趙環(huán)帥，黃 勇，李 準(zhǔn)

1中國(guó)冶金礦山細(xì)粒篩分機(jī)械工程技術(shù)研究中心 河北唐山 063020

2唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北唐山 063299

3華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 河北唐山 063210

振動(dòng)篩是現(xiàn)代礦物加工中的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、電力、建材等行業(yè)中物料的分級(jí)、脫水、脫介等作業(yè)[1-2]。隨著生產(chǎn)需求的不斷提高與科技的不斷進(jìn)步，振動(dòng)篩逐漸向大型化、智能化、高效化及節(jié)能環(huán)保等方面發(fā)展。隨著振動(dòng)篩篩分面積的不斷增大，振動(dòng)篩整機(jī)質(zhì)量也隨之增大，所需動(dòng)力和能耗也較大，在振動(dòng)篩運(yùn)行過(guò)程中對(duì)基礎(chǔ)的負(fù)荷較大。

傳統(tǒng)振動(dòng)篩工作過(guò)程中一般遠(yuǎn)離共振區(qū)，雖然性能穩(wěn)定，但所需功率較大，而整個(gè)篩機(jī)在近共振區(qū)域工作，可以以較小的振動(dòng)功率獲得較大的振幅，對(duì)節(jié)能環(huán)保、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有重要意義[3-4]。國(guó)內(nèi)外對(duì)共振篩相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，也有部分是對(duì)共振篩在現(xiàn)場(chǎng)使用情況的介紹，但由于共振篩對(duì)制造與裝配要求較高，操作與調(diào)試較難，受給料量變化的影響較大，一直未能得到更大范圍的推廣[5-8]。因此，為了適應(yīng)未來(lái)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)現(xiàn)代共振理論的研究成果和相關(guān)技術(shù)，筆者對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化與完善，提高其結(jié)構(gòu)可靠性、性能穩(wěn)定性及工藝效果。

1 結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

單振源共振篩主要由機(jī)架、篩箱組合、收料槽、彈性裝置 (剪切彈簧)、底座、檢修臺(tái)、給料箱、電控柜、振動(dòng)電動(dòng)機(jī)組等結(jié)構(gòu)件組成 (見(jiàn)圖 1)。

圖1 單振源共振篩結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structural sketch of single vibration source resonance screen

(1)篩箱組合 篩箱組合由單層或多層篩箱、振動(dòng)電動(dòng)機(jī)組、連接梁等部件組成。若干個(gè)篩箱通過(guò)連接梁用緊固件實(shí)現(xiàn)剛性連接，篩面與水平面成適當(dāng)傾角以便于物料的流動(dòng)。篩箱間距既要便于觀察篩面物料情況、更換篩網(wǎng)等操作，又要減小占地面積和空間高度。振動(dòng)電動(dòng)機(jī)組安裝在上層篩箱上。篩箱組合部件具有剛度高、工藝性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。

篩箱主要包括篩框、篩網(wǎng)、托網(wǎng)、篩網(wǎng)張緊裝置、托網(wǎng)張緊裝置、振動(dòng)系統(tǒng) (共振彈簧座、共振彈簧硫化件、振動(dòng)排)等部件。根據(jù)用戶(hù)對(duì)設(shè)備耐磨、防腐能力的需求和成本的考慮，可以選擇篩箱表面噴涂油漆或聚氨酯處理，后者具有更高的耐磨、防腐能力。

篩網(wǎng)由工作網(wǎng)和下方托網(wǎng)組成。工作網(wǎng)主要包括不銹鋼細(xì)絲編織復(fù)合網(wǎng)和聚氨酯條縫式柔性篩網(wǎng)，兩種篩網(wǎng)具有良好的互換性。聚氨酯柔性篩網(wǎng)耐磨性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月左右，價(jià)格相對(duì)較高；不銹鋼絲編織復(fù)合網(wǎng)由 2 層不同孔徑的篩網(wǎng)復(fù)合而成，篩網(wǎng)開(kāi)孔率高達(dá) 33% 左右，質(zhì)量輕，篩分效率高達(dá)70%～75%，價(jià)格較低。與振動(dòng)帽直接接觸的為鋼絲繩芯聚氨酯網(wǎng)，稱(chēng)為托網(wǎng)，其主要作用是傳遞和均布激振力，保護(hù)工作網(wǎng)，并提高工作網(wǎng)的剛度。為了方便更換篩網(wǎng)，篩箱中采用快速裝卸張緊機(jī)構(gòu)。

(2)彈性裝置 彈性裝置由若干個(gè)橡膠彈簧組成。把篩箱組合彈性支撐在機(jī)架上，同時(shí)緩沖工作時(shí)對(duì)地基的動(dòng)載荷，尤其是在啟動(dòng)和停車(chē)過(guò)程中通過(guò)共振區(qū)時(shí)形成的共振動(dòng)載荷，減振系數(shù)達(dá) 90% 以上。充分利用橡膠彈簧各方向剛度不同的特性，使彈性系統(tǒng)在有效減輕對(duì)地基動(dòng)載荷的同時(shí)，又能抑制篩箱組合的橫向振動(dòng)。

(3)機(jī)架 機(jī)架為型鋼框架結(jié)構(gòu)，是篩機(jī)各部件的安裝骨架。機(jī)架通過(guò)二次減振彈簧直接放置于地面上。

(4)收料槽 收料槽為鋼板制造的箱形結(jié)構(gòu)，用于收集每層篩箱篩分后的篩上和篩下物料。為提高其耐磨性和耐腐蝕性，在礦漿直接沖刷的內(nèi)表面噴涂聚氨酯襯或粘貼耐磨橡膠板。

2 工作原理及性能特征

單振源共振篩以振動(dòng)電動(dòng)機(jī)組為唯一振動(dòng)源，篩箱組合在振動(dòng)電動(dòng)機(jī)組的作用下形成直線(xiàn)振動(dòng)。同時(shí)，由于篩箱內(nèi)部振動(dòng)排的自身慣性，使振動(dòng)排產(chǎn)生一個(gè)滯后于篩箱的相對(duì)運(yùn)動(dòng) (敲擊篩網(wǎng)達(dá)到清網(wǎng))，且此振動(dòng)頻率與篩機(jī)振動(dòng)頻率處于臨近共振工作狀態(tài)，從而使篩箱內(nèi)篩網(wǎng)和網(wǎng)上物料同時(shí)受到來(lái)自 2 個(gè)不同方向的振動(dòng)，二者合力產(chǎn)生共振式復(fù)合振動(dòng)。其主要特征如下。

(1)利用雙自由度共振原理，設(shè)計(jì)使用單振源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整機(jī)直線(xiàn)振動(dòng)和激振排敲擊篩網(wǎng)振動(dòng)的復(fù)合振動(dòng)，既具有良好的向前拋擲輸送能力，又可獲得高透篩率，顯著提高篩機(jī)的篩分效率。

(2)振動(dòng)參數(shù)采用變頻控制，篩機(jī)采用了隔振及阻尼的協(xié)同效應(yīng)，降低了動(dòng)載荷對(duì)基礎(chǔ)的沖擊。

(3)篩網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸根據(jù)篩分工藝要求確定，可以選配不銹鋼絲網(wǎng)和聚氨酯篩網(wǎng)。篩機(jī)設(shè)計(jì)為 1～5層，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求靈活選用。

3 工藝效果試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

單振源共振篩試驗(yàn)系統(tǒng)采用細(xì)粒級(jí)濕法閉路循環(huán)篩分系統(tǒng)，其試驗(yàn)流程為：物料與水由攪拌桶給入，均勻攪拌后經(jīng)渣漿泵打入緩沖給料箱，然后靜壓給入單振源共振篩進(jìn)行篩分，篩上物與篩下物返回?cái)嚢柰?。該系統(tǒng)單次試驗(yàn)需要物料 200～500 kg，入料、篩上物、篩下物可單獨(dú)取樣，進(jìn)行篩分效率考察。受空間高度局限，試驗(yàn)篩機(jī)采用單層 FG1014 單振源共振篩，即單振源共振篩的上篩箱，其工作原理、振動(dòng)參數(shù)與復(fù)合單振源共振篩完全一致，具有代表性，其有效篩分寬度為 1.0 m，有效篩分長(zhǎng)度為 1.4 m，有效篩分面積為 1.4 m2。

3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單振源共振篩試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括單振源共振篩、攪拌桶、渣漿泵、電磁流量計(jì)、緩沖給料箱 (見(jiàn)圖2)。整套系統(tǒng)安裝在鋼結(jié)構(gòu)架上，分三層平臺(tái)布置，其中一層為車(chē)間自身水泥地面，二、三層為特制鋼結(jié)構(gòu)平面。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

由于冶金選礦行業(yè)濕法分級(jí)中篩孔一般在 0.074～0.300 mm，因此為了研究單振源共振篩的工藝效果，在單振源共振篩試驗(yàn)系統(tǒng)中，取在冶金選礦行業(yè)濕法分級(jí)中常用的 0.12 mm 篩孔，處理量取 12 t/(m2·h)。在磨礦分級(jí)作業(yè)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、60% 時(shí)，入料細(xì)度 (-200目)保持 56.7%。試驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度 (-200目)、篩上細(xì)度(-200 目)、篩下產(chǎn)率、篩分效率進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)如表1 所列。對(duì)表 1 數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與計(jì)算，得到入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)與篩分效果的關(guān)系如圖 3 所示。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)示意Fig.2 Sketch of test system

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 Test data %

圖3 入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)與篩分效果關(guān)系Fig.3 Relationship between feed mass fraction and screening effects

從圖 3 可以看出：隨著入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，篩下細(xì)度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細(xì)度 (-200 目)逐漸減小后逐漸增大；篩下產(chǎn)率與篩分效率逐漸增加而后逐漸減小，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 45% 時(shí)，篩分效率較大(約 75%)，此時(shí)篩上細(xì)度 (-200 目)、篩下產(chǎn)率均達(dá)到最優(yōu)值 (大于 70%)。

為了研究單振源共振篩的在篩分效果最佳時(shí)的處理量，設(shè)定篩孔尺寸為 0.12 mm，入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%，處理量分別為 2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 t/(m2·h)。經(jīng)試驗(yàn)后對(duì)篩下細(xì)度 (-200 目)、篩上細(xì)度 (-200 目)、篩下產(chǎn)率、篩分效率進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)如表 2 所列。對(duì)表 2 數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與計(jì)算，得到處理量與篩分效果的關(guān)系如圖 4 所示。

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 Test data

圖4 處理量與篩分效果關(guān)系Fig.4 Relationship between throughput and screening effects

從圖 4 可以看出：在入料細(xì)度 (-200 目)基本相同的情況下，隨著處理量的增大，篩下細(xì)度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細(xì)度 (-200 目)逐漸增大；篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為 75% 以上時(shí)，處理量可以達(dá)到 13.5 t/(m2·h)。

4 結(jié)論

(1)在處理量保持恒定的情況下，隨著入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，篩下細(xì)度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細(xì)度 (-200 目)逐漸減小后逐漸增大；篩下產(chǎn)率與篩分效率逐漸增加而后逐漸減小，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 45%時(shí)，篩分效率較大 (約 75%)，此時(shí)篩上細(xì)度 (-200目)、篩下產(chǎn)率可以達(dá)到 70% 以上。

(2)在入料質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持恒定的情況下，隨著處理量的增大，篩下細(xì)度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細(xì)度 (-200 目)逐漸增大；篩下產(chǎn)率與篩分效率均逐漸減小。當(dāng)篩分效率為 75% 以上時(shí)，處理量可以達(dá)到 13.5 t/(m2·h)。

(3)由于冶金選礦行業(yè)的濕法分級(jí)中篩孔一般在0.074～0.300 mm，而本試驗(yàn)僅研究了單振源共振篩在篩孔為 0.12 mm 時(shí)的工藝效果，尚存在一定的不足。隨著產(chǎn)品精加工的要求越來(lái)越精細(xì)，特別是對(duì)粒度為150 μm 以下的物料進(jìn)行分級(jí)時(shí)，傳統(tǒng)工藝所應(yīng)用的分級(jí)設(shè)備分級(jí)效率較低，因此應(yīng)采用小于 0.12 mm 的篩孔。筆者所研究單振源共振篩的工藝效果，為單振源共振篩合理采用提供借鑒與參考。