按类载荷选取查得切变模量Mpa,由文献[19],查得。 初步选取旋绕比。 N 曲度系数 mm 根据文献[6]中表16-5,选取d=20mm。 3、计算弹簧中径 D=cd=208=160mm 按文献[6]中表16-5,取系列值D=160mm。 4、计算弹簧圈数和节距 , mm 根据文献得[6]: 根据文献[6]表16-5,取n=5圈,由表25-11得弹簧的总圈数为: 圈 由文献[6]表16-4得弹簧的节距: mm 5、求解弹簧的间距和螺旋角 由文献弹簧的间距: mm 由文献弹簧螺旋角: 6、弹簧验算 1)弹簧疲劳强度验算 由文献[6],图16-9,选取 所以有: 由弹簧材料内部产生的最大最小循环切应力: 可得: = 由文献[6],式(16-13)可知: 疲劳强度安全系数计算值及强度条件可按下式计算: 式中:——弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限 ——弹簧疲劳强度的设计安全系数,取=1.3-1.7 按上式可得: ==1.3 所以此弹簧满足疲劳强度的要求。 2)弹簧静应力强度验算 静应力强度安全系数计算值及强度条件为: 式中——弹簧材料的剪切屈服极限, ——静应力强度的设计安全系数,=1.3-1.7 所以得: =1.3 所以弹簧满足静应力强度。 所以此弹簧满足要求。 7振动筛的安装维护及润滑 7.1振动筛的安装及调试 7.1.1安装前的准备 振动筛在安装前,必须进行认真检查。由于制造的成品库存堆放时间较长,如轴承生锈、密封件老化或搬运过程中损坏等,遇到这些问题时需要更换新零件。如激振器,出厂前为防锈,注入了防锈油,正式投入运行前应更换成润滑油。安装前应该认真阅读说明书,做好充分准备。 7.1.2 安装 安装支撑或吊挂装置。安装时,要将基础找平,然后按照支撑或吊挂装置的部件图和筛子的安装图,顺序装设各部件。弹簧装入前,应按端面标记的实际刚度值进行选配。将筛箱连接在支撑或吊挂装置上。装好后,按规定倾角进行调整。对于吊挂式的筛子,应当时进行调整筛箱倾角和筛箱主轴的水平。一般先进行横向水平度的调整,以消除筛箱的偏斜,水平校正后,再调整筛箱纵向倾角。隔振弹簧的受力应该均匀,其受力情况可以通过测量弹簧的压缩量进行判断。给料端两组弹簧的压缩量必须一样,排料端两组弹簧也应该如此。排料端和给料端的弹簧压缩量可以有所差别。安装电动机及三角胶带。安装时,电动机的基础应该找平,电动机的水平需要校正,两胶带轮对应槽沟的中心线当重合,三角带的拉力要求合适。按要求安装并固定筛面。检查筛子各连接部件(如筛板子、激振器等)的固定情况,筛网应均匀张紧,以防止产生局部振动。检查传动部分的润滑情况,电动机及控制箱的接线是否正确,并用手转动传动部分,查看运转是否正常。检查筛子的如料、出料溜槽及筛下漏斗在工作时有无碰撞现象。 7.1.3 试运转 筛分机安装完毕,应该进行空车试运转,初步检查安装质量,并进行必要的调整。筛子空车试运转时间不得小于8h。在此时间内,观察筛子是否启动平稳迅速,振动和运行是否稳定,无特殊噪音,通过振幅牌观察其振幅是否符合要求。筛子运转时,筛箱振动不应该产生横摆。如出现横摆,其原因可能是两侧弹簧高差过大、吊挂钢丝绳的拉力不均、转动轴不水平或三角带过紧,应进行相应的调整。开车4h内,轴承温度溅增,然后保持稳定。最高温度不超过75℃,温升不能超过40℃。如果开车后有异常噪音或轴承温度急剧升高,应立即停机,检查轴是否转动灵活及润滑是否良好等,待排除故障后再启动。开车24h后停机检查各连接部件是否松动,如果有松动,待紧固后再开车。试车8h后无故障,才可对安装工程验收。 7.2操作要点 操作人员在工作前应阅读值班记录,并进行设备的总检查。检查三角带的张紧程度、振动器中的油位情况,检查筛面张紧情况、各部螺栓紧固情况和筛面破损情况。筛子启动应遵循工艺系统顺序。在筛子工作运转时,要用视、听觉检查激振器和筛箱工作情况。停车后应用手接触轴承盖附近,检查轴承温升。筛子停车应符合工艺系统顺序。除特殊要求外,严禁带料停车后继续向筛子给料。交接班时应把当班筛子技术情况和发现的故障记入值班记录。记录中应注明零部件的损伤类别及激振器加、换油日期。筛子是高速运动的设备,筛子运转时操作巡视人员要保持一定的安全距离,以防发生人身事故。 7.3 维护与检修 振动筛维护和检修的目的是了解筛子的全面情况,并以修理和更换损坏、磨损的零部件的方法恢复筛子的工作能力。其内容包括日常维护、定期检查和修理。 7.3.1 维护 1.日常维护 日常维护内容包括筛子表面,特别是筛面紧固情况,松动时应及时紧固。定期清洗筛子表面,对于漆皮脱落部位应及时修理、除锈并涂漆,对于裸露的加工表面应涂以工业凡士林以防生锈。 2.定期检查 (1)周检:检查激振器、筛面、支撑装置等各部螺栓紧固情况,当有松动时应加以紧固。检查传动装置的使用状况和连接螺栓的锁紧情况,检查三角带张紧程度,必要时适当张紧。检查筛子时,须特别注意查看在飞轮上的不平衡重块固定得是否可靠,如固定不牢,筛子运转时,不平衡重块就可能脱离飞轮,导致安全事故。 (2)月检:检查筛面磨损情况,如发现明显的局部磨损应采取必要的措施(如调换位置并重新紧固筛面。检查整个筛框,主要检查主梁和全部横梁焊缝情况,并仔细检查是否有局部裂缝。检查筛箱侧板全部螺栓情况,当发现螺栓与侧扳有间隙或松动时,应更换新的螺栓。 3.修理 对筛子进行定期检查时所发现的问题,应进行修理。修理内容包括及时调整三角带拉力,更换新带,更换磨损的筛面以及纵向垫条,更换减振弹簧,更换滚动轴承、传动齿轮和密封,更换损坏的螺栓,修理筛框构件的破损等。筛框侧板及梁应避免发生应力集中,因此不允许在这些构件上施以焊接。对于下横梁开裂应及时更换,侧板发现裂纹损伤时,应在裂纹尽头及时钻5mm孔,然后在开裂部位加补强板。激振器的拆卸、修理和装配应由专职人员在洁净场所进行。拆卸后检查滚动轴承磨损情况,检查齿轮齿面,检查各部件连接情况,清洗箱体中的润滑回路使之畅通,清除各结合部上的附着物,更换全部密封件及其他损坏零件。 维修时应特别注意: (1)激振器及传动装置拆卸应由有经验的技术工人进行,严禁野蛮操作,防止损坏设备。装配前应保持零件洁净。 (2)更换后的新筛网应每隔4~8h重新张紧一次,直到安全张紧为止。 7.3.2常见故障处理 筛分机在工作中常见的故障、原因及消除措施见表5.1。 表5.1 筛分机的常见故障及消除措施 常见故障 原因 消除措施 筛分质量不好 筛孔堵塞 停机清理筛网 原料的水分高 对振动筛可以调节倾角 筛子给料不均匀 调节给料量 筛上物料过厚 减少给料量 筛网不紧 拉紧筛网 7.4振动筛的轴承润滑的改进 传统的振动筛润滑方式为激振器轴承油浴润滑迷宫密封。设备运转2年后均出现轴承座漏油问题,致使轴承缺油冒烟甚至损坏,严重影响了正常的生产。究其原因,主要是环境粉尘较大造成密封板磨损。于是经测绘并结合设计规范重新制作了密封板。但由于加工精度低,在运转时产生干涉,将间隙增大,则密封效果差。 7.4.1措施 经计算轴承速度系数,选用冷却效果较好的油浴润滑是合理的。但在实际使用过程中,由于作业环境恶劣,加上备件制作和安装技术有限,不易密封何维护困难就成其致命弱点。因此,我们对原振动筛轴承润滑方式进行了改造。具体做法是在原轴承座内端增加一挡油盘,轴承座也密封板形成润滑油腔,实现脂润滑。为弥补脂润滑冷却不足,本次设计选用能耐高温的钙钠基润滑脂(ZBE3600188)。 结束语 本次设计的YAH—2460圆振动筛是在消化吸收国外先进技术基础上,自行设计的大型振动筛。本次设计主要对圆振动筛的筛箱、激振器、支承隔振装置以及传动装置进行了设计;对振动筛的动力学分析及动力学参数的计算;对电机的选择及校核;对主要零件进行设计,通过校核均满足使用要求;对设备的环保及经济评价进行分析计算。 通过本次设计,对振动筛的知识有了深刻的认识,学会了如何大学期间所学到的知识应用到实践当中,对今后的工作和学习有非常大的帮助。同时通过本次设计了解到,我国的筛分技术在近几年有了长足的发展,很多单位已经掌握了筛分机械的设计理论和方法 ,进行了很有成效的研制工作 ,解决了很多实际问题。可以说 ,我国的筛分技术目前已接近世界先进水平 ,但仍有差距 ,还要努力。在今后 ,要做好以下几点工作: 1.研究先进筛分理论 ,发展新型筛分机械。 2.发展大、重、超重型筛分设备。 3.研究难筛分物料的筛分机械。 4.提高“三化”程度。 5.加强筛分设备关键技术的研究。 6.搞好引进与吸收工作 致 谢 不知不觉四年时光就过去了,又到了即将分别的时候,有些感伤,但回顾这四年,我发现我学到了很多,在这期间,应该感谢在这四年时间里陪我一起走过的同学,那些对我们谆谆教诲老师,在这里对他们说声“你们辛苦了,谢谢您!”。 在以后的工作岗位上,我也会不断努力,用自己的辛勤工作和不懈奋斗来回报母校和老师们!不管将来到了什么地方,我都会时刻将你们的教诲记在心上,努力学习,好好做人。 还有我的辅导员陈欣老师,这四年来一直陪伴这我们,一直在默默的为我们付出着,我们有什么问题总是麻烦你,如今要毕业了,在这衷心的说句“谢谢您”。 此外封老师细心的指导使我受益匪浅,让我在大学最后的时光里还能感受老师耐心的教导,也许在以后的工作中在也不会有了,谢谢你,封老师。 最后衷心的祝愿所有的老师身体健康,事业更上一层楼,祝我所有的同学在以后的工作中万事如意。 参考文献 [1]周恩浦. 《矿山机械》(选矿机械部分)[M]. 北京:冶金工业出版社,1978.10 [2]孙时元. 《中国选矿设备手册》(上册)[M]. 北京:科学出版社,2006.8 [3]蔡春源. 《机械零件设计手册》(第三版)下[M]. 北京:冶金工业出版社,1996 [4]巩云鹏、田万禄、张祖立、黄秋波. 《机械设计课程设》计[M].沈阳:东北大学出版社,2002.12 [5]严允进. 《炼铁机械》(第二版)[M]. 北京:冶金工业出版社,1990,50—50 [6]濮良贵、纪名刚. 《机械设计》(第七版)[M]. 北京:高等教育出版社,2001, [7]选矿手册编辑委员会. 《选矿手册》第二卷(第一分册)[M].北京:冶金工业出版社,1999.7 [8]、王峰,王皓主编.《筛分机械》 .北京:机械工业出版社,1998,145-175 [9]、闻邦椿主编.《振动机械的理论及应用》 .机械工业出版社,1980 [10]、马富强主编.《振动筛动态特性浅析》 .矿山机械.1996.6.3 [11]、屈维德主编.《机械振动手册》 .北京:机械工业出版社,1998 [12]、周恩浦主编.《矿山机械》 .冶金工业出版社,1979 [13]、于立君主编.《工程经济学》 .北京:冶金工业出版社,2005.8 [14]、刘鸿文主编.《材料力学》 .北京:高等教育出版社,1979 [15]、孙桓主编,陈作模.《机械原理(第六版)》 .高等教育出版社2001 [16]、徐灏主编.《机械设计手册》第3卷 .北京:机械工业出版社,1991 [17]、徐灏主编.《机械设计手册》第4卷 .北京:机械工业出版社,1991 [18]、徐灏主编.《机械设计手册》第5卷 .北京:机械工业出版社,1991 [19]、徐灏主编.《机械设计手册》第1卷 .北京:机械工业出版社,1992 [20]、编辑委员会主编.《机械工程手册》第11卷 .北京:机械工业出版社,1982 [21]、刘奎胜,谭兆衡主编.《筛分机械的应用和发展》 .矿山机械,1998,第7期 [22]、Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New York:McGraw-Hill Book Company,1980

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