惯性振动筛按振动器的形式可分为单轴筛和双轴
发布时间:2019-11-21 09:15

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  辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 I 页 2YAH1548 型圆振动筛设计 摘要 目前我国各种选煤厂使用的设备中,振动筛是问题较多、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 接影响了振动筛的使用寿命,严重影响了生产。2YAH1548 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 2YAH1548 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 全套全套设计设计, ,联联系系 394413192 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 II 页 Abstract At present, China s 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 perance 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. 2YAH1548-round good shaker can solve such problems, so this shaker designed for round 2 YAH1548-shaker, 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 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 III 页 目录 摘要.I AbstractII 1 绪论1 1.1前言.1 1.2背景.1 1.2.1振动筛的发展概况1 1.2.2我国振动筛的发展概况.2 1.3振动筛的分类.3 1.4筛分机械发展方向.4 2 振动筛筛面物料运动理论.5 2.1筛上物料的运动分析.5 2.2正向滑动6 2.3反向滑动7 2.4跳动条件的确定7 2.5物料颗粒跳动平均运动速度.8 3.振动筛的工作原理及结构组成.10 3.1圆振动筛的工作原理.10 3.2振动筛基本结构10 3.2.1筛箱10 3.2.2激振器.10 3.2.3支承装置和隔振装置10 3.2.4 传动装置10 4.振动筛动力学基本理论.11 5.振动筛参数计算.15 5.1运动学参数的确定.15 5.2振动筛工艺参数的确定16 5.3动力学参数.17 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 IV页 5.4电动机的选择.17 5.4.1电动机功率计算.17 5.4.2选择电机.18 5.4.3电机的启动条件的校核.18 6 主要零件的设计与计算.20 6.1轴承的选择与计算.20 6.1.1轴承的选择20 6.1.2轴承的寿命计算.20 6.2皮带的设计.21 6.2.1选取皮带的型号.21 6.2.2传动比.21 6.2.3带轮的基准直径.21 6.2.4带速21 6.2.5确定轴间距和带的基准长度21 6.3轴的设计23 6.3.1轴的设计特点23 6.3.2轴的常用材料23 6.3.3轴的强度验算23 6.4支承弹簧设计验算.26 7 振动筛的安装维护及润滑.28 7.1振动筛的安装及调试.30 7.1.1安装前的准备30 7.1.2安装30 7.1.3试运转.30 7.2操作要点31 7.3维护与检修.31 7.3.1维护31 7.3.2常见故障处理32 7.4振动筛的轴承润滑的改进32 7.4.1措施32 7.4.2效果33 8 设备的环保、可靠性和经济评价34 8.1 设备的环保34 8.2 设备的可靠性32 8.2.1可靠度的计算32 8.2.2可靠度的计算33 8.3设备的经济评价35 8.3.1投资回收期35 8.3.2设备合理的更新期36 结束语37 致谢38 参考文献39 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 V 页 附录40 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 1 页 1 绪论 1.1 前言 从井下或露天采矿开采出来的或经过破碎的物料,是以各种大小不同的颗粒混合 在一起的。在选矿厂、选煤厂和其它的工业部门中,物料在使用或进一步处理前,常 常需要分成粒度相近的几种级别。物料通过筛面的过孔分级称为筛分。筛分所用的机 械称为筛分机械。 在选矿厂和选煤厂中应用的筛分机械有很多种结构型式,如固定格筛、弧形筛、 旋流筛,滚轴筛,简筛、摇动筛,惯性振动筛和共振筛等。目前,由于惯性振动筛具 有构造简单、生产能力大,筛分效率高等优点,因而在选矿厂、选煤厂及其它工业部 门中已被广泛用于分级,脱水,脱介和脱泥作业。共振筛在生产实践中也取得较好的 效果,但因具有较大的冲击裁荷,故其机件如横梁与侧板容易损坏。须进一步研究和 改进。随着煤矿开采能力和入洗原煤量的提高,作为物料分级筛选的主要设备振动 筛也不断向大型化发展。 1.2 背景 1.2.1 振动筛的发展概况 筛分设备在国外的发展已有 300 多年的历史,在此之前,物料的筛分主要采用人 力筛分,动力筛分最早也是摇动筛。大约 100 多年前就出现了惯性筛,最早的惯性筛 是采用柴油机带动的,主要用于物料的分级作业。 比较完善的振动惯性筛出现在 19 世纪初,主要是用于分级的圆振动筛(单轴振动 筛) ,随着选煤、选矿业的发展用于脱水的直线振动筛(双轴振动筛)逐渐发展起来。 单轴振动筛的发展经历了简单惯性式向自定中心式的发展过程。直线振动筛经历 了箱式振动器到双电机拖动的筒式振动器(自同步技术) ,目前为箱式振动器与侧邦式 块偏心单元体振动器(自同步技术)的并存时代。 现在振动筛轴承普遍采用了振动设备专用轴承,筛框的主要联接件采用了虎克铆 钉或高强螺栓,筛面采用了不锈钢筛面、聚鞍脂筛面等。筛框结构逐渐趋于合理,筛 框受力设计上逐步由静态动力设计向以模态分析为基础的现代动态设计阶段发展。 在振动筛的制造方面,主要焊接结构件均采用了去应力和喷丸处理,对筛框的形 状误差、主要构件的形位公差、粗糙度控制等方面的要求越来越严。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 2 页 虽然筛分机的结构形式在发展过程中出现了许多种新型结构及筛分方法,但通过 实践证明,许多看似理想的结构型式被无情淘汰。因此,国际上一些筛分机制造厂家 生产的振动筛结构型式逐渐趋于近似,机型趋于稳定,人们已不在追求新、奇结构型 式,而把追求筛分机的可靠性指标放在首位,因此筛分机寿命普遍提高,正常使用寿 命普遍达到 5 年以上。 振动筛噪声指标是影响工人身体健康的一个主要指标。过去箱式振动器由于采用 齿轮传动,噪声通常达到 90 分贝以上,后来逐渐采用了自同步技术,噪声由原来的 90 多分贝下降到 85 分贝左右。但自同步技术存在抛射角不稳定,工作频率不能有效调整 等因素,使得箱式振动器的振动筛不但没有被淘汰,甚至通过不断改进结构形式,提 高齿轮加工精度,改善齿面啮合状态等方法,而重新发展起来,噪声也从过去的 90 多 分贝下降至 85 分贝左右。 1.2.2 我国振动筛的发展概况 国内振动筛的发展经历了五个阶段 1.引进设备阶段20 世纪 50 年代左右,国内振动筛主要靠引进原苏联、波兰等国 的设备,面积一般在 10 平方米以下,如 BHN、TYN-IIL、SXG-1(WK 型)等。 2.初步开发阶段从 20 世纪 60 年代,我国技术人员在引进国外振动筛的基础上, 研究开发了类似 50 年代进口的产品,如 SZZ、SSZ 圆、直线振动筛(单、双轴振动筛) 系列。 3.研究设计阶段20 世纪 70 年代,我国技术人员对选煤厂仍在使用的进口设备进 行了系统的调查研究,分析论证,并独立研制出了单轴,双轴系列振动筛,如 DD、ZD、DS、ZS 系列圆、直线振动筛(单、双轴振动筛) ,并在选煤厂广泛使用, 最大规格 12。 2 m 4.新产品开发与引进技术阶段20 世纪 80 年代,我国振动筛发展进入了一个全新 时期,相继开发的新型振动筛有 ZD 型等厚筛、旋转概率筛和概率筛等新品种。同时, 原鞍山矿山机械厂引进了美国 RS 公司的圆振动与直线振动筛系列产品,最大面积 14.4m2,基本满足了中小型选煤厂的生产需要,并在国内大量推广应用,唐山煤科院参 考德国 KHD 公司技术,研制开发了 ZK、YK 系列振动筛。85 年左右,洛阳矿山机械 厂也引进了日本神户制钢的技术开始生产大型筛。 5.大型振动筛开发研制阶段20 世纪 90 年代,随着大型选煤厂生产需要,原来的 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 3 页 中小规格振动筛已满足不了生产需要,虽然洛矿引进了日本神户制钢大型筛技术,但 并没有成功推广应用,许多研究单位与制造单位也相继开发超过 3 米宽的大型振动筛, 但事故率高,不能被用户认可。说明大型筛的研制存在一定难度。为此,原煤炭部把 “大型直线振动筛的可靠性研究”列入国家“九五”科研攻关项目。原平顶山选煤设 计院承担了该项目,并首次研究成功 2ZKP3660 型大型直线 年投入 使用,可靠性指标达到了引进产品的水平。目前该系列产品已在国内大量推广,将逐 步替代进口产品。 2000 年,平顶山选煤设计院研制出的自同步型 2ZKZ3660 大型直线振动筛也成功 应用于兖矿集团东滩煤矿选煤厂;2002 年,山西赛德筛选技术设备有限公司研制开发 了 JR3072 香蕉筛,并形成了系列,投入实际运用,为取代大量进口的香蕉筛产品奠定 了技术基础。 我国的振动筛技术从无到有,从小到大。目前品种型号繁多,绝大部分中小型产 品基本能满足了用户要求,大型产品技术已趋于成熟,尚需在振动筛制造方面更进一 步提高。相信在不远的将来,振动筛大量进口的局面将结束。 目前我国各种选煤厂使用的设备中,振动筛是问题较多、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 的使用寿命,严重影响了生产。 1.3 振动筛的分类 1.按振动筛振动频率是否接近或远离共振频率分为共振筛和惯性振动筛。共振筛曾 一度崛起,受到各国普遍重视,发展很快;但在生产实践中,暴露出结构复杂、调整 困难、故障较多等缺点。而惯性振动筛由于激振器的结构简单,工作可靠,便于维修, 从而得到了广泛的使用。惯性振动筛是靠固定在其中部的带偏心块的惯性振动器驱动 而使筛箱产生振动。惯性振动筛按振动器的形式可分为单轴振动筛和双轴振动筛。 2.按振动筛按筛面工作时运动轨迹的特点,分为圆运动振动筛(简称圆振动筛)和 直线运动振动筛(简称直线振动筛)两大类。圆振动筛由于振动器安装的位置偏差, 实际筛箱运动轨迹一般为椭圆。即使直线振动筛,由于制造与设计偏差,通常筛箱的 运动轨迹也不完全是直线,只是接近直线振动。圆振动筛由于激振器是一根轴,所以 又叫单轴振动筛,直线振动筛激振器由两根轴组成,所以也称双轴振动筛。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 4 页 3.当然振动筛还有其它许多分类方法,例如,按照支撑弹簧的结构不同,又有线形 弹簧振动筛和非线形弹簧振动筛。按支承装置安装位置不同,可分为座式振动筛和吊 式振动筛,按筛箱与水平面是否成一定角度安装,可分为水平筛和倾斜筛。按工作频 率的高低,可分为高频振动筛和低频振动筛等等。 1.4 筛分机械发展方向 综合国内外筛分机械发展现状 ,筛分机械将向以下几个方向发展。 1.向大型化发展。工业的现代化进程促使企业规模增大 ,生产能力大大提高 2.向重型超重型筛发展。大的矿业工程需要处理大块物料 ,法国素梅斯塔公司生产 的振动棒可处理直径达 1m 以上的大块物料。 3.向理想运动轨迹振动筛发展。以提高各区段的筛分效率和整个筛机生产率为目标 ,寻 找一种以理想运动方式为基础的新型筛分机成为筛分设备发展的一个新方向。 4.向振振动筛发展。以减轻整机重量、降低成本、提高使用寿命和可靠性为目 标 ,提出新型的振振动筛机。 5.向标准化、系列化、通用化发展。这是便于设计、生产和降低成本的有效途径 , 德国 KHD 公司生产的 USL 和 USK 筛机的侧板、筛板、横梁、传动轴均已实现标准 化、2号站通用化 ,振动器也只有三种 ,同属德国的申克公司生产的冷、热烧结矿筛和等厚筛 只有两种标准,可见三化程度之高。 6.应用自同步技术。采用双电机自同步技术以代替齿轮强迫同步 ,可简化结构 ,降 低噪音 ,从而简化了机器润滑、维护和检修等经常性的工作 ,减少设备故障。 7.振动强度增大。筛机的振动过程逐渐强化 ,以取得较大的速度和加速度 ,从而提 高生产能力和筛分效率。 8.向空间发展。针对细物料 ,先后出现了旋流振动筛、锥型振动筛、蝶型振动筛、 旋转概率筛等 ,既减少占地面积 ,又提高生产能力和筛分效率。 9.向难筛分物料筛机发展。 10.共振筛系列发展停滞 ,惯性振动筛系列日益壮大。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 5 页 2 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 α ψ 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)coscos180cosAAAx t (2-2)sinsin180sinAAAy 式中 A振幅; 轴之回转相角,t; 轴之回转角速度; 时间。t 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 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 6 页 方向上的速度和加速度 t (2-3)sinAvX t (2-4)cosAvy t (2-5)cos 2 AaX t (2-6)sin 2 Aay 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m 对质量为的颗粒受力分析(如图 2-1)m 1、物料颗粒重力 (2-7)Gmg 2、筛面对颗粒的反作用力,由 2 cossin y NmgmamAt  可以得到 (2-8) 2 cossinNmgmAt 式中为筛面倾角 3、筛面对物料颗粒的极限摩擦力为 (2-9) 2 cossinFfNf mgmAt 式中为颗粒对筛面的静摩擦系数。f 颗粒沿着筛面开始正向滑动时临界条件 (2-10)cos x mgFma 将,用已知式子(2-9)与(2-5)替代,且(为滑动摩擦角) ,F x aftg 简化整理得 (2-11) 2 cossin k g A     辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 7 页 式中,为正向滑始角。 k  令,则cos kk b (2-12) 2 30sin k g n Ab     式中称为正向滑动系数。由上式得知,正向滑动系数。 d b1 k b  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1 k b  (2-13) min 2 sin 30 g N A      为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动,必须取筛子转数。 min nn 2.3 反向滑动 临界条件为 (2-14)sin x mgFma 将,用(2-9)与(2-5)替代,并简化后F x ma (2-15) 2 cossin qq g b A    式中反向滑始角 q  反向滑动系数 q b 则可以得到 (2-16) 2 30sin q g n Ab     由上式可以知道,反向滑动条件。1 q b  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1 q b  (2-17) min 2 sin 30 g n A      为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动,必须使筛子转数。 min nn 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。0N  辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 8 页 即,或者是。cos y mgma 2 cossin d gA 由此可以得到 (2-18) 2 coscos1 sin dd v g b Akk     式中物料跳动系数 d b 跳动起始角 d  振动强度,k 2 A k g   抛射强度,它表明物料在筛面上跳动的剧烈程度。 v k 上式可以写成 (2-19) 0 22 30cos30cos sin d d gg n AAb    当时或者,则颗粒出现跳动。1 d b 1kv  当或时,则可求得物料开始跳动时的最小转数为1 d b1 V K (2-20)   sin cos 30 2 min0 A g n 为了使物料产生跳动,必须取筛子的转数。 min0 nn  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 d  b x 2 sin 2 1 tgtVS d    (2-21) 2 2 sin 2 1     g Vd 式中为物料颗粒起跳时沿方向的运动速度 d Vx (2-22) dxd AVVsin 由此,则 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 9 页 (2-23) 2 sin 2 1 sin     gAS d  同一时间内,筛面位移为 (2-24)]cos[coscoscos 3dddbc AAAdbS 物料颗粒在每个循环中,对筛面的位移为 C SSbbxS 43 (2-25) 2 2 1sin sin[coscos] 2 ddd g AA      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 360 零。 故得到 (2-26) 2 2 1sin sin 2 d g SA      物料跳动平均速度 (2-27)].sin 2 1 sin[ 60 2   gA Sn V d  当时,则,,, 360 dd tgsin0sin0cos1 因此, 式(2-40)可以化简为 (2-28)   2 sin dd tg 或者化简为 (2-29) d   sin 2  由式(2-42)和式(2-18),可以将式(2-40)化简为 (2-30)1 30 tgk An V v  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,, 0 k15 . 0 13 . 0 0 k 所以 (2-31)1 30 0 tgk An kV v  辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 10 页 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。 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 616mm 的 A5 或 20 号钢板制成。衡量常用圆形钢管、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。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 11 页 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 1 o 1 x 的原点。 1 o 1 y 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 12 页 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 m xx 1 xxcosrxt ==yrsin m yy 1 yysinrt 式中 偏心质量的重心至回转轴线的距离。r 轴之回转角度,=,为轴回转之角速度,t 为时间。t 偏心质量 m 运动时产生的离心力为 (4-1)cos 2 2 2 trxm dt xd mF m x   (4-2)sin 2 2 2 trym dt yd mF m y   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tmrcos 2 tmrsin 2 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 x F y F 性力其方向与机体加速度方向相反、弹簧的作用力 yMxM  和yKxK yX 和 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 X K y K 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ycxc 和  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M 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M 静法建立的运动微分方程式为 (4-3)tmrxKxCxmM x cos 2   tmrxKyCymM y sin 2   式中机体的计算质量M (4-4) wwj mKmM 式中。 j m振动机体质量 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 13 页 。 w m筛子的物料重量 ,。 w K物料的结合系数3 . 015 . 0  w K 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) xx tAxcos yy tAysin 其特解为 (4-  2 2   mMK Cosmr A x x x    2 1 tan    mMK C x x    6)  2 2   mMK Cosmr A y y y    2 1 tan    mMK C y y    (4-7) 式中。角为机体的振幅和相位差和方向机体的振幅;和为和 yxyx yxAA 系统的自振频率为 (4-8) mM K Wp   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。低共振状态 P nn  2 mMK 2 2mMKrA  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。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 14 页 A ω A ω 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 P nn 共振状态 2 mMK 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 P nn 超共振状态 (1)n 稍大于,即稍小于。若取,则得。因为,所 P nKmM  2 MK rA P nn  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 P nn  2 mMK 显地看出转速愈高,机体的振幅 A 就愈平稳,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 P  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。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 15 页 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 V K 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 V K 取小值。本次设计圆振动筛,选取。。4 V K 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 K4。 3.筛面倾角 对于单轴振动筛的倾角为 作预先分级用 00 2015 作最终分级用 00 5 . 17 5 . 12 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 16 页 对于圆振动筛一般取~,振幅大时取小值,振幅小时取大值。 0 15 0 25 本次设计采用的圆振动筛取。 0 20 4.筛箱的振幅A 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A 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A 次设计选取5mm。A 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。n 900000 2 nA v   (5-1) rpm Cos n V 845 5 20cos4900000 5 900000 0       6.振动强度校核实际振动强度 K 按照下式计算 (5-2)K nA KS    5 2 109 在本设计中,所以符合振动强度要求。K nA KS      77 . 3 109 8455 109 5 2 5 2 筛子的实际强度3.77 ; S K K 即筛子的频率和振幅分别为A5;n845 ;4。mmrpm v K 7.物料的运动速度 圆振动筛的物料运动速度计算 (5-3)smK An KV v /tan1 30 0  式中取修正系数≈0.1。 0 K V 0.033m/s 20tan41 30 8455 1 . 0     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Q 式中Q处理量,Q375t/h 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 17 页 F筛面的工作面积 q单位时间处理量,q50 2 /mht 可得出 F7.5,选取筛面长度 L4.8m,所以 BF/L7.5/4.81.56m 2 m 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 5-4 100 100      a a E 式中 原料中筛下产物含量的百分数;a 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。a 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4.8m筛面宽度1.56m 振动强度4抛射强度4 筛面倾角 20 0 振动方向角 筛箱振幅5mm筛子频率845rmp 处理量50t/h物料运动速度 0.033m/s 2 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。K 对于单轴振动筛 (5-5)Mm Amr  式中 M振动机体质量,M883.48kg m 偏心块质量, 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 18 页 A筛箱振幅,A5mm r 偏心距,r24mm 负号表示重心在振动中心的两个不同方向上。Mm与 由式(3-13)得,m91kg rA MA 245 548.883   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N 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)  177500 3 fdCAAnmM N   式中.C,阻力系数,一般3 . 02 . 0C25 . 0 C抛掷指数较小时, mdd1 . 0轴承内圈直径, rmpnn845转动轴转数, 。95 . 0 传动效率, ,。 这里对于滚子轴承选取 滚动轴承的摩擦系数f003 . 0 001 . 0 f 。002 . 0 f 14.7KW  95 . 0 177500 1 . 0002 . 0 005 . 0 25 . 0 845005 . 0 916620 3   N 由上式可求 N14.7KW 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型 4160LYKW15 rmp1460 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 HH r M M M M 0  式中 电机的其动转矩; r M 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 19 页 电机的额定转矩; H M 振动筛偏心重量的静力矩与轴承的摩擦静力矩之和 0 M 9550955098.1 N·m 5-8 H M 电 n N  1460 15 5-9 r M H Mi 式中 速比i 起动力矩系数 取2.1 1.73 5-10 i n n电 845 1460 因此有1.73 2.13.63 5-11 H r M M i 5-12 0 M i M 0 式中为偏心质量的静力矩与轴承的摩擦力矩之和 0 M 5-13 0 MM 总fj M 式中为振动器上轴承的摩擦力矩M 总f 2M 5-14M 总ff 0.002 91 0.0582.27N·m 5-15 f M 4 d fFo 2 30 84514 . 3   4 11 . 0 式中 5-16 2 0 mrF  将值带入公式3.20得 2 2.274.54 N·m f MM 总f  为静力矩 j M 91 0.024 9.851.72 N·m 5-17mrgM j  将与值带入公式3.19得4.5451.7256.26 N·mM 总fj M 0 M 将值带入公式3.18得34.23N·m 0 M 0 M 95 . 0 73 . 1 26.56  0.349 H M M0 1 . 98 23.34 由于3.63,所以满足 ,电机起动校核合格。 H r M M HH r M M M M 0  辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 20 页 表表 5.2 电动机性能电动机性能 型 号型 4200LY 转速 rmprmpn1460 功率 KWKW15 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 6-1P f f C n l  式中基本额定动载荷来C 当量动载荷P 91 0.024 17.1KN 6-2 2 mrP  60 8452  2 寿命系数,2.3~2.8 本次设计选取2.5 L f L f L f 转速系数,()0.38 6-3 n f n f n 3 . 33 10 3 将数据带入公式4.1 得 125.74KNC 1 . 17 38 . 0 5 . 2  查文献[17],选 GB29784,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 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 21 页 6-4 10 L P C  式中 的单位为 10 r 10 L 6 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 h L n60 106 P C  6-5 式中 基本额定动载荷125.74KN CC 轴承转数n 当量动负荷P 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。 h L 3/10 6 1 . 17 74.125 84560 10   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 1.3 15 19.5KW 6-6PKP Ad  式中工况系数,查[11,22-18]表 22.19 得1.3 A K A K 传递的额定功率,15KWPP 根据19.5KW,小轮转数1460rmp,查文献[16],[22-17]图 22.11,选 B 型皮带。 d P 1 n 6.2.2 传动比 1.73 6-7i n n1 845 1460 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 22.114 和[22-17]图 22.1 1d d 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 22 页 1 选取224mm 1d d 2. 选择大轮的基准直径 1.73224388mm 2d d 2d di 1d d 查[11,22-31]表 22.114 取400mm 2d d 6.2.4 带速 带速常在5~25m/s 之间选取V 17.12m/s 6-8V 100060 11  ndd 100060 146022414 . 3   6.2.5 确定中心距和带的基准长度 1.初定中心距 按 0.72 1d d 2d d 01d d 2d d 选取,因此有 436.81280,选600mm。 0  0 2.带的基准长度 d L 所需基准长度2 0d L 0 2  1d d 2d d 0 2 12 4  dd dd 带入数据得1985.1 查文献[16],[22-13]表 22.16 选取基准长度2000mm 0d L d L 3.实际中心距 600607.45mm 6-9 0 2 0dd LL  2 1 . 19852000 安装时所需最小中心距 607.45-0.015 2000577.45mm 6-10 min  d L015 . 0  张紧或补偿伸长所需最大中心距 607.450.03 2000667.45mm 6-11 d L03 . 0 max  4.小带轮包角 1  180180163.40 1  0 3 . 57 12     dd dd 000 3 . 57 45.607 224400    0 5.单根带的基本额定功率 1 P 根据224mm,n 1460rmp,查文献[16],[22-25]表 22.113f 得7.47KW 1d d 11 P 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 22.113f 1 P 查得1.14KW 1 P 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 23 页 6.带的根数Z 2.4 根 Z L d KKPP P  11 98 . 0 96 . 0 14 . 1 47 . 7 5 . 19  取 3 根 式中小带轮包角修正系数,查文献[16],[22-18]表 22.1100.96  K  K 带长修正系数,查[机械设计手册第三卷,22-19]表 22.1110.98 L K L K 7.单根带的预紧力 0 F 500 6-12 0 F1 5 . 2   KZV Pd 2 mV 式中为带每米长的质量, 查文献[16],[22-19]表 22.112 查得0.17kg/mmm 5000.17354.36N 0 F1 96 . 0 5 . 2  12.173 5 . 19  2 12.17 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607.45mm 最大轴间距577.45mm最小轴间距667.45mm 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。 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 24 页 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

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