程云芬，段滋華，李多民，閆江川

（1太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山西 太原030024；2廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名525000；3河北省科技工程學(xué)校，河北 保定071000）

篩分是物料加工過程的一個(gè)重要步驟。在篩分過程中，振動(dòng)篩使物料顆粒經(jīng)過松散、分層、透篩，最終達(dá)到物料篩分目的的篩分機(jī)械［1］。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，篩分作業(yè)成為目前應(yīng)用最廣泛和最有效的物料分離的方法，因此篩分技術(shù)越來越受到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注，并對(duì)其進(jìn)行了大量的研究與探索。近幾年涌現(xiàn)出很多種先進(jìn)的篩分設(shè)備，處理粒度范圍從原來的0.1～300mm的物料顆粒增大到能夠處理更大粒度的各種各樣的顆粒物料［2］。篩機(jī)能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行脫水、脫泥、脫介、分級(jí)、按粒徑或質(zhì)量分選等，廣泛應(yīng)用于煤炭、水利、礦業(yè)、制鹽、糧食加工、化工等各個(gè)行業(yè)。粉末振動(dòng)篩是全密度聚乙烯裝置中造粒下料線中間重要設(shè)備，在使用過程中出現(xiàn)了很多問題，如在其工作一段時(shí)間后篩網(wǎng)上往往會(huì)黏結(jié)大量的物料垢，阻礙粉狀物料的正常采集，給裝置生產(chǎn)帶來很大的影響，影響生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 問題與分析

全密度裝置振動(dòng)篩是造粒下料線中間重要設(shè)備，主要作用是將聚乙烯粉料樹脂夾帶的經(jīng)破塊器破碎后的塊或片狀物等反應(yīng)產(chǎn)生的過大塊料篩分出來，通過可作手動(dòng)控制或定時(shí)程序控制排料閥把塊料排向地面的廢料箱收集處理，以免影響到下游設(shè)備擠壓機(jī)組的運(yùn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量。

目前，在國(guó)內(nèi)線性聚乙烯裝置的擠壓機(jī)組中，振動(dòng)篩存在的問題都存在類似的情況。一般粉料振動(dòng)篩出現(xiàn)的故障通常有以下幾種情況。

（1）由于聚乙烯粉料表面含有水分等原因，篩網(wǎng)容易堵塞。如圖1所示，為實(shí)際篩分過程中篩網(wǎng)堵塞的狀況。為減少篩網(wǎng)堵塞頻率，提高粉料樹脂通過篩網(wǎng)率，適當(dāng)增大篩孔尺寸后仍然存在小塊料產(chǎn)生，且需要不定時(shí)地清理篩網(wǎng)。

圖1 聚乙烯粉料在篩網(wǎng)的堵孔

（2）粉料從篩網(wǎng)兩側(cè)支撐板往外排地，高負(fù)荷生產(chǎn)的時(shí)候，粉料堆至左右兩側(cè)，造成粉料沿著篩網(wǎng)支撐筋板往外排，是粉料排地的主要原因。如圖2所示，為聚乙烯粉料排地的實(shí)際現(xiàn)狀。

（3）振動(dòng)篩底部設(shè)計(jì)存在問題，傾斜角度不夠，使振動(dòng)篩底部殼板存在容易使粉料形成堆積、黏結(jié)，然后大量粉料在振動(dòng)的作用下往外跳排。

（4）振動(dòng)篩的篩網(wǎng)長(zhǎng)度偏短，導(dǎo)致整個(gè)篩分行程很短，塊料容易攜帶粉料一起出來。

圖2 聚乙烯粉料排地

（5）振動(dòng)篩的物料入口與出口是對(duì)中的，塊料容易在篩網(wǎng)卡住，大量的塊料在篩分過程中，由于形狀不規(guī)則等原因被卡住不能夠篩分出來，極容易造成篩網(wǎng)堵塞，在裝置高負(fù)荷生產(chǎn)的時(shí)候，由于篩網(wǎng)的中間堵塞導(dǎo)致大量的粉料往外排。這時(shí)需要人工清理篩網(wǎng)，每隔1～2h必須進(jìn)行清理一次，給操作工人帶來了很大的工作量。

2 聚乙烯粉料堵塞篩網(wǎng)的因素

影響振動(dòng)篩性能的因素有很多，其中包括物料特性、篩面結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)參數(shù)、篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)、篩絲材質(zhì)等。從上述全密度聚乙烯裝置振動(dòng)篩在篩分過程中出現(xiàn)的問題中可以看到，振動(dòng)篩存在的主要問題是篩網(wǎng)容易堵塞，經(jīng)過分析主要原因如下所述。

2.1 物料顆粒形狀

篩分物料中，顆粒的大小不一，形狀各異，當(dāng)顆粒的形狀如圖3所示，為大粒徑或形狀不規(guī)則的顆粒物料時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致篩孔堵塞。因?yàn)槲锪项w粒進(jìn)入篩孔后達(dá)到一定的夾緊力時(shí)，此時(shí)如果沒有足夠大的振動(dòng)強(qiáng)度，顆粒就不能脫離篩網(wǎng)，篩孔會(huì)被堵死。為了減輕這種篩孔堵死現(xiàn)象，設(shè)計(jì)篩網(wǎng)時(shí)要在滿足篩絲強(qiáng)度的前提下，采用細(xì)絲和光滑材料，提高篩分效率。

2.2 相對(duì)分離粒徑

相對(duì)分離粒徑是指顆粒橫截面在篩面的投影與篩孔面積的比值。相對(duì)分離粒徑的大小決定了顆粒物料透篩概率的大小。篩分物料顆粒中，“易篩?！笔侵噶叫∮诤Y孔尺寸3／4的顆粒；“難篩?！敝傅氖橇酱笥诤Y孔尺寸3／4的顆粒。在篩分過程中，將遮蓋篩面，堵塞篩孔，阻礙顆粒物料運(yùn)動(dòng)的這一類粒徑的顆粒，通常稱為“阻礙?！?。易篩粒經(jīng)過多次與篩孔碰撞，透篩的機(jī)會(huì)很大，所以，篩分物料中易篩粒含量越高，篩分效率越高，相反，如果難篩粒、阻礙粒含量越高，篩分效率則越低。

圖3 聚乙烯粉料中的難篩粒

2.3 物料表面水分含量

Walters等指出［3－4］，水是一種模型黏結(jié)劑，表面含有水分的顆粒在相互接觸時(shí)，液面發(fā)生合并，減少氣液的表面積，降低系統(tǒng)的自由能，因此，在水的表面張力和粉料黏附力的作用下，聚乙烯粉料結(jié)團(tuán)、黏絲是一個(gè)自發(fā)的過程。潮濕細(xì)粒物料通過這種自發(fā)的吸引作用產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，干燥的細(xì)粒物料之間的作用力對(duì)透篩過程幾乎沒有任何影響［4－5］。因此可以認(rèn)為，潮濕細(xì)粒黏性物料表面水分的含量是引起物料顆粒產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象的主要因素。

篩分過程中，篩分物料表面水分含量的增加，將會(huì)提高篩分物料的運(yùn)動(dòng)阻尼，使物料分層困難，同時(shí)也易堵塞篩孔。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)散狀物料中的外在水分含量達(dá)到7%～14%或者物料的含泥量高時(shí)，篩分作業(yè)幾乎無法進(jìn)行。此時(shí)烘干物料或向物料淋水進(jìn)行濕式篩分，可以提高篩分效率。

2.4 篩面結(jié)構(gòu)

進(jìn)行篩分作業(yè)時(shí)，由于物料在篩面上的運(yùn)動(dòng)速度快，在顆粒表面的水化膜張力和細(xì)粒粉料的黏附力的作用下，細(xì)小顆粒會(huì)黏在一起。有的雖然呈現(xiàn)分散的個(gè)體，但是相互之間也有粘連的性質(zhì)。與此同時(shí)物料顆粒與篩絲發(fā)生非彈性碰撞，造成黏性物料黏附在篩網(wǎng)上。又因篩網(wǎng)上有很多交叉點(diǎn)，篩面上的加固螺釘、篩網(wǎng)支撐梁、篩網(wǎng)與篩梁交接邊界等地方都容易滯留粉料，成為進(jìn)一步集聚的凝聚核，最終在篩網(wǎng)上形成一張覆蓋膜，堵塞篩孔。

上述原因造成篩分過程中篩網(wǎng)極易被堵塞，這嚴(yán)重地影響裝置運(yùn)行安全，尤其是關(guān)鍵機(jī)組的運(yùn)行安全。篩網(wǎng)堵塞與清理過程都容易引起擠壓機(jī)組的生產(chǎn)負(fù)荷與電流的波動(dòng)過大。引發(fā)機(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦顟B(tài)。為保證關(guān)鍵機(jī)組的正常運(yùn)行，減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的非正常狀態(tài)產(chǎn)生，需要對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行針對(duì)性的技術(shù)改造。

3 改造技術(shù)思路

傳統(tǒng)的篩分設(shè)備結(jié)構(gòu)都是篩網(wǎng)或篩板固定在篩箱上，與篩箱一起振動(dòng)，對(duì)篩絲和篩箱材質(zhì)強(qiáng)度的要求很高，且篩分過程中產(chǎn)生的噪聲很大，而且篩絲之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)較小。如果篩孔被堵，篩面的自清理能力較差，主要靠人工每隔一定的時(shí)間清理一次。堵孔現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致篩面的開孔率大大降低，嚴(yán)重影響篩分效率［6－9］。因此，篩網(wǎng)開孔率的大小很大程度上決定了振動(dòng)篩的篩分效率。篩網(wǎng)的開孔率越大，顆粒物料透篩的概率越大，同時(shí)振動(dòng)篩的處理能力也將大大提高。篩分過程中，潮濕細(xì)粒物料表面水分含量很高使得物料之間的“液橋力”明顯增大，導(dǎo)致篩分時(shí)顆粒物料松散困難，流動(dòng)性變差，顆粒與顆粒之間以及顆粒與篩絲之間會(huì)產(chǎn)生粘連，嚴(yán)重時(shí)，篩絲會(huì)“長(zhǎng)粗”，物料則“成餅”。

近年來，國(guó)內(nèi)外研究者一般從兩方面解決潮濕黏性物料的堵孔問題：一是改變振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)；二是對(duì)篩面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括篩絲材質(zhì)和篩面的結(jié)構(gòu)形式。其中振動(dòng)頻率與振動(dòng)篩振幅對(duì)篩分效率的影響有交互效應(yīng)。當(dāng)振動(dòng)頻率較低時(shí)，振幅越大，篩分效率越高，當(dāng)振動(dòng)頻率較高時(shí)，振幅越大，篩分效率越低。當(dāng)振動(dòng)方向角和篩面傾角固定，為了提高振動(dòng)篩的拋射強(qiáng)度，此時(shí)宜采用較大的振幅，同時(shí)篩分機(jī)的頻率相應(yīng)地較?。?0－15］。鑒于此，針對(duì)振動(dòng)篩篩網(wǎng)易堵孔、粘連的問題，提出一種改造方案以期解決該問題，即對(duì)振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高篩分效率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，其思路如下所述，改進(jìn)前后的設(shè)備示意圖見圖4、圖5。

圖4 改造之前示意圖（單位：mm）

（1）在振動(dòng)篩機(jī)體前端加裝一個(gè)限位固定板，在篩網(wǎng)振動(dòng)過程中限制其鉛直方向的位移，同時(shí)依靠與篩網(wǎng)的碰撞起到加劇震動(dòng)的作用；大塊物料跳躍得高，而小顆粒物料跳躍得低，產(chǎn)生有效分層，能夠起到防止堵孔和粘連的作用。

（2）在機(jī)體后端開一條橫槽，將篩網(wǎng)以彈簧和螺栓固定，在此進(jìn)行激振的同時(shí)減低振動(dòng)篩對(duì)外部的振動(dòng)影響。振動(dòng)篩正常篩分作業(yè)時(shí)，噪聲一般高于90dB（A），超過環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)85dB（A）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBD95001—87規(guī)定的90dB（A），嚴(yán)重影響了工人的身心健康。采用這種設(shè)計(jì)方式可以降低振動(dòng)篩的噪聲。

通過上述改造方法，達(dá)到增大振動(dòng)效應(yīng)，降低結(jié)垢速率，以此來節(jié)約除垢時(shí)間和成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 改造之后示意圖（單位：mm）

4 篩分技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前潮濕細(xì)粒黏性物料的篩分是一大難題，經(jīng)過幾十年的不斷研究與探索，無論在理論上還是實(shí)踐上，其篩分技術(shù)都取得了很大的進(jìn)步，篩分效率和處理量也在逐步提高。綜合國(guó)內(nèi)外篩分技術(shù)研究的現(xiàn)狀，難篩分物料的篩分問題具有如下發(fā)展趨勢(shì)。

（1）通過振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究和對(duì)振動(dòng)篩影響因素的分析，發(fā)現(xiàn)采用大振幅、大振動(dòng)強(qiáng)度、較低頻率和新型篩網(wǎng)，能夠獲得較好的篩分效果。

（2）優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)。通過合理調(diào)整振動(dòng)篩分機(jī)械的工作參數(shù)，可以顯著改善篩分效果。提高振動(dòng)篩的振幅，可以強(qiáng)化篩分過程，但是振動(dòng)篩的振動(dòng)強(qiáng)度太大，往往會(huì)影響篩分機(jī)的使用壽命，并且對(duì)篩箱與地基的強(qiáng)度要求也很高。博后篩的篩面采用多段篩面振動(dòng)篩箱和機(jī)架不振動(dòng)的方式，故能在大振幅、大振動(dòng)強(qiáng)度和較低的頻率條件下工作，篩分0～15mm的潮濕黏性細(xì)粒物料時(shí)，仍能取得較好的篩分效果。

（3）工藝組合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外用于篩分潮濕細(xì)粒物料的篩分機(jī)不下幾十種，每種篩分機(jī)都有優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，即沒有一種振動(dòng)篩能夠篩分全部粒級(jí)的物料。因此集中某些型號(hào)篩分機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行組合設(shè)計(jì)是一條可行的思路。

（4）降低噪聲，改善作業(yè)環(huán)境。篩分作業(yè)中產(chǎn)生的噪聲很大，主要來源于振動(dòng)電機(jī)、振動(dòng)篩的整體振動(dòng)和篩網(wǎng)與物料的碰撞等。考慮工人的健康以及環(huán)保要求，生產(chǎn)中采用非金屬材質(zhì)篩網(wǎng)，篩網(wǎng)振動(dòng)篩箱不參與振動(dòng)的方式，具有一定的緩沖作用，可降低噪聲20dB（A）左右［3，16］。

5 結(jié) 論

（1）本文簡(jiǎn)要概述了振動(dòng)篩的篩分機(jī)理以及篩分作業(yè)在散體物料處理工藝處理工藝中的地位。

（2）提出了線性聚乙烯裝置的擠壓機(jī)組中振動(dòng)篩在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的主要問題是堵塞篩網(wǎng)，并分析了具體的原因，給出了一種新的設(shè)計(jì)方案。該方案有加劇篩網(wǎng)震動(dòng)的作用，同時(shí)降低振動(dòng)篩對(duì)外部的振動(dòng)影響。

（3）給出了潮濕細(xì)粒物料篩分機(jī)械將向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、低噪聲的發(fā)展方向。

致謝：本文是在段滋華、李多民兩位導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的。兩位老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、敏銳的思維、寬以待人的崇高品質(zhì)及兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度使我受益匪淺。兩位老師在指導(dǎo)研究工作的同時(shí)，對(duì)本人的生活也給予了無微不至的關(guān)心和幫助。在此論文完成之際，謹(jǐn)對(duì)導(dǎo)師致以最衷心的謝意！

感謝閆江川老師所給予的指導(dǎo)與關(guān)照！

另外，感謝其他所有幫助過我的老師和同學(xué)！

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