鐘 君

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012）

SZ1530慣性圓振動(dòng)篩隔振裝置的改造設(shè)計(jì)

鐘 君

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012）

介紹了將SZ1530慣性圓振動(dòng)篩隔振裝置改造采用圓柱螺旋彈簧的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，并從振動(dòng)篩的振動(dòng)分析入手，以頻率比的方法導(dǎo)出了隔振圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和計(jì)算公式。按設(shè)計(jì)改造后生產(chǎn)應(yīng)用，當(dāng)磨機(jī)給礦粒度由25～0 mm下降到18～0 mm時(shí)，碎磨總電耗可降低11.17%，取得了良好的效果。

圓振動(dòng)篩；隔振裝置；圓柱螺旋彈簧；頻率比

在礦山企業(yè)選礦作業(yè)中，破碎磨礦雖然只是選礦廠選別作業(yè)的準(zhǔn)備作業(yè)，但碎磨礦石所需的能耗卻占到選礦廠總能耗的70%～80%［1］。一直以來，如何在提高碎磨能力的前提下盡可能降低能耗、提高選礦效率是現(xiàn)代礦山企業(yè)技術(shù)改造、挖潛革新的重要課題。對(duì)于磨機(jī)，眾所周知：給礦粒度愈大，所需的球徑就愈大。當(dāng)磨機(jī)的容積及裝球量一定時(shí)，球徑愈大球數(shù)就愈少，打擊的次數(shù)愈少，研磨面積愈小，生產(chǎn)能力就愈小。反之亦然。磨機(jī)給礦粒度愈小，磨礦效果就愈好，生產(chǎn)能力就愈大，所需能耗就愈低。合理降低碎礦粒度，嚴(yán)格控制磨機(jī)給礦粒度，實(shí)行多碎少磨或以碎代磨工藝是現(xiàn)在國內(nèi)外選礦廠推出的較佳技術(shù)方案［2］，目前得到了普遍的重視及應(yīng)用。

1 SZ1530慣性圓振動(dòng)篩隔振裝置的改造原因

某鉛鋅礦選礦廠對(duì)球磨機(jī)給礦粒度的控制是通過兩臺(tái)SZ1530慣性圓振動(dòng)篩來實(shí)現(xiàn)的。兩臺(tái)振動(dòng)篩的篩孔原始尺寸為25 mm，現(xiàn)擬將振動(dòng)篩篩孔尺寸改為18 mm，即將磨機(jī)給礦粒度由25～0 mm下降至18～0 mm，以后擬將進(jìn)一步減小磨機(jī)給礦粒度至12～0 mm甚至更小。為此還必須同步調(diào)整相應(yīng)破碎機(jī)的排礦口尺寸及其工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)多碎少磨工藝，達(dá)到節(jié)能降耗、提高現(xiàn)有選礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的目的。

減小篩孔尺寸來控制磨機(jī)的給礦粒度，勢必要加強(qiáng)振動(dòng)篩的篩分作業(yè)，從而對(duì)篩分分級(jí)提出了新的要求。同時(shí)因工藝參數(shù)的調(diào)整，現(xiàn)振動(dòng)篩的隔振裝置因本身缺陷已無法滿足生產(chǎn)要求，因而必須對(duì)其隔振裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與改造。

SZ1530慣性圓振動(dòng)篩的支撐彈簧既是主振彈簧，又是隔振彈簧，其性能的好壞直接影響振動(dòng)篩的篩分效果?，F(xiàn)隔振裝置為板彈簧結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。板彈簧主要缺陷：（1）在高速強(qiáng)迫振動(dòng)下，折斷事故較多；（2）安裝較困難；（3）價(jià)格較昂貴；（4）外形尺寸較大；（5）剛度大，隔振性能較差，尤其振動(dòng)篩在啟動(dòng)與停車時(shí)，不能很好地通過共振區(qū)，使機(jī)體產(chǎn)生急劇振動(dòng)，極易造成篩箱箱體開裂。同時(shí)，強(qiáng)烈的振動(dòng)易危及廠房與建筑物的安全?；谝陨显?，將此振動(dòng)篩隔振裝置由板彈簧改為更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的圓柱螺旋彈簧。圓柱螺旋彈簧的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，外形尺寸較??；（2）安裝簡便，不需要額外緊固件；（3）工作可靠，價(jià)格便宜；（4）圓柱螺旋彈簧的剛度可以設(shè)計(jì)得很小，消振吸振性能好，噪音低，振動(dòng)穩(wěn)定，在振動(dòng)篩啟動(dòng)與停車時(shí)，能使篩機(jī)很好地通過共振區(qū)，避免了機(jī)體產(chǎn)生急劇振動(dòng)，從而很好地保證了廠房與周圍建筑物的安全。因此，將此振動(dòng)篩分機(jī)的隔振裝置改造為圓柱螺旋彈簧結(jié)構(gòu)形式。

因技術(shù)改造，篩網(wǎng)篩孔尺寸由25 mm改為18 mm，即篩分粒級(jí)發(fā)生改變，以后可能進(jìn)一步改小為12 mm甚至更小，依據(jù)慣性振動(dòng)篩技術(shù)參數(shù)選擇原則［3～5］，為加強(qiáng)振動(dòng)篩篩分作業(yè)，振幅調(diào)整為2.4 mm，振動(dòng)頻率調(diào)整為1 200 r／min，為宜，篩面傾角仍然選用15°，其它參數(shù)不變。振幅調(diào)整只需調(diào)整振動(dòng)器偏心塊即可，振動(dòng)頻率的調(diào)整只需按計(jì)算調(diào)整電機(jī)皮帶輪大小即可實(shí)現(xiàn)。

圖1 SZ1530慣性圓振動(dòng)篩改造前結(jié)構(gòu)示意圖

2 SZ1530慣性圓振動(dòng)篩隔振裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 振動(dòng)篩傳給地基的振動(dòng)力

振動(dòng)篩采用隔振彈簧，彈簧在振動(dòng)篩與地基之間起隔振作用，同時(shí)又支撐著振動(dòng)篩。振動(dòng)篩在合理支撐的情況下，其工況可近似地看成單自由度振動(dòng)，所受周期性激振力為F0sin（ωt＋Φ），其運(yùn)動(dòng)方程為：式中：M為振動(dòng)系統(tǒng)參振質(zhì)量／kg；c為振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)；K為振動(dòng)系統(tǒng)的彈簧剛度／N·m－1；F0為激振器激振力的幅值／N；t為時(shí)間／s；Φ為相位角／rad；x為振動(dòng)系統(tǒng)位移／m；·x為振動(dòng)系統(tǒng)速度／m·s－1；¨x為振動(dòng)系統(tǒng)加速度／m·s－2。

其中振動(dòng)篩激振力通過隔振彈簧與阻尼傳給地基的動(dòng)力為：式中：F為地基所受的動(dòng)載荷／N。

一般情況下系統(tǒng)產(chǎn)生的阻尼力都很小，可忽略不計(jì)，則

從（3）式可看出，地基所受的動(dòng)力與隔振彈簧的剛度成正比，與振動(dòng)篩的位移成正比。

在振動(dòng)篩正常工作時(shí)，振動(dòng)篩傳給地基的最大工作動(dòng)力為：式中：Fmax為地基所受的最大工作動(dòng)負(fù)荷／N；f0為當(dāng)系統(tǒng)靜止時(shí)，隔振彈簧的靜變形量／m；A為振動(dòng)篩工作振幅／m。

當(dāng)系統(tǒng)的隔振彈簧確定后，其所受的靜變形量為一確定值，而工作振幅A一般由工況條件及工藝要求決定，針對(duì)某一工況條件及工藝要求，A可看成定值，則從上式可以看出，為了盡量減少振動(dòng)系統(tǒng)傳給地基的動(dòng)力，彈簧剛度應(yīng)該越小越好，但是太小又不能支撐振動(dòng)篩，這樣就必須有一個(gè)恰當(dāng)?shù)膹椈蓜偠?。為此，必須為系統(tǒng)設(shè)計(jì)出合適的隔振彈簧剛度值。

2.2 隔振彈簧的設(shè)計(jì)原則

由振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)微分方程，可知系統(tǒng)的固有頻率ω0為：

當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的參振質(zhì)量M、彈簧剛度K，及回轉(zhuǎn)半徑r一定時(shí)，根據(jù)公式可以繪出振動(dòng)篩的幅頻曲線圖，如圖2所示。

圖2 振動(dòng)篩的幅頻曲線

由頻幅曲線圖可知，系統(tǒng)只有遠(yuǎn)離共振區(qū)工作時(shí)，其振幅才較穩(wěn)定，彈簧剛度也比較小，傳給基礎(chǔ)的動(dòng)負(fù)荷也小，才不會(huì)引起建筑物大的振動(dòng)。但振動(dòng)篩在啟動(dòng)與停車時(shí)，勢必會(huì)通過共振區(qū)，因此振動(dòng)篩的隔振系統(tǒng)的計(jì)算還應(yīng)滿足下列要求：（1）機(jī)器應(yīng)該有較良好的和能滿足實(shí)際工作需要的隔振效果；（2）加載后，機(jī)器的下沉量應(yīng)小于某許用值；（3）機(jī)器工作過程中，不應(yīng)使隔振彈簧脫離工作機(jī)體及產(chǎn)生沖擊和噪音。

通常隔振彈簧的剛度都是采用頻率比的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的。根據(jù)振動(dòng)篩設(shè)計(jì)原則，為了減少振動(dòng)篩對(duì)地基的動(dòng)負(fù)荷，防止系統(tǒng)產(chǎn)生共振，整個(gè)系統(tǒng)的固有頻率比它的工作頻率小得多，這樣振動(dòng)篩就在遠(yuǎn)離共振區(qū)的超共振狀態(tài)下工作，即：ω0＜＜ω

所以隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就轉(zhuǎn)換為對(duì)彈簧剛度和固有頻率的計(jì)算。

2.3 隔振彈簧的剛度計(jì)算

知靜止時(shí)系統(tǒng)總重量：W＝19 156 N；參振質(zhì)量：M＝1 380 kg；又ω＝＝125.6 rad／s，則彈簧總剛度：

彈簧靜變形：

為了避免機(jī)器正常工作時(shí)和啟動(dòng)停車過程中，振動(dòng)機(jī)體與隔振彈簧脫離及沖擊，彈簧產(chǎn)生的最大動(dòng)變形fd應(yīng)小于靜變形f0，彈簧的動(dòng)變形以機(jī)器啟動(dòng)、停車過程中通過共振區(qū)時(shí)為最大，其值一般為振動(dòng)機(jī)體振幅的5～8倍，即：

為了保證一定的富余量，?。篺0＝30 mm

因SZ1530慣性圓振動(dòng)篩改造采用座式圓柱螺旋彈簧進(jìn)行支撐隔振，同時(shí)考慮到制作安裝工藝，整個(gè)隔振系統(tǒng)擬前后共采用4組8個(gè)彈簧，每組各2個(gè)進(jìn)行支撐隔振，則每個(gè)彈簧的剛度值：

2.4 彈簧的各工藝參數(shù)計(jì)算

振動(dòng)篩采用座式圓柱螺旋彈簧進(jìn)行支撐即彈簧為壓縮形式，參照設(shè)計(jì)手冊［6］（下同），依據(jù)彈簧工作條件及其所受載荷特點(diǎn)，采用材料為：硅錳合金60Si2MnA彈簧鋼絲，工作負(fù)荷條件為A類，其許用切應(yīng)力［τ］＝470 MPa，切變模量：G＝78 450 MPa。彈簧的端部形式為：端部并緊并磨平，支撐圈數(shù)為1.25圈。查手冊選用彈簧鋼絲直徑：d＝16 mm，彈簧中徑：D2＝110 mm，則彈簧旋繞比：6.875，符合［C］＝4～8。

式中：n為彈簧有效圈數(shù)；G為選用材料彈性切變模量／MPa。

將已知數(shù)據(jù)代入式（7）得：n＝6.05圈，?。簄＝6.5圈，彈簧兩端磨平，則彈簧總?cè)?shù)：n1＝n＋2.5＝9圈。

反算彈簧實(shí)際剛度：

實(shí)際靜變形量：f0＝32.23 mm；反查手冊知彈簧節(jié)距：t≈37.9 mm，則彈簧總長：

H0＝tn＋（n1－n－0.5）d＝278.35 mm

取彈簧總長：［H0］＝280 mm

反算得實(shí)際彈簧節(jié)距：t＝38.15 mm；彈簧的壓并高度：Hb＝136 mm；壓并時(shí)的變形量：Fb＝144 mm；則彈簧工作時(shí)的最大變形量：Fmax＝f0＋A＝34.63 mm，彈簧工作時(shí)的最小變形量：Fmin＝f0－A＝29.83 mm。

結(jié)果符合Fmax，F(xiàn)min為總變形量Fb的20%～80%的范圍要求。

2.5 彈簧的疲勞強(qiáng)度及靜強(qiáng)度安全系數(shù)驗(yàn)算

彈簧工作時(shí)的最大負(fù)荷：

彈簧工作時(shí)的最小負(fù)荷：

彈簧工作時(shí)的極限負(fù)荷：

查彈簧許用工作極限負(fù)荷：［Pmax］＝7 296.1 N，對(duì)于A類工作負(fù)荷條件彈簧，應(yīng)有Pj＝3 820.74 N＜0.6［Pmax］＝4 377.66 N，符合要求。

查手冊，知C＝6.875時(shí)，曲度系數(shù)K＝1.216，則彈簧最大工作應(yīng)力：

彈簧最小工作應(yīng)力：

查手冊，知A類60Si2MnA彈簧鋼絲之抗拉強(qiáng)度極限：σb＝1 375 MPa，則可得疲勞極限τP值、屈服極限τS值：τP＝0.3σb＝412.5 MPa，τS＝0.6σb＝825 MPa。

都符合η、η′≥［η］＝1.3～1.7的要求。

＝6.31°，符合α＝5°～9°的要求。

彈簧外徑：D＝D2＋d＝126 mm；彈簧內(nèi)徑：D1＝D2－d＝94 mm。

查手冊知彈簧最大心軸直徑：Dxmax＝88 mm，最小套筒直徑：DTmin＝132 mm。

則彈簧展開長度：

綜上，知彈簧各工藝參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。

3 改造應(yīng)用與效果

按設(shè)計(jì)及工藝要求，在加工好各零部件后對(duì)兩臺(tái)SZ1530慣性圓振動(dòng)篩隔振裝置進(jìn)行了改造，改造好后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 SZ1530慣性圓振動(dòng)篩改造后結(jié)構(gòu)示意圖

改造完成后，同時(shí)對(duì)整個(gè)破磨工藝流程進(jìn)行了工藝參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可靠。經(jīng)過現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)考查，對(duì)破碎粒度、磨機(jī)給礦粒度及其電耗進(jìn)行了深入的分析，分析結(jié)果見表1（三段一閉路流程：PE600×900，PYB－1750，PYD－1200，MQG2736）。

表1 入磨粒度與破碎、磨礦、電耗的關(guān)系

由表1可以看出，降低入磨給礦粒度，破碎電耗雖有少量增加，但磨礦電耗卻大大降低。當(dāng)磨機(jī)給礦粒度由25～0 mm下降到18～0 mm時(shí)，碎磨總電耗可降低11.17%，節(jié)能效果非常明顯。如將磨機(jī)給礦粒度進(jìn)一步減小至12～0 mm甚至更小，節(jié)能效果將更加明顯。因此，合理降低碎礦粒度，嚴(yán)格控制磨機(jī)給礦粒度，實(shí)行多碎少磨工藝，從而達(dá)到節(jié)能降耗、提高現(xiàn)有選礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的目的是切實(shí)可行的。

4 結(jié)論及建議

1.振動(dòng)篩隔振彈簧的設(shè)計(jì)一般采用頻率比的方法，為了防止系統(tǒng)產(chǎn)生共振，減少機(jī)體振動(dòng)時(shí)對(duì)地基產(chǎn)生的動(dòng)載負(fù)荷，頻率比取Z＝3～7為宜。

2.在設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，必須保證彈簧有足夠的可壓縮量及其靜變形量須大于系統(tǒng)振動(dòng)幅值的5～8倍，否則振動(dòng)篩機(jī)在通過共振區(qū)時(shí)，由于機(jī)體振幅過大，會(huì)造成機(jī)體瞬時(shí)脫離彈簧或?qū)椈蓳p壞。

3.生產(chǎn)實(shí)踐表明，此次技術(shù)改造是成功的。合理降低碎礦粒度，嚴(yán)格控制磨機(jī)給礦粒度，實(shí)行多碎少磨或以碎代磨工藝是節(jié)能降耗、提高現(xiàn)有選礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)切實(shí)可行的較佳技術(shù)方案，應(yīng)得到推廣應(yīng)用。

［1］ 王運(yùn)敏，田嘉印，王化軍，等.中國黑色金屬礦選礦實(shí)踐［M］.北京：科學(xué)出版社，2008.1 177.

［2］ 張錦瑞，唐偉.選礦廠破碎磨礦節(jié)能降耗途徑探討［J］.河北冶金，1998，（2）：104－106.

［3］ 嚴(yán)峰.篩分機(jī)械［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1995.143－145.

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［5］ 聞邦椿，劉樹英，何勍.振動(dòng)機(jī)械的理論與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.30－34.

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Reconstruction Design of Vibration Isolation M ounting of SZ1530 Inertia Circular Vibrating Screen

ZHONG Jun
（Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co.，Ltd.，Changsha 410012，China）

Through the introduction of the characteristics and advantages of SZ1530 inertia vibrating screen，vibration isolator is reformed by cylindrical spiral spring，and vibration from the vibration sieve analysis，themethod of frequency ratio is derived.According to the design after the transformation of production application，when themill feed size by 25～0 mm down to 18～0 mm，the total power consumption of grinding can be reduced by 11.17%，and it achieves good results.

circular vibrating screen；vibration isolation mounting；cylindrical spiral spring；frequency ratio

TH237＋.6

：A

：1003－5540（2014）04－0073－05

2014－04－26

鐘 君（1973－），男，工程師，主要從事選礦設(shè)備的研發(fā)推廣工作。