单梁激振筛的原理及应用

煤矿筛分的堵孔一直是困扰着选煤行业的一大难题，国内外一直在寻求各种解决的办法，除了常见的圆振筛外，主要的筛分设备有：

螺旋筛：这种依靠多排螺旋轴旋转而进行煤炭筛分的筛子是解决难筛问题最成功的筛子；对任何难筛的煤炭，它都几乎是不堵孔的，但它最大的缺点是传动部件太多，机械故障极高，每年的维修费用几乎可以买一台新筛子；另外，如果有些硬物料进入，会出现卡轴，也限制它的应用。

等厚筛：这种筛子的应用在国内外大型选煤厂，目前都是用于煤矿筛分最多的筛子，多倾角布置的多段筛面，使煤炭在筛面形成等厚的薄层，物料容易透筛，在一定的振动强度下，它是适用于50毫米以下筛分的，可做到基本不堵孔，但由于国产设备振动强度较低，因此，在很多煤矿也都发生堵孔现象，且较严重。

概率筛：概率筛主要用于细粒级筛分，它的主要优点是筛孔的分级粒度大得多，因此不堵孔，但它筛分效率较低。

旋转概率筛：它起源于英国，曾推广于一时，但由于结构故障多，筛分效率低，也被淘汰。

现列出各国使用的用于解决难筛物料的筛子，从目前情况看，都是不理想的，为此，我们研制并推广了一种新型的振动筛——单梁激振筛，同时也为单梁激振配备了一种新型筛板——楼梯形筛板，成功的解决了煤炭筛分问题。

一、研究背景

许厂煤矿为三百万吨现代化矿井，原煤从井下提升上来后经皮带输送机送入选矸楼进行筛分。动筛跳汰机流程图如图1所示。

在选煤厂设计中，原煤分级设备的稳定一般有直线振动筛、圆振动筛、概率筛、琴弦筛等。随着矿井产量的提高以及矿井地质条件的变化，毛煤水分变高、粘度变大，使传统的分级设备在许厂煤矿选煤厂不能正常使用，处于原煤生产线咽喉部位的重介车间，能否正常生产将直接影响到矿井的正常提升。重介车间分A、B两个系统，A系统用ZDS1850型等厚筛做为+50mm原煤的分级设备，由于矿井地质条件的变化以及矿井提产，当入料量达到550t/h，水分大于7.5%时，等厚筛的筛分效率明显定降，大量末煤不能透筛，随块煤进入斜轮分选机，从而造成介质耗量增加，筛分效果最差时，吨煤介耗达到5kg/t。同时，为了维持生产，生产过程中还需要经常停车清理筛面，制约着矿井的正常生产。B系统所用的分级设备为SL-U50/2-A型螺旋筛，螺旋筛的筛分效率满足矿井生产的需要，但是存在维修量大，故障率高，材料消耗大的缺点，经常出现螺旋轴座断裂、减速箱漏油等故障，生产过程中经常出现机械故障，影响矿井的正常提升。

根据上述条件，选煤厂与平顶山选煤设计院、唐山选煤机械厂、鞍山重型机械厂等全国多家振动筛生产厂家联系，希望能够找到合作厂家，共同解决现有问题，历时两个多月，虽然期间不少厂家有合作意向，来人看现场，定方案，但终未解决。最后，选煤厂与徐州大陆振动机械有限公司多次联系，通过勘查现场，双方充分交换了意见，达成了共识，依据重介车间现有条件设计方案，共同研制、开发新型的筛分设备，以满足生产需要。在振动筛的设计、制造过程中，因安装现场空间高度只有2370mm，难以选择大型振动筛来满足生产需要。考虑的创新点、技术关键：1）在满足处理量的前提下，满足狭小的安装空间。2）独特的筛分原理：高频率，低振幅。3）筛分效率高，维修工作量少。4）对粘湿物料透筛效果好。5）筛网具有很强的自清功能。根据这些现场实际，我们在电动机选型、筛网的结构设计，筛网材质的选择上提出了许多可行性方案，并付诸实践。为此，我们与徐州大陆振动机械有限公司联合研制了新型的DLS1855单梁激振筛。制造完成后，经过连续空车试运转各项技术指标达到要求，之后，安装于许厂煤矿选煤厂进行工业性试验。

该筛于2003年3月在徐州大陆振动机械有限公司进行了空车运转，2003年5月2日在我矿原煤系统安装完毕投入正式运行，至今已有壹年多时间，通过原煤520万吨，其中瞬间通过量达700吨/小时，设备一直运转正常，无重大事故，我们认为本机设计是成功的。该项目的实施，既可解决不透筛问题，提高原煤处理量，又可减少该设备的维修工作量，减少材料消耗，降低生产成本。年节约材料及维修费用为23.7万元，新增利润630万元。

二、原理及结构

单梁激振筛是徐州大陆振动机械有限公司的专利产品。该产品是根据等厚筛、圆振筛等筛子的优点，大胆创新而发明的一种筛分效率高、不易堵孔、结构简单、维修方便、强度大、价格较代的产品。

1.原理

这种筛子的理论依据是高频率、低振幅振动，它具有比一般振动筛高一倍的抛射强度，这点是目前世界各国振动筛都难以做到的，配以楼梯形筛板，它可以使用在中大粒级筛分，完全不堵孔，配以活动杆筛板，它可以用于细粒级筛分，也消除了筛孔的堵塞。

由于受轴承极限转速的限制，和筛框结构强度的影响，目前大型振动筛不能高频化，因此在结构上，我们一般将筛子分成2~4段，每段长2米，这样所需的激振力就成几倍下降，设备装机功率可降低50%。每段筛子只有一根横梁，它既是筛面的支撑梁又是安装激振器的激振梁，（图2）激振梁安装在弹簧上，筛子的侧板是不参振的（也可参振），这样就大大减轻了单位面积振动筛的参振重量（可减少50%），这就为筛子的大型化和高频化打下基础。单梁激振筛如设计成二次减振，对地基的动负荷几乎为零。我矿由于高度限制只是采用了一次减振，本筛安装有变频器，以适应物料、水分的变化，保持不堵孔。

 

2.结构

（1）总体结构

单梁激振筛可以分若干段（图3），通常为2~3段，每段的距离为2米，其结构简单、便于维修。结构图如图3所示。每段子筛主要由电动机（2台）、传动轴（2件）、激振器（2套固定在单梁上）、挡料板（2件），单梁（H型钢）、筛网和支撑座等组成

单梁激振筛工作时，由电动机转动通过传动轴传送给激振器，然后由激振器高速转动产生离心力，使之产生振动，从而使筛面上的物料边振动边透筛，边向前移动。挡料板和筛网与激振梁是一体的，所以整段筛面都会跟着振动，使该设备，能够有效的筛分。同时每段筛面有四个单独的支撑座通过橡胶弹簧减振。整个筛箱的支撑点都落在底架上，底架与地基的接角面较大，从而减少了筛体振动对地基的冲击力，减小对地基的破坏。

（2）激振器

单梁激振筛采用的是一种激振方式为块偏心自同步激振器（如图4），这种激振器与轴偏心振器相比有以下优点：

a、块偏心激振器自身的重量较轻；

b、块偏心激振器结构非常简单；

c、块偏心激振器维修特别方便。

单个激振器布置在激振大梁上的两侧，如图2所示，依靠自同步原理激发大梁振动。

 

当前矿物筛分过程中最主要的难题是堵孔，造成堵孔的原因主要有两种，一种是块状物的卡孔（图5），临界颗粒物料卡在筛孔中跳不出来，这主要发生在采石扬、焦碳、冶金等行业中；另一种是糊孔，潮湿的物料粘在孔壁上要解决堵孔总是有两个办法，一是增加抛射强度、二是选择合适的筛面。振动筛的抛射强度：Kv=Aω2/g×SinαCosβ式中，A——振动幅
     ω——激振频率
     g——重力加速度
     α——筛面倾角
     β——抛射角

为了消除堵孔，有人主张采用大振幅的方法，经实践证实，这种方法不是最好的，应该采用增加频率的办法。抛射强度随频率的平方增加，而振幅只与抛射强度成正比。增加频率较方便，而增加振幅较麻烦。可以采用附加变频器的方法有级调节频率，根据物料的潮湿度调节变频器，达到最优透筛率，同时对振动筛也起到了保护作用。

用高频低幅的方法来解决堵孔也有缺点，它不利于物料的分层，如料层较厚，大量的振动消耗在料层的内部磨擦中。因此这种方法一定要用薄层筛分，即给料筛面倾角一定要大，一般不要低于22°最高采用30°—34°，这样依靠重力可使物料迅速流动。

解决物料堵孔的另一个办法是选择筛面。不同形状的筛孔，不同材料的筛面，对防止物料的堵孔有着巨大的差别。

大于25mm筛孔的筛面称为大粒度分级筛面，主要有：

a焊接筛板，它由圆钢焊接而成，结构简单，价格低廉，是目前最常用的一种，但易堵孔。

b冲孔筛板，由16Mn钢板冲制或钻孔而成，从防堵孔能力而言，冲孔板比焊接板要好一些，寿命也长一些，它也是目前常用的筛面。

c立体梯形筛板（图7），这种筛面是徐州大陆振动机械有限公司的创新专利产品，已在扬州煤炭公司获得成功的应用，由于筛孔是立体的，它完全排除卡孔的可能性。我们决定在我矿采用这种筛面。

三、机械运动转情况测试

本筛一年多连续运转，无重大故障。易损件（筛板、弹簧）更换特别方便。1.振幅用振幅牌L＜1；10cm分空车及负载两种工况，在每段筛箱两侧各取两点进行测量，每天测一次共三次（图8）

图8表2双振幅单位：毫米

工况 次数 测量	空车				负载
	一	二	三	平均	一	二	三	平均
1	5.7	5.6	5.8	5.7	5.7	5.6	5.8	5.7
2	6.1	6.0	6.2	6.1	6.1	6.0	6.2	6.1
3	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8	5.8
4	6.0	5.9	5.8	5.9	6.0	5.9	5.8	5.9
5	5.6	5.8	5.7	5.7	5.6	5.8	5.7	5.7
6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6
平均	5.8

2.频率用XZGB-11型光电传感器，直接测量筛箱中部一点的振动频率分空车及负荷两种工况，每小时测一次共三次。表3频率单位：次/分

次数 工况	1	2	3	平均
空车	1440	1440	1440	1440
负荷	1432	1432	1432	1432

3、筛面倾角在停机时用测角仪在筛框侧板上测量倾角得出下表：表4单位：度

段数 倾角	第1段	第2段	第3段	平均
度数	16.9	17	17	17

4、振动方向角用水准仪加量角器进行目测，测点如下（图9）：

图9表5单位：度

测点	1	2	3	4	5	6
方向角	73	73	71.5	71.5	72	72
平均	72.1

5.轴承温度用95型（量程100℃）半导体点温计每小时测一次六个振动器轴承温度，到温度稳定为止（图10）

图10表6室温19℃单位：ζ

小时 测量	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5
1	35	40	46	48	50	51	52	53	53
2	30	38	44	48	51	52	53	53	54
3	32	39	43.5	46	48	50	50	50	50
4	34	40	45	47	48	49	49	49	49
5	33	38	39	45	52	54	54	54	54
6	32	35	39	40	47	50	53	53	53

四、单梁激振动筛在许厂煤矿选煤厂的应用

我矿原安装两台筛子，每小时通过量700t/h，为检修方便，我们决定采用一个系统运转，即单台筛子通过量要保持在700t/h。试验采用DLS1850单梁激振筛，技术性能如下：

筛面宽度：180mm，

筛面长度：5000mm，

处理量：700t/h，

双振幅：8~9cm，

筛面倾角：20~22°，

频率：1200~1450min，

给料粒度：0~250mm，

功率：6×2.2kw，

分级粒度：50mm，

机重：6.5t。

本筛于2003年5月2日正式运转，至今已有一年多，无机械故障。应用期间，我们曾对该筛进行一些测试：

5月20日，当水分为10%时，该筛的通过量为700吨/小时，此次筛机振幅为5.8mm，频率为1432次/分，达到了我矿最大的每小时处理量。该筛无堵孔现象。

从运转情况看，3DLS1850型振动运行可靠，筛分效率高，平均每天运行22小时，从未出现影响生产的机械用电气事故。

振动筛的筛分效率可达到98%以上，尤其对于水分高，粘度大的难筛原煤，筛分效率也达到90%以上，进入斜轮分选机的末煤量接近于0，有效地保证了斜轮分选机的分选效果。

维护、维修量低，日常检修时搞好筛网、激振器、联轴器等的紧固，做好轴承的润滑以及电气部分的除尘工作即能保证正常生产。

筛网具有很强的自清理功能，因此免于人工清理，大大降低了工人的劳动强度。

五、结束语

通过一年多的使用结果，我们得出下述结论：

1.该筛具有振动强度高，筛面结构合理，筛分中没有堵孔现象，不需要停机清理孔，这是最大的优点：

2.该筛节省功率，原ZDS1850等厚筛功率22kw，本机仅用功率为13.2kw，每年可节约4~5万度电。

3.单位面积处理量是普通振动筛的1倍以上，该筛能进行5mm以上的物料分级；

4.一切都是裸露的，维修极为方便，特别是筛面的更换方便；

5.结构简单，同样面积的筛子可降低成本20%

6.环保指标好，由于侧板不参振，它可以是全封闭的，由于激振力小，而且无平面板，因此它的噪声很低；

7.由于厂房空间限制，本筛未能达到20°的标准倾角，因此，筛分效果尚未充分发挥。

该设备结构简单，维修方便，而且可靠性很高，所以设计是成功的。与螺旋筛相比每年约20万元的维修费。

[作者简介]李攀，男，1990年毕业于中国矿业大学自动化系。2002年4月应聘于徐州大陆振动机械有限公司工作，期间从事产品的设计、开发等业务，曾任技术部部长，现任公司副总经理。动筛跳汰机排矸技术研究