段旭升，張俊山，雷曉樹，李 旭

(1.河南中平魯陽煤電有限公司，河南 平頂山467312；2. 神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司選煤廠， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯010300；3. 平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 田莊選煤廠，河南 平頂山467013)

在我國選煤廠原煤篩分階段，潮濕原煤深度篩分(<13 mm粒級的干法篩分)是當(dāng)今篩分技術(shù)中亟需解決的難題。煤炭在進行深度篩分時，由于潮濕細(xì)粒煤粘性較大，極易粘附在篩板上造成堵孔，或是粘附在大顆粒上成為篩上物[1-2]。普通振動篩的篩板隨篩機同步運動，弛張篩采用柔性篩面對物料進行篩分，改變了篩面在篩機上的運動方式，可徹底解決煤炭深度篩分的堵孔問題[3]。

由于我國裝備制造業(yè)水平的限制，目前在工業(yè)應(yīng)用中較為成熟的弛張篩大多為進口設(shè)備，筆者結(jié)合其中兩種弛張篩的結(jié)構(gòu)特點對其進行結(jié)構(gòu)分析。

1 弛張篩工作原理

馳張篩篩分原理如圖1所示，l為弛張篩篩板，O1和O2為弛張篩篩梁，w為篩板最大撓度，篩板由柔性聚氨酯材料制造，在篩分過程中篩板可發(fā)生變形，篩梁O1和O2的間距也可變化。在篩分過程中，O1、O2的間距在物料運動方向上(x方向)循環(huán)變化，從而帶動篩板做弛張運動。在弛張運動過程中篩面上的篩孔略微變形，可使卡在篩孔中的煤炭顆粒穿過篩面進入篩下物，或是由于篩面較大的彈性被彈離篩面；當(dāng)篩面達到平衡位置時，在垂直于x方向的速度達到最大，篩面對物料的拋射強度也達到最大，此時粘附在篩面的粘性細(xì)小顆粒被揉碎并彈離篩面[4]，因此，弛張篩可解決潮濕細(xì)粒煤篩分過程中的堵孔現(xiàn)象。

圖1 弛張篩結(jié)構(gòu)篩分原理圖

篩面達到平衡位置時，被篩顆粒受到的拋射強度可達50g[5]，與普通振動篩相比(普通振動篩由于篩面為剛性，不可變形，物料所受到的拋射強度和篩機振動強度相等，一般為4～6g)，物料所受到的拋射力顯著提高，被篩顆粒在篩面上可彈升0.5 m甚至更高，因此可很大地提高物料在篩面上的運動速度和弛張篩的處理能力。同時，由于篩面在弛張過程中發(fā)生彎曲，篩面不同位置的相位和振幅各不相同，顆粒在脫離篩面時的速度和方向也各不相同，使被篩顆粒在空中產(chǎn)生激烈碰撞，粘附聚集的物料充分被打散，有利于物料的離析分層，為下一步的透篩過程做好準(zhǔn)備。

根據(jù)驅(qū)動方式不同，我國選煤廠中應(yīng)用的弛張篩主要有兩種：一種是以海茵雷曼公司為代表生產(chǎn)的曲柄連桿驅(qū)動式的LIWELL弛張篩，另一種是以奧地利賓得公司為代表生產(chǎn)的激振器驅(qū)動式的賓得弛張篩。

2 LIWELL弛張篩

2.1 結(jié)構(gòu)

LIWELL弛張篩主要由兩個篩箱組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)篩箱1通過橡膠彈簧4安裝在篩機支架5上；外篩箱2通過導(dǎo)向彈簧3懸掛在內(nèi)篩箱上。弛張篩工作時，驅(qū)動部分產(chǎn)生的力使兩篩箱做相對運動，由于篩板兩端分別固定在內(nèi)外篩箱的橫梁上，因此可以帶動篩板做弛張運動[6]。

1—內(nèi)篩箱；2—外篩箱；3—導(dǎo)向彈簧；4—橡膠彈簧；5—篩機支架

2.2 驅(qū)動原理

如圖3所示，LIWELL弛張篩的驅(qū)動原理可簡化為曲柄連桿機構(gòu)，其中O點代表驅(qū)動軸(即內(nèi)篩箱)，固定在篩機支架上，偏心軸承中心A點與O點之間的偏心距構(gòu)成曲柄。篩機工作過程中，曲柄OA沿驅(qū)動軸O以ω的角速度旋轉(zhuǎn)，從而帶動外篩箱與內(nèi)篩箱做相互運動。

圖3 LIWELL弛張篩曲柄連桿模型

連接內(nèi)外篩框的推拉彈簧如圖4所示，推拉彈簧可簡化為連桿AP，在沿物料方向上(即OP方向)可將曲柄OA的驅(qū)動力傳遞至外篩框P；由于推拉彈簧自身特性，在物料垂直方向上可產(chǎn)生微小變形而不影響其他力學(xué)性能，曲柄OA傳遞到外篩框P的驅(qū)動力可忽略不計，因此LIWELL弛張篩內(nèi)外篩框僅在沿物料方向上產(chǎn)生弛張運動。

圖4 連接內(nèi)外篩框的推拉彈簧

根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系，外篩框的速度為

v=ωrsinωt。

(1)

式中：v為外篩框的速度，m/s；r為偏心半徑(即曲柄長度)，m；ω為主軸角速度，rad/s；t表示開機時間(此處定義開機時曲柄OA從N點沿逆時針運動)，s。

根據(jù)式(1)得到外篩框的運動速度曲線，如圖5所示。

圖5 外篩框的速度曲線

由圖5可知，當(dāng)曲柄OA達到平衡位置時(即與MN垂直的位置)外篩框的速度最大，此時其速度與偏心中心點A的線速度相等，都為ωr。曲柄到達M點和N點時外篩框速度為零，達到極限位置，因此MN即為該篩機的振幅。

3 賓得弛張篩

3.1 結(jié)構(gòu)

賓得弛張篩由主篩框、浮動篩框、激振器、篩板、剪切彈簧與隔振彈簧等部件組成(圖6)，主篩框為賓得弛張篩的主要結(jié)構(gòu)，通過減振彈簧安裝在基礎(chǔ)支架上；浮動篩框通過剪切彈簧安裝在主篩框的下部；激振器安裝在主篩框的中間；篩板兩端分別安裝在兩篩框上[7]。篩機工作時，激振器產(chǎn)生激振力帶動主篩框做圓振動，同時浮動篩框通過二次激振做橢圓運動，在物料運動方向上主篩框與浮動篩框的運動方向相反，從而帶動篩板做弛張運動[8-9]。

1—主篩框；2—浮動篩框；3—激振器；4—固定篩梁；5—浮動篩梁；6—隔振彈簧

3.2 振動機理

用質(zhì)量集中法建立賓得弛張篩的力學(xué)模型，如圖7所示，由于阻尼很小，此模型忽略了弛張篩運動過程中所受到的阻尼。m1為主篩框，通過橡膠彈簧k1與基礎(chǔ)支架相連，并安裝有激振器，在x方向上所產(chǎn)生的激振力為fcosωt(由激振器偏心塊產(chǎn)生的激振力f在x軸的分量所得)，m2為浮動篩框，通過剪切彈簧k2與主篩框相連[10-11]。

圖7 賓得弛張篩力學(xué)模型

根據(jù)圖7所示的力學(xué)模型，建立弛張篩的振動的微分方程為：

m11+(k1+k2)x1-k2k1=fcosωt
m22-k2x1+k2x2=0。

(2)

此方程式為二階線性常系數(shù)非齊次微分方程組，它的解由齊次方程的通解和非齊次方程的特解疊加而成。齊次方程的通解對此問題無意義，特解為穩(wěn)定階段的等幅振動，可通過方程組的特解得到所需各參數(shù)的值。設(shè)方程組的特解為：

x1=A1cosωt
x2=A2cosωt，

(3)

式中：A1為主篩框的振幅，m；A2為浮動篩框的振幅，m。

設(shè)a=k1+k2m1，b=k2m1，c=fm1，d=k2m2。將a、b、c、d和式(3)分別代入式(1)，可得方程組的解：

A1=c(d-ω2)(a-ω2)(d-ω2)-bd
A2=cd(a-ω2)(d-ω2)-bd。

(4)

當(dāng)m1、m2、k1、k2和f值確定后，可得到振幅A1、A2隨頻率ω變化的幅頻特性曲線，如圖8所示。

圖8 賓得弛張篩幅頻特性曲線

由圖8可知，ω1和ω2為弛張篩振動系統(tǒng)的共振頻率，當(dāng)理論振動頻率ω0接近這兩點時，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。而當(dāng)弛張篩的工作頻率接近ω0時，m1、m2的振幅比較穩(wěn)定，且主篩框和浮動篩框的振動方向始終相反，此時系統(tǒng)可以以較小的激振力獲得較大的振幅，使弛張篩篩面產(chǎn)生較大的振動強度。

4 結(jié)論

(1)弛張篩采用柔性篩面對物料進行篩分，通過篩分過程中篩面及篩孔的微小變形，可徹底解決潮濕粘煤深度篩分容易堵孔的現(xiàn)象。

(2)LIWELL弛張篩基本原理可簡化為曲柄連桿機構(gòu)，外篩框的振幅和速度與曲柄的長度和轉(zhuǎn)速相關(guān)；由賓得弛張篩幅頻特性曲線可知，當(dāng)工作頻率接近ω0時，可以以較小的激振力使主篩框和浮動篩框得到較大的穩(wěn)定振幅。