目 錄
1 緒論 1
1.1 引言· 1
1.2 振動(dòng)篩國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2.1國內(nèi)振動(dòng)篩研究現(xiàn)狀 2
1.2.2國外振動(dòng)篩研究現(xiàn)狀 2
1.2.3國內(nèi)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3
1.2.4國外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3振動(dòng)篩的分類及各自的特點(diǎn) 3
1.3.1圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩 3
1.3.2直線振動(dòng)篩 3
1.3.3其它類型的振動(dòng)篩 4
2 ZKB2060直線振動(dòng)篩總體設(shè)計(jì) 5
2.1振動(dòng)篩的選型及工作原理 5
2.2整體方案的確定及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 5
2.2.1篩箱 6
2.2.2激振器 10
2.2.3聯(lián)軸器 11
2.2.4支撐裝置 13
3 ZKB2060直線振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.1 直線振動(dòng)篩篩面上物料的運(yùn)動(dòng)分析 15
3.1.1篩面的運(yùn)動(dòng)方程 15
3.1.2篩面上物料的運(yùn)動(dòng)分析 15
3.2.工藝參數(shù)的選擇 16
3.2.1篩面的長度和寬度 16
3.2.2處理量的校核 17
3.3運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的確定 17
3.3.1篩面的傾角 （） 17
3.3.2拋射角（） 18
3.3.3振動(dòng)強(qiáng)度K的選擇 18
3.3.4拋射強(qiáng)度（） 18
3.3.5振幅和頻率 （A、n） 18
3.3.6振動(dòng)篩參振重量的Matlab計(jì)算 19
3.3.7振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的Matlab優(yōu)化求解 24
3.3.8實(shí)際振動(dòng)強(qiáng)度的校核 30
3.4 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定 30
3.4.1激振器偏心塊質(zhì)量及偏心距的確定 30
3.4.3 彈簧剛度K計(jì)算 30
3.4.4電動(dòng)機(jī)功率的選擇 32
3.4.5 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 33
3.4.5篩箱側(cè)板的設(shè)計(jì) 33
3.4.6篩箱質(zhì)心的計(jì)算 33
3.5 主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
3.5.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
3.5.2 軸承的選擇與校核 37
3.5.3 彈簧的校核計(jì)算 37
3.5.4篩框橫梁強(qiáng)度的計(jì)算 39
3.5.5螺栓的強(qiáng)度校核 41
3.6 基于Matlab/Simulink的動(dòng)態(tài)仿真 43
3.6.1 直線振動(dòng)篩工作原理簡(jiǎn)介 43
3.6.2 直線振動(dòng)篩的動(dòng)力學(xué)分析 44
3.6.3 直線振動(dòng)篩的共振機(jī)理 44
3.6.4 直線振動(dòng)篩的仿真過程 45
3.7 基于Pro/e-Mechanica橫梁的靜載和模態(tài)分析 55
3.7.1 橫梁模型的建立 55
3.7.2 橫梁的靜載分析 55
3.7.2 橫梁的模態(tài)分析 56
4 ZKB2060直線振動(dòng)篩的安裝與維護(hù) 58
4.1直線振動(dòng)篩的安裝與調(diào)試 58
4.1.1篩分機(jī)的工藝配置關(guān)系 58
4.1.2安裝 58
4.1.3試運(yùn)轉(zhuǎn) 59
4.2 直線振動(dòng)篩的維護(hù)與檢修 60
4.2.1 篩分機(jī)的操作 60
4.2.2日常維護(hù)、保養(yǎng) 60
經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 62
參考文獻(xiàn) 63
附錄 64
翻譯部分 65
英文原文 65
中文譯文 69
致謝 75
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第97頁
1 緒論
1.1 引言·
我國是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家，難選煤和高硫煤所占比重較大，而且隨著我國潔凈技術(shù)的發(fā)展及對(duì)人類生存環(huán)境的日益重視，大力發(fā)展高效率的選煤技術(shù)是必然結(jié)果。
選煤是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ)，先進(jìn)高效和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選煤技術(shù)一直是人們追求的目標(biāo)，雖然選煤技術(shù)的發(fā)展仍將趨于多元化，但基本趨勢(shì)是：選煤裝備大型化；重介技術(shù)占主要市場(chǎng)；裝配式成為選煤廠建設(shè)的新模式；選煤過程控制自動(dòng)化和全廠自動(dòng)化。
我國的煤炭洗選加工技術(shù)，通過自行研究開發(fā)和引進(jìn)消化，已有長足的進(jìn)步。國外已有的各種分選工藝我國均已具有，在個(gè)別領(lǐng)域已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
近年來，在選煤工藝的研究開發(fā)方面有了較大發(fā)展，基本滿足了不同條件選煤生產(chǎn)的需求。
跳汰方面，在深入進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，采用多項(xiàng)新技術(shù)開發(fā)了SKT系列和X系列跳汰機(jī)，其適應(yīng)煤質(zhì)的能力、自動(dòng)化程度都可與國外同類設(shè)備相媲美，目前進(jìn)一步向智能化、全自動(dòng)化方向發(fā)展；自行開發(fā)的液壓驅(qū)動(dòng)式動(dòng)篩跳汰機(jī)已初步形成系列，其技術(shù)指標(biāo)、理論研究成果都接近或超過國際先進(jìn)水平。
重介質(zhì)方面，研究開發(fā)的大型無壓、有壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國際先進(jìn)水平，且實(shí)現(xiàn)了大面積推廣；研制的大型重介質(zhì)分選機(jī)，分選指標(biāo)優(yōu)于同型號(hào)的“TESKA”分選機(jī)，已形成系列；在國際上率先研制成功的50～0mm重介質(zhì)旋流器和隨后開發(fā)的－0．5mm級(jí)煤泥重介質(zhì)旋流器及其分選工藝，使選煤工藝流程得到簡(jiǎn)化并取得了良好的技術(shù)效果。我國自行開發(fā)的空氣重介流化床干法選煤系統(tǒng)，在國際上首先應(yīng)用于生產(chǎn)。
浮選方面，在對(duì)傳統(tǒng)浮選工藝和設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步完善的基礎(chǔ)上，已經(jīng)形成了各種機(jī)械攪拌式、噴射旋流式浮選機(jī)系列，同時(shí)對(duì)強(qiáng)化細(xì)粒級(jí)浮選效果的各種浮選柱、高選擇性浮選機(jī)等進(jìn)行了初步的研究并取得了一定的進(jìn)展。
煤泥水處理方面，在壓濾機(jī)得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了強(qiáng)氣壓穿流式壓濾脫水的概念，并完成了200平方米強(qiáng)氣壓穿流式壓濾機(jī)的工業(yè)性試驗(yàn)；經(jīng)過二十多年的研究開發(fā)，研制成功了系列圓盤加壓過濾機(jī)，技術(shù)指標(biāo)與國際同類設(shè)備相近并已得到推廣；研制的大型臥式沉降離心機(jī)、平帶式過濾機(jī)、大型盤式真空過濾機(jī)等新型煤泥回收工藝及設(shè)備也已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。
原煤準(zhǔn)備及篩分脫水方面，已開發(fā)使用了大型多齒輥破碎機(jī)和強(qiáng)力分級(jí)破碎機(jī)，超過16平方米的大型分級(jí)篩也已在選煤廠應(yīng)用；利用模態(tài)分析技術(shù)開發(fā)了系列重心偏移式振動(dòng)脫水篩并廣泛推廣；節(jié)能的高頻振動(dòng)電磁篩、各種高頻篩也已在生產(chǎn)中應(yīng)用。
此外，在復(fù)合式干法選煤、煤泥濾餅干燥破碎等方面，也取得了初步的成果；對(duì)高梯度磁選、選擇性絮凝、摩擦靜電選煤及微波、化學(xué)脫硫法等新技術(shù)，也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)探索。
振動(dòng)篩具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠、維修量小、故障率低、篩面不易堵塞、篩分效率高、造價(jià)低等特點(diǎn)，而且無論振動(dòng)篩振動(dòng)還是不振動(dòng)時(shí)都能隨時(shí)清理篩內(nèi)雜物，不影響振動(dòng)篩的正常工作。因此，振動(dòng)篩在篩選煤中有著廣泛的應(yīng)用。
振動(dòng)篩是洗煤選中不可缺少的一種裝置，在后續(xù)工作中起著非常重要的作用。它不僅對(duì)細(xì)煤有篩選作用，而且對(duì)粗煤也有振動(dòng)細(xì)化的作用。
由于本次設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩激振力大，篩箱及其上面的物料運(yùn)動(dòng)有很大的加速度，所以特別適合于煤炭的脫水，脫介和脫泥，也同時(shí)用于分級(jí)處理。本次設(shè)計(jì)的新型振動(dòng)篩不僅適合煤炭行業(yè)，同時(shí)也適合化工，冶金、礦山。
1.2 振動(dòng)篩國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1國內(nèi)振動(dòng)篩研究現(xiàn)狀
由于工業(yè)發(fā)展緩慢，基礎(chǔ)比較薄弱，理論研究和技術(shù)水平落后，我國篩分機(jī)械的發(fā)展是本世紀(jì)50年的事情，大體上可分為三個(gè)階段。
仿制階段：這期間，仿制了前蘇聯(lián)的RYT系列圓振動(dòng)篩、BKT-11、KT-OMZ型搖動(dòng)篩；波蘭的WK-15圓振動(dòng)篩、CJM-21型型搖動(dòng)篩和WP1、WP2型吊式直線振動(dòng)篩。這些篩分機(jī)仿制成功，為我國篩分機(jī)械的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)了一批技術(shù)人員。
自行研制階段：從1966年到1980年研制了一批性能優(yōu)良的新型篩分設(shè)備，1500mmx3000mm重型振動(dòng)篩及系列，15平方，30平方共振篩及系列，煤用單軸、雙軸振動(dòng)篩系列，YK和ZKB自同步直線振動(dòng)篩系列，等厚、概率篩系列，冷熱礦篩系列。這些設(shè)備雖然存在著故障較多、壽命較短的問題，但他們的研制成功基本上滿足了國內(nèi)需求，標(biāo)志著我國篩分機(jī)走上了獨(dú)立發(fā)展的道路。
提高階段：進(jìn)入改革開放的80年代，我國篩分機(jī)的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。成功研制了振動(dòng)概率篩系列，旋轉(zhuǎn)概率篩系列，完成了箱式激振器等厚篩系列、同步重型等厚篩系列、重型冷熱礦篩系列、馳張篩、螺旋三段篩的研制，粉料直線振動(dòng)篩、琴式振動(dòng)篩、旋流振動(dòng)篩、立式圓筒篩的研制也取得了成功。
1.2.2國外振動(dòng)篩研究現(xiàn)狀
國外從16世紀(jì)開始篩分機(jī)械的研究與生產(chǎn)，在18世紀(jì)歐洲工業(yè)革命時(shí)期，篩分機(jī)械得到迅速發(fā)展，到本世紀(jì)篩分機(jī)械發(fā)展到一個(gè)較高水平。
德國的申克公司可提供260多種篩分設(shè)備，STK公司生產(chǎn)的篩分設(shè)備系列品種較全，技術(shù)水平較高，KHD公司生產(chǎn)200多種規(guī)格篩分設(shè)備，通用化程度較高，KUP公司和海因勒曼公司都研制了雙傾角的篩分設(shè)備。美國RNO公司新研制了DF11型雙頻率篩，采用了不同速度的激振器。DRK公司研制成三路分配器給料，一臺(tái)高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。日本東海株式會(huì)社和RXR公司等合作研制了垂直料流篩，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和旋回運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，對(duì)細(xì)料一次分級(jí)特別有效。英國為解決從濕原煤中篩出細(xì)粒末煤，研制成功旋流概率篩。前蘇聯(lián)研制了一種多用途兼有共振篩和直線振動(dòng)篩優(yōu)點(diǎn)的自同步直線振動(dòng)篩。
1.2.3國內(nèi)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
積極開展篩分技術(shù)研究，提高原煤干式深度篩分技術(shù)，降低分級(jí)下限和增加煤炭品種，著重解決粒度細(xì)、水分高和粘度大的難篩物料的分級(jí)技術(shù)；為滿足大露天礦選用，研制重型分級(jí)篩，適用于500毫米以下物料篩分；為提高篩板的壽命和效果，著重發(fā)展焊接篩網(wǎng)，非金屬篩面；共振篩有被淘汰之勢(shì)，應(yīng)大力發(fā)展塊偏心圓振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩。
1.2.4國外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
國外篩分設(shè)備仍以發(fā)展振動(dòng)篩為主，振動(dòng)篩向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化方向發(fā)展；向大型化方向發(fā)展，但最大到55平方米，已夠用了；增大篩面傾角，提高篩分效率；發(fā)展細(xì)粒篩分設(shè)備，篩孔尺寸小到0.1～0.3毫米；旋流篩使用逐漸增多；共振篩發(fā)展停滯。
1.3振動(dòng)篩的分類及各自的特點(diǎn)
1.3.1圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩
圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩是利用不平衡重激振器使篩箱振動(dòng)的篩子，其運(yùn)動(dòng)軌跡一般為圓形。它普遍應(yīng)用于煤炭、礦山廠的預(yù)先篩分、準(zhǔn)備篩分以及脫水作業(yè)中。由于其篩面的圓形振動(dòng)軌跡，使篩面上的物料不斷地翻轉(zhuǎn)和松散，因而圓振動(dòng)篩具有以下特點(diǎn)：細(xì)粒級(jí)有機(jī)會(huì)向料層下部移動(dòng)，并通過篩孔排出；卡在篩孔中的物料可以跳出，防止篩孔堵塞；篩分效率較高；可以變化篩面傾角，從而改變物料沿篩面的運(yùn)動(dòng)速度，提高篩子的處理量；對(duì)于難篩物料可以使主軸反翻，從而使振動(dòng)方向同物料運(yùn)動(dòng)方向相反，物料沿篩面運(yùn)動(dòng)速度降低（在篩面傾角與主軸轉(zhuǎn)速相同的情況下），以提高篩分效率。
國外又將圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩分為單軸慣性振動(dòng)篩和自定中心振動(dòng)篩兩種。單軸慣性振動(dòng)篩特點(diǎn)是激振器的軸和皮帶輪參與振動(dòng)；優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造；缺點(diǎn)是由于皮帶輪與篩箱一起振動(dòng)，無論電動(dòng)機(jī)在任何角安裝都不能避免皮帶傳動(dòng)中心距的反復(fù)變化，從而引起三角皮帶的反復(fù)伸縮，大大影響其使用壽命。波蘭的WK型振動(dòng)篩屬于單軸慣性振動(dòng)篩。
自定中心振動(dòng)篩優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)三角皮帶輪不與篩箱一起振動(dòng)，故傳動(dòng)皮帶壽命較長，工作較穩(wěn)定。自定中心振動(dòng)篩又可分為軸承偏心式和皮帶輪偏心式兩種。前者又名萬能懸掛篩，因其篩箱振動(dòng)時(shí)，主軸中心線和皮帶輪的空間位置保持不變，故目前已很少使用；后者工作時(shí)，皮帶輪回轉(zhuǎn)中心線固定不動(dòng)，所以傳動(dòng)三角皮帶就不會(huì)時(shí)緊時(shí)松，具有頻率較穩(wěn)定、皮帶壽命較長等特點(diǎn)。美國萊普爾-弗洛型振動(dòng)篩是典型的皮帶輪偏心式振動(dòng)篩。
1.3.2直線振動(dòng)篩
直線振動(dòng)篩是靠兩根帶不平衡重的軸作同步異向旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動(dòng)的篩子。其篩面呈水平或傾斜安裝，運(yùn)動(dòng)軌跡一般為直線，故稱之為直線振動(dòng)篩或水平振動(dòng)篩。直線振動(dòng)篩具有下列特點(diǎn)：它的動(dòng)力平衡與物料在篩面上的運(yùn)動(dòng)情況較好；物料在篩面上的移動(dòng)不是依靠篩子的傾角而是依靠激振力，故篩面一般水平安裝，所以廠房高度較低；全封閉、不堵孔和堅(jiān)固耐用，篩面有兩層、三層和四層之分；由于篩箱運(yùn)動(dòng)中有較大的加速度，所以特別適合于煤炭的脫水、脫泥、脫介以及物料的分級(jí)。
國外直線振動(dòng)篩采用箱式激振器者較多，如美國Low-Head型、西德USL型、日本古河A型、日本永田雙偏心軸式、法國皮克雙偏心軸式等。采用筒式激振器的有美國SS型和SG型、日本川崎D型和古河E型及橫山橢圓振動(dòng)篩等。
1.3.3其它類型的振動(dòng)篩
（1）等厚篩
我國現(xiàn)有的ZD型直線等厚篩系列，有7種基本規(guī)格，總篩分效率一般在85%以上，限上限下率一般為5%～10%。ZD系列等厚篩適用于需要精確分級(jí)的煤炭及類似比重物料的干濕式篩分，處理量較大，篩分深度可至6毫米。
（2）概率篩分機(jī)
概率篩分機(jī)通過采用大篩孔、大傾角和多層篩面結(jié)構(gòu)，使物料近似篩分而提高篩機(jī)處理能力和干式篩分的深度。QGS型琴弦概率篩是在GS型煤用概率篩的基礎(chǔ)上，吸收琴弦篩的特點(diǎn)研制的。該篩能有效地對(duì)潮濕煤炭進(jìn)行6毫米干式分級(jí)，篩選產(chǎn)品能滿足空氣重介流態(tài)床分選機(jī)對(duì)人選煤的要求。琴弦篩網(wǎng)在共振狀態(tài)下工作，篩孔不易堵塞。
（3）GPS型高頻振動(dòng)細(xì)篩
GPS-900-3型高頻細(xì)篩是在吸收美國Derrick高頻細(xì)篩技術(shù)的基礎(chǔ)上研制的，該篩采用了疊層篩網(wǎng)(由三層孔徑不同的不銹鋼編織篩網(wǎng)疊合而成)、三路給礦(沿篩面長布置三個(gè)給礦器)和長圓筒形振動(dòng)器(電機(jī)軸兩端裝由偏重塊和調(diào)偏塊組成的振子)振頻2850次/分。目前已在黑色和有色金屬閉路磨礦作業(yè)中，作為分級(jí)設(shè)備推廣應(yīng)用，分級(jí)總效率達(dá)60%～70%。
（4）電磁振動(dòng)旋流篩
電磁振動(dòng)旋流篩是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高效脫水脫泥設(shè)備。該篩無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，無需潤滑，不需動(dòng)力，不僅用于選煤廠，還可推廣用作污水處理和選礦廠及其它類似物料的脫水脫泥和分級(jí)設(shè)備。目前該篩已形成用于粗煤泥的C型和用于末煤的M型兩種型號(hào)。
2 ZKB2060直線振動(dòng)篩總體設(shè)計(jì)
2.1振動(dòng)篩的選型及工作原理
機(jī)型的選擇主要依據(jù)以下條件確定：1、篩分物料的名稱、堆積比重、黏度、溫度2、每小時(shí)的處理量3、篩網(wǎng)目數(shù)4、物料的粒度比例和要求的篩分精度5、物料的酸堿性（確定使用304#不銹鋼或者316L 不銹鋼）6、生產(chǎn)場(chǎng)地放置振動(dòng)篩的空間尺寸。
振動(dòng)篩的工作原理：振動(dòng)篩是利用速度和加速度作周期變化的篩面，使物料在篩面上產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，篩面配備以適當(dāng)?shù)暮Y孔，同時(shí)在風(fēng)道里運(yùn)用適當(dāng)?shù)臍饬魉俣龋垂任锖碗s質(zhì)粒度大小和懸浮速度的不同進(jìn)行分離的。
圖2.1直線振動(dòng)篩的原理圖
1 出料口；2篩面；3橫梁；4篩板；5減振裝置；
6肋板；7激振器 ；8輪胎聯(lián)軸器；9電動(dòng)機(jī)
根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，選煤的工藝和運(yùn)動(dòng)性能，即篩洗過的煤，脫水、脫介、脫泥的煤，并且篩50mm以下的煤料，選擇直線振動(dòng)篩較為合適。
本次設(shè)計(jì)的直線振動(dòng)篩采用可調(diào)節(jié)激振力大小的塊偏心激振器，雙電機(jī)自同步驅(qū)動(dòng)，并采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接、橡膠彈簧支承和萬向聯(lián)軸節(jié)，具有調(diào)整方便、操作簡(jiǎn)單、維修量小、振動(dòng)噪聲低、振動(dòng)頻率高、分級(jí)效率高、使用壽命長等到優(yōu)點(diǎn)，安裝方式為座式，分為單層和雙層，篩板結(jié)構(gòu)為沖孔篩板或條縫篩網(wǎng)。適用于選煤、選礦、發(fā)電、制糖等工業(yè)對(duì)中、細(xì)粒度物料進(jìn)行干、濕式分級(jí)或脫水、脫介、脫泥。
2.2整體方案的確定及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
直線振動(dòng)篩主要由篩箱、激振器、聯(lián)軸器、振動(dòng)電機(jī)、減振彈簧、支撐裝置等組成。
2.2.1篩箱
篩箱是篩子的承載部分，由篩框及固定在它上面的篩面組成。篩箱是由側(cè)板，后擋板，下橫梁，上橫梁等四部分組成。側(cè)板一般使用6~10mm的鋼板和角鋼組合而制成，利用橫梁將兩塊側(cè)板連接起來，使篩框成整體結(jié)構(gòu)。側(cè)板用于傳遞激振力，在它的中部鉚接有座圈，激振器就連接在座圈上。為加強(qiáng)側(cè)板的剛度，在座圈附近采用雙層鋼板，并在適當(dāng)?shù)奈恢勉T接角鋼以補(bǔ)強(qiáng)。
對(duì)于小型篩子，篩框的材質(zhì)一般采用Q235普通碳素鋼。這種材料的可焊性好，但強(qiáng)度和沖擊韌性較低。對(duì)于大型篩子，采用高強(qiáng)度和高沖擊韌性的鋼材，其常用的材料是16Mn或鍋爐鋼板。采用優(yōu)質(zhì)鋼材可以提高材料的強(qiáng)度。而且還能減輕篩框的質(zhì)量，對(duì)篩箱的結(jié)構(gòu)帶來一定的好處。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，選型2060振動(dòng)篩屬于大型振動(dòng)篩的范疇，故選用Q235鋼的材料，以方便使用的年限及經(jīng)濟(jì)的合理性。
圖2.2 篩框的結(jié)構(gòu)
1橫梁；2承料板；3內(nèi)側(cè)加強(qiáng)板；4外側(cè)加強(qiáng)板；5側(cè)板；6支撐架；7抗磨版；8橫梁；9螺栓夾座；10排料嘴
篩框結(jié)構(gòu)常用的連接方式有環(huán)槽鉚接和高強(qiáng)度螺栓連接，對(duì)于小型篩，也可采用焊接。采用環(huán)槽鉚接和高強(qiáng)螺栓連接因無內(nèi)應(yīng)力，對(duì)振動(dòng)負(fù)荷有良好的適應(yīng)能力，普遍用于大型振動(dòng)篩上，但制造工藝復(fù)雜；焊接結(jié)構(gòu)施工方便，但由于焊縫復(fù)雜，內(nèi)應(yīng)力大，在強(qiáng)烈的振動(dòng)負(fù)荷作用下往往發(fā)生焊縫開裂甚至造成構(gòu)件的斷裂。
要消除焊接后的內(nèi)應(yīng)力，最常用的方法是高溫退火處理, 這個(gè)方法是將構(gòu)件均勻加熱至600攝氏度到650攝氏度，并保溫一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻。
篩面一般按被篩物料的粒度和篩分作業(yè)的工藝要求來選擇。常用的篩面基本上可分為5種：
( 1 )板狀篩面
板狀篩面是在鋼板上沖孔的一種最牢固的篩面。主要用于大塊物料的分級(jí)，沖孔篩板的形狀和排列方式，有多種多樣。篩板的材質(zhì)可選用A3、16Mn、16MnCr等鋼板，厚度5～8mm。也可采用聚氨酯橡膠。
不同形狀的篩孔其排列方式也不同。長方形篩孔，其長邊應(yīng)與物料運(yùn)動(dòng)方向一致，或呈一定角度；圓形、六角形及正方形等篩孔的中心一般按等邊三角形布置。篩孔排列方式與料流方向的關(guān)系如下圖所示，用箭頭表示料流方向。
圖2.3 沖孔篩板孔的形狀及排列方式
篩孔間的距離應(yīng)考慮篩面的強(qiáng)度和開孔率的大小。板狀篩面的開孔率一般為50%左右。其中長方形孔的篩面開孔率最大，方形孔次之，呈三角形排列的圓形孔篩面開孔率最低。
( 2 )棒條篩面
棒條篩面是由平行排列的具有一定斷面形狀的一組棒條固定在結(jié)實(shí)的橫梁上面支撐。其特點(diǎn)是：篩面平滑、抗堵塞性好、篩孔尺寸為棒條之間的縫隙寬度。棒條篩面主要用于靜態(tài)的固定篩和重型振動(dòng)篩上，篩分來自礦山的原礦。物料給到篩面的一端，順著棒條方向向下滑動(dòng)、細(xì)粒透過篩孔，粗粒從篩面的另一端排出。棒條篩面的開孔率為50%～60%。
圖2.4 棒條的斷裂形狀
( 3 )編織篩面
編織篩面是由金屬的徑絲（沿篩面長度方向）和緯絲（橫穿篩面）編織而成。為防止網(wǎng)絲錯(cuò)動(dòng)，保證篩分精度，通常把金屬絲進(jìn)行卷曲或壓成凹型，然后再編織成網(wǎng)。篩網(wǎng)突出的優(yōu)點(diǎn)是開孔率高（可達(dá)70%～75%），重量輕，制造方便。缺點(diǎn)是與篩板比，牢固性差，使用壽命短。
圖2.5 編制篩網(wǎng)的形狀
a-三緯絲長孔；b-正方形篩孔
篩絲的材質(zhì)可選用高碳鋼、不銹鋼或彈簧鋼。編織篩網(wǎng)又分金屬篩網(wǎng)和網(wǎng)狀絲布，金屬篩網(wǎng)的篩孔較大，金屬絲較粗，多用于中、細(xì)料級(jí)的篩分。網(wǎng)狀絲布的篩孔很?。ㄗ钚『Y孔尺寸為0.038mm）主要用于粉狀物料的脫泥、脫水或濕式分級(jí)。篩絲直徑選取必須兼顧篩面載荷、篩網(wǎng)壽命、開孔率等因素。
正方形篩孔的優(yōu)點(diǎn)是分級(jí)精度高；長方形篩孔的優(yōu)點(diǎn)是開孔率高，不易堵塞篩孔。如果孔的長邊順著物料流動(dòng)方向時(shí)，篩分精度較低。
( 4 )條縫篩面
條縫篩面有穿條式、焊接式和編織式三種形式。穿條式篩面優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，缺點(diǎn)是制造復(fù)雜，材料消耗大，開孔率較低。
篩條是組成條縫篩面的基本元件。其斷面形狀可歸納為三種：等腰三角形、梯形和U型。篩條的尺寸參數(shù)有3個(gè)：條背高度、高度和錐角。圓形斷面篩條尺寸以直徑D表示。
圖2.6 條縫篩面
a-穿條式條縫篩面；b-焊接式條縫；c-篩面篩條的斷面形式
①等邊三角形斷面的篩條具有銳利的尖角，能破壞附著在顆粒表面上的水膜；由于錐角大，篩孔不易被物料堵塞，脫泥、脫介效果好。但由于尖角處易磨損，縫隙容易變大。
②等腰三角形斷面的篩條高度較大，除了脫泥、脫介效果好外，還可以提高篩條強(qiáng)度和使用壽命。在弧形篩及脫水篩上應(yīng)用較多。
梯形斷面的篩條強(qiáng)度高，篩面磨損后，縫隙變化小。可用于較粗粒級(jí)物料的分級(jí)和脫水。因此根據(jù)本次設(shè)計(jì)的目的和振動(dòng)篩篩面的要篩的物料，采用條縫篩面中的梯形斷面最為合適。
③圓形斷面的篩面縫隙不會(huì)因磨損發(fā)生變化，使用壽命長，但易堵塞篩孔。篩條的材料有不銹鋼、低碳鋼和塑料等。當(dāng)物料具有較大磨損性時(shí)?？刹捎勉t錳不銹鋼和高錳高氮不銹鋼制造篩條，該材質(zhì)具有很高的耐磨性。
( 5 )非金屬篩面
非金屬篩面主要有橡膠、尼龍和聚氨酯三種。橡膠篩面的材質(zhì)主要有天然橡膠、合成橡膠、聚氨酯橡膠等；其中聚氨酯橡膠性能最佳，具有耐磨損、質(zhì)量輕、噪音小和篩面自凈效果好等優(yōu)點(diǎn)。橡膠篩面一般采用兩層制作，下層膠為韌性層硬度高，彈性低，起支承作用，包罩在加強(qiáng)芯上，其厚度占總厚的30%；上層為耐磨橡膠層，要求材質(zhì)彈性高，硬度略低。非金屬篩面的骨架一般用鋼筋、扁鋼或鋼絲繩制作。鋼絲繩強(qiáng)度高、柔性好，制作的篩面便于安裝和具有較高的開孔率。
圖2.7 日本三星皮帶公司的聚氨酯分級(jí)篩面
1-聚氨酯橡膠；2-人造纖維骨架；3-鋼絲繩骨架
橡膠和聚氨酯篩面的特點(diǎn)：
（1）使用壽命長。
（2）篩分效果好，堵孔現(xiàn)象少。
（3）由于篩面能有效地吸收物料的沖擊振動(dòng)和摩擦等產(chǎn)生的1～3kHz的聲音，因此降低了篩分機(jī)工作的噪音，改善了工作環(huán)境。
（4）質(zhì)量輕。
橡膠和聚氨酯篩面的缺點(diǎn)是價(jià)格貴，篩面有效面積小，即開孔率低。
根據(jù)以上篩面的比較，和本次設(shè)計(jì)的要求，即針對(duì)經(jīng)原煤分級(jí)要求，選用沖孔篩板，最為合適。
篩面的固定方法
篩面的固定方法可分為4類：木楔壓緊、拉鉤張、緊栓壓緊和斜板壓緊。
1、木楔壓緊
沖孔篩板和條縫篩板可用木楔將篩面固定在篩框上。在篩箱兩側(cè)的壁上，對(duì)稱的焊接兩條長角鋼，在其上方間隔一定距離焊有一段短角鋼，并與長角鋼各呈傾斜。篩面支撐在兩角鋼之間，用木楔和木條壓緊。木楔遇水后膨脹?？梢园押Y面壓得很緊，此法簡(jiǎn)單可靠，更換篩面方便。
圖2.8 木楔壓緊篩面
2、拉鉤張緊
對(duì)編織篩網(wǎng)或厚度小于6mm的篩板，可以將篩網(wǎng)或篩板末端彎成鉤形;如果篩絲直徑小，則用薄鋼板與橡膠墊把篩網(wǎng)邊緣包住，再彎成鉤形，然后用拉鉤及螺栓固定。
3、螺栓壓緊
直接用螺栓將篩面壓緊在篩框上的連接方式適用于篩絲較粗大的編織篩網(wǎng)，以及厚度大于8mm的篩板、棒條篩面、橡膠篩面和其它篩面的中部固定。螺栓的形式以前常用U形，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，但拆裝麻煩。近年來改用J形螺栓，較U形螺栓適用方便。因此對(duì)本次設(shè)計(jì)而言采取此種固定方式較好。
4、斜板壓緊
該方法是通過篩框兩側(cè)幫上的螺栓、斜板等將篩面兩邊固定在篩框上。通常用于中等粒級(jí)篩分的薄鋼板沖孔篩面、橡膠和聚氨脂篩板的固定。
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是為精煤分級(jí)脫水，為了可以更好地把篩面壓緊，再根據(jù)上述的壓緊方式的比較和本次設(shè)計(jì)的具體要求，采用斜楔壓緊方式較為合適。
2.2.2激振器
激振器是附加在某些機(jī)械和設(shè)備上用以產(chǎn)生激勵(lì)力的裝置，是利用機(jī)械振動(dòng)的重要部件。激振器能使被激物件獲得一定形式和大小的振動(dòng)量，從而對(duì)物體進(jìn)行振動(dòng)和強(qiáng)度試驗(yàn)，或?qū)φ駝?dòng)測(cè)試儀器和傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。激振器還可作為激勵(lì)部件組成振動(dòng)機(jī)械，用以實(shí)現(xiàn)物料或物件的輸送、篩分、密實(shí)、成型和土壤砂石的搗固等工作。
按激勵(lì)型式的不同,激振器分為慣性式電動(dòng)式、電磁式、電液式、氣動(dòng)式和液壓式等型式。激振器可產(chǎn)生單向的或多向的，簡(jiǎn)諧的或非簡(jiǎn)諧的激勵(lì)力。
激振器按功能形式分類的種類很多，著重介紹以下幾種。
（1）篩幫式塊偏心激振器
該激振器由軸承座、滾動(dòng)軸承、主偏心塊、副偏心塊、軸、注油裝置和防護(hù)罩等組成，調(diào)節(jié)主、副偏心塊夾角可改變激振力的大小。
此種形式激振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，便于安裝、制造與維護(hù)，軸承采用潤滑脂潤滑，減少漏油現(xiàn)象，無大型鑄造件及加工件。
圓振動(dòng)篩可采用兩套塊偏心激振器，分別安裝在篩箱兩側(cè)，直線振動(dòng)篩利用自同步原理使用四套偏心激振器，篩箱兩側(cè)分別安裝兩套塊偏心激振器。因此，直線振動(dòng)篩和圓振動(dòng)篩可采用該種結(jié)構(gòu)，便于系列化、通用化。激振器可采用萬向傳動(dòng)軸或者其他連接方式傳遞動(dòng)力。該激振器由于直接安裝在篩箱兩側(cè)，因此，撓力直接作用在篩幫上，對(duì)篩箱彎矩小，受力狀況好。我國煤用ZKB、ZKR、YK、YKR等系列篩分機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)形勢(shì)的激振器。
圖2.9 塊式激振器
1偏心塊；2配重板；3軸承座；4軸承蓋；5擋圈；6軸；7調(diào)心滾子軸承；8篩箱側(cè)板；9壓圈
（2）箱式激振器
箱式激振器采用偏心塊激振，有多種形勢(shì)結(jié)構(gòu)，主要有左右分箱式包容結(jié)構(gòu)、偏心塊外置式上下分箱結(jié)構(gòu)和偏心塊外置式整體結(jié)構(gòu)。 由于該激振器箱體采用整體結(jié)構(gòu) ，因此，具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低，整體精度容易保證，傳動(dòng)件潤滑集中、密封好等優(yōu)點(diǎn)。但維修稍有不便。廣泛用于香蕉篩、直線振動(dòng)篩等。
對(duì)上述激振器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的比較和本次具體設(shè)計(jì)的內(nèi)容，結(jié)合洗煤技術(shù)的發(fā)展和直線振動(dòng)篩的配合使用，采用塊式激振器對(duì)洗煤振動(dòng)地效果最佳。
2.2.3聯(lián)軸器
聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。在振動(dòng)系統(tǒng)中，采用的聯(lián)軸器由三種形式：萬向聯(lián)軸器，輪胎聯(lián)軸器和橡膠聯(lián)軸器。
圖2.10 萬向聯(lián)軸器
（1）萬向聯(lián)軸器有多種結(jié)構(gòu)型式，例如：十字軸式、球籠式、球叉式、凸塊式、球銷式、球鉸式、球鉸柱塞式、三銷式、三叉桿式、三球銷式、鉸桿式等，最常用的為十字軸式，其次為球籠龍，萬向聯(lián)軸器的共同特點(diǎn)是角向補(bǔ)償量較大，不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。萬向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是具有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型。
（2）橡膠聯(lián)軸器，又稱散爪性聯(lián)軸器。主要由法蘭，圓形平膠帶，壓板和螺栓等構(gòu)成。在傳動(dòng)源與被傳動(dòng)的元件之間，起到傳遞動(dòng)力的作用。橡膠聯(lián)軸器利用橡膠環(huán)工作時(shí)產(chǎn)生軸向扭轉(zhuǎn)變形，以實(shí)現(xiàn)減振緩沖和補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移的聯(lián)軸器。在等剪應(yīng)力的V形截面橡膠環(huán)的兩側(cè)面上經(jīng)硫化粘接著兩個(gè)金屬環(huán)，形成橡膠組合件，利用擰入金屬環(huán)螺紋孔的螺釘將兩半聯(lián)軸器成一體，以傳遞動(dòng)力。為了降低應(yīng)力集中和提高組合件的使用壽命，在橡膠環(huán)內(nèi)徑處制成圓角過渡的截形，圓角半徑約為窄邊寬度的三分之一。
這種聯(lián)軸器裝拆橡膠組合件時(shí)，只需擰出螺釘，軸向移開兩個(gè)端面具有凸爪的保護(hù)環(huán)，就可裝拆橡膠組合件。由于一個(gè)保護(hù)環(huán)的凸爪與另一保護(hù)環(huán)的凹槽沿周向有一定有間隙，正常工作時(shí)兩半聯(lián)軸器的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角小于間隙角，凹凸部側(cè)面接觸而傳遞部分轉(zhuǎn)矩，從而避免橡膠環(huán)因變形過大而損壞，起到安全保護(hù)作用。粘接面上螺紋孔處蓋板的作用是增加橡膠環(huán)與金屬環(huán)的粘接面積，以提高黏著力。
圖2.11 橡膠聯(lián)軸器
1法蘭；2圓形平膠帶；3壓板
（3）輪胎式聯(lián)軸器，分為凸型和凹型兩大類，凸型又分為帶骨架整體式、無骨整體式和徑向切口式三種。它們的共同特點(diǎn)都是將輪胎環(huán)用螺栓來連接兩半聯(lián)軸器以實(shí)現(xiàn)兩軸的連接。
輪胎環(huán)內(nèi)側(cè)用硫化方法與鋼質(zhì)骨架粘接成一體，骨架上的螺栓孔處焊有螺母。裝配時(shí)用螺栓與兩半聯(lián)軸器的凸緣連接，依靠擰緊螺栓使輪胎與凸緣端面之間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，輪胎環(huán)工作時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)剪切變形，故輪胎聯(lián)軸器具有很高的彈性，補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的能力較大，并有良好的阻尼，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需潤滑、裝拆和維護(hù)都比較方便。其缺點(diǎn)是承載能力不高、外形尺寸較大，隨著兩軸相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的增加使輪胎外形扭歪，軸向尺寸略有減小，將在兩軸上產(chǎn)生較大的附加軸向力，使軸承負(fù)載加大而降低壽命。輪胎聯(lián)軸器高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輪胎外緣離心力的作用而向外擴(kuò)張，將進(jìn)一步增大附加軸向力。為此，在安裝聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)采取措施，使輪胎中的應(yīng)力方向與工作時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力方向相反，以抵消部分附加軸向力，達(dá)到改善聯(lián)軸器和兩軸承的工和條件。
圖2.12 輪胎聯(lián)軸器
1膠帶片；2壓緊環(huán)；3半聯(lián)軸節(jié)
根據(jù)振動(dòng)篩的特點(diǎn)和本次設(shè)計(jì)精分洗煤脫水的要求，結(jié)合聯(lián)軸器本身的特點(diǎn)，選用輪胎式聯(lián)軸器較為合適。
2.2.4支撐裝置
一種屬于振動(dòng)篩分機(jī)械中應(yīng)用的振動(dòng)篩篩面支撐裝置【16】，是針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備有焊接應(yīng)力，易產(chǎn)生變形的問題而設(shè)計(jì)的。振動(dòng)篩篩面支撐裝置的篩箱、篩箱橫梁及安裝支撐骨架均采用螺栓連接，并設(shè)置有螺栓限位裝置，具有拆卸、安裝、維修都比較方便，更換篩面容易等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用到各種振動(dòng)篩分機(jī)械中。
振動(dòng)篩的支撐方式有吊式和座式兩種。吊式采用的吊掛裝置包括螺旋形壓縮彈簧、鋼絲繩、防擺錘、吊環(huán)、鋼繩卡等零部件。
目前座式減振裝置是比較常用的減振裝置。它由底座、主彈簧和上座等組成。在底座安裝阻尼器，用于緩解篩子停車過程中的共振力。阻尼彈簧通過橡膠摩擦塊在水平方向壓緊篩箱，摩擦塊與底座的上下間隙為10mm。阻尼力的大小可以通過螺栓調(diào)節(jié)。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，目前許多座式減振不再安裝阻尼器。
座式減振裝置中的主彈簧即可采用金屬螺旋彈簧也可采用橡膠彈簧。金屬螺旋彈簧工作可靠，并具有良好的動(dòng)力性能，可以設(shè)計(jì)的相當(dāng)柔軟，從而有效的降低篩子對(duì)基礎(chǔ)的動(dòng)載荷，缺點(diǎn)是彈簧上下端精度不能保證，易產(chǎn)生噪音。橡膠彈簧內(nèi)阻較大，一般認(rèn)為在過共振區(qū)時(shí)應(yīng)該具有較低的振幅，噪音低，其缺點(diǎn)是剛度較大，篩子對(duì)基礎(chǔ)的動(dòng)負(fù)荷大，易老化。
由于橡膠彈簧相對(duì)于金屬螺旋彈簧具有以下優(yōu)勢(shì)：
1、減振性能好，能吸收高頻振動(dòng)的能力；
2、重量輕，減少噪音；
3、避免金屬彈簧突然折斷的可能；
4、可以清除接觸面或活動(dòng)關(guān)節(jié)的磨擦。
振動(dòng)篩子通過四組吊掛裝置掛在上層樓板上。改變鋼絲繩的長度可以調(diào)整篩面傾角。防擺錘安裝在鋼絲繩的上方，其作用是防止篩箱產(chǎn)生橫向擺動(dòng)。篩子工作時(shí)，產(chǎn)生橫向擺動(dòng)是難免的，這是因?yàn)殇摻z繩有其自振頻率，當(dāng)篩子工作頻率等于鋼絲繩的自振頻率時(shí)，就要發(fā)生共振，此時(shí)鋼絲繩就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的偏擺，篩箱發(fā)生不穩(wěn)定的振動(dòng)。為了避免此現(xiàn)象，可以變化防擺配重在繩上的位置，來改變鋼絲繩的自振頻率，防止共振現(xiàn)象發(fā)生，達(dá)到防擺目的。如果鋼繩長度比較短，即在1250mm以內(nèi)時(shí)，也可不設(shè)防擺錘.
圖2.13 橡膠彈簧
在工廠中都是盡量減小振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲而采取很多的措施，對(duì)公司來說，使用性能越好，壽命越長越得到企業(yè)的親睞。再結(jié)合具體要求，所以本次設(shè)計(jì)用支撐裝置為橡膠彈簧方式為好。
3 ZKB2060直線振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 直線振動(dòng)篩篩面上物料的運(yùn)動(dòng)分析
3.1.1篩面的運(yùn)動(dòng)方程
直線振動(dòng)篩的篩面是沿振動(dòng)方向作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，篩面的位移方程式可用下式表示：
式（3.1）
式中 S—篩面運(yùn)動(dòng)的位移；
A—篩面的振幅；
—激振器軸回轉(zhuǎn)相位角，=t；
—軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；
t—時(shí)間。
篩面運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移、速度和加速度分別在平行于篩面的x方向和垂直于篩面的y方向的分量為：
式（3.2）
式中 -振動(dòng)方向與篩面的夾角，同時(shí)它又是物料顆粒跳離篩面瞬間的運(yùn)動(dòng)方向與篩面的夾角。
3.1.2篩面上物料的運(yùn)動(dòng)分析
直線振動(dòng)篩的篩面以不同的振次和振幅作連續(xù)振動(dòng)時(shí)，篩面上的顆粒可能出現(xiàn)正向滑動(dòng)、方向滑動(dòng)和跳動(dòng)等不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。振動(dòng)篩均采用拋擲狀態(tài)下工作，故就拋擲運(yùn)動(dòng)的理論加以研究。
物料顆粒在直線振動(dòng)篩面上的受力情況如下圖，篩面傾斜安裝，與水平面夾角為，篩面沿S方向振動(dòng)，當(dāng)篩分機(jī)工作時(shí)，作用在顆粒上力的平衡方程式可表示為：
式（3.3）
圖3.1 物料顆粒在直線振動(dòng)篩面上的受力狀態(tài)
式中 N—篩面對(duì)物料的法向受力；
F—篩面對(duì)物料的靜摩擦力；
顆粒拋擲運(yùn)動(dòng)的條件：
，即顆粒給篩面的正壓力
所以
消去m，得：
式（3.4）
根據(jù)公式：物料的拋擲指數(shù)，因此，公式（3.4）即為直線振動(dòng)篩上物料拋擲指數(shù)的表達(dá)式，即
式（3.5）
從上式中可看出，拋射強(qiáng)度是直線振動(dòng)篩的一個(gè)重要特性量。顯然，篩面的加速度和拋射角越大，拋射強(qiáng)度也越大。
3.2.工藝參數(shù)的選擇
3.2.1篩面的長度和寬度
為了提高篩分機(jī)的能力和效果，就要適當(dāng)?shù)卮_定篩分機(jī)的長度和寬度。一般地說，當(dāng)篩分的其他條件相同時(shí)，生產(chǎn)率主要取決于篩面寬度，篩分效率則主要決定于篩面長度。
篩面寬度是決定篩分機(jī)生產(chǎn)率的主要因素。因?yàn)橐ＷC物料的篩分效果，篩面上的物料需要有適當(dāng)?shù)暮穸?。在物料厚度一定時(shí)，物料的通過能力主要取決于篩分機(jī)的寬度，所以篩面越寬，生產(chǎn)能力也越大。但是，篩分機(jī)的寬度不能太大，如果寬度過大，使用時(shí)很難保證均勻給料；同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上，篩子允許的寬度又受傳動(dòng)裝置和篩筐骨架強(qiáng)度的限制。如果篩子做的太寬，則篩子的傳動(dòng)軸和篩筐橫梁的斷面尺寸需要增大，篩筐受力情況也會(huì)變壞。
篩面長度影響到物料的篩分效率。因?yàn)楹Y分時(shí)間與篩面長度有直接關(guān)系。篩面越長，則篩分時(shí)間越長，篩分效率越高。但是根據(jù)篩分理論，任意增長篩分時(shí)間是沒有必要的。因?yàn)樵诤Y分過程中，最初一段時(shí)間篩分效率增加的很快，隨著時(shí)間的增長，篩分效率增加逐漸緩慢，這時(shí)候，如果用增加篩分時(shí)間來提高篩分效率，實(shí)際上是不合理的。從這點(diǎn)出發(fā)，篩面應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈L度。
在設(shè)計(jì)篩分機(jī)系列時(shí)，有時(shí)也用長寬比這樣的指標(biāo)來確定篩分機(jī)的長度和寬度。根據(jù)導(dǎo)師題目安排，確定振動(dòng)篩篩面長6000mm寬2000mm。
3.2.2處理量的校核
篩分機(jī)的生產(chǎn)能力和原料性質(zhì)、篩分條件及對(duì)篩分精度的要求都有關(guān)系。振動(dòng)篩生產(chǎn)能力的計(jì)算雖然有不少經(jīng)驗(yàn)公式，但由于篩分過程的影響因素很多，生產(chǎn)上還是以類似條件下的單位面積生產(chǎn)率來計(jì)算。
根據(jù)篩子的單位面積生產(chǎn)率，可用下列公式計(jì)算篩子的生產(chǎn)能力：
式（3.6）
式中 —篩面的工作面積，。
—篩子單位面積的生產(chǎn)率，根據(jù)篩孔尺寸確定。
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)2060型直線振動(dòng)篩的長為6m寬為2m，面積為12米2。故
符合本次設(shè)計(jì)量的要求。
3.3運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的確定
3.3.1篩面的傾角 （）
篩面的傾角是指篩面與水平線的夾角。傾角大小影響到篩面上的物料移動(dòng)速度。當(dāng)篩子傾角大時(shí)，物料移動(dòng)速度快，生產(chǎn)量大，但篩分效率要隨著降低。在不同的使用場(chǎng)合上，各種篩子有各自適宜的傾角。
對(duì)于做直線運(yùn)動(dòng)的篩子，一般是水平安裝，傾角為零。此時(shí)，物料的移動(dòng)主要靠篩面運(yùn)動(dòng)時(shí)與水平呈一定角度的拋射角。但是，水平的振動(dòng)篩篩網(wǎng)很容易被顆粒堵塞，要避免篩孔堵塞，篩面的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該大于某個(gè)臨界值。這個(gè)臨界值隨篩孔大小而改變，篩孔越大，所需臨界速度越大。由于結(jié)構(gòu)上的原因，篩箱運(yùn)動(dòng)速度只能限制在一定范圍內(nèi)。所以，水平的振動(dòng)篩一般只用在篩孔為40毫米以下的中小粒度的篩分或煤的脫水脫泥和脫介質(zhì)上。如果用于篩孔為50毫米以上的篩分，篩子應(yīng)有一個(gè)角度，其傾角大約為5～10度。我國直線振動(dòng)篩的篩面傾角一般取。
3.3.2拋射角（）
直線運(yùn)動(dòng)的篩子都有一定的拋射角。它是指篩箱運(yùn)動(dòng)方向與篩面所成的角度。實(shí)際上，拋射角就是篩面上的物料受力作用而拋起的方向角。拋射角大則有利于物料透篩，但生產(chǎn)率小，適用于難篩物料。目前直線振動(dòng)篩的拋射角一般在30～65°之間。我國直線振動(dòng)篩其拋射角采用45°。
3.3.3振動(dòng)強(qiáng)度K的選擇
振動(dòng)強(qiáng)度K是指篩箱運(yùn)動(dòng)的加速度與重力加速度的比值，它是反映機(jī)器強(qiáng)度的指標(biāo)，K值越大，篩分機(jī)的強(qiáng)度越高，但根據(jù)目前機(jī)械水平，K值一般在8以內(nèi)。
式（3.7）
3.3.4拋射強(qiáng)度（）
拋射強(qiáng)度就是顆粒受慣性力后，在垂直于篩面方向上的分加速度與顆粒在此方向的重力加速度分量之比。顯然，篩箱的加速度和拋射角越大，拋射強(qiáng)度也越大。
從式（3.5）中看出，當(dāng)<1時(shí)，顆粒不可能脫離篩面，只能沿篩面向前移動(dòng)。當(dāng)>1時(shí)，顆粒脫離篩面，作跳躍運(yùn)動(dòng)。所以=1就是顆粒脫離篩面的極限條件?？梢?，拋射強(qiáng)度越大，顆粒受到的慣性力越大，拋射得也越高。這樣，有利于物料的 透篩。但是，當(dāng)增大時(shí)，顆粒跳動(dòng)一次所需的時(shí)間也越長。顯然，從充分發(fā)揮篩子的工作效率來看，跳動(dòng)所需的時(shí)間過長也不是有利 的。顆粒跳動(dòng)一次的時(shí)間不超過篩面振動(dòng)一次的時(shí)間，才能充分利用篩面每次振動(dòng)的作用。
3.3.5振幅和頻率 （A、n）
振幅是指篩箱工作行程的一半。頻率是指篩箱每分鐘的振動(dòng)次數(shù)。篩箱振幅和頻率是表征篩面運(yùn)動(dòng)特征的一對(duì)參數(shù)，它們的大小決定了篩箱運(yùn)動(dòng)速度和加速度的大小。振幅越大，頻率越高，則篩箱的運(yùn)動(dòng)速度和加速度也越大。它們之間的關(guān)系可用以下數(shù)學(xué)式表示：
式（3.8）
式中：-篩箱振幅，米；
-篩箱振動(dòng)頻率，次/分；
-篩箱振動(dòng)角頻率，弧度/秒。
從上式可見，加大振幅和頻率的任何一個(gè)參數(shù)都能加大篩箱的加速度。但是，由于加速度與頻率的平方成正比，所以加大頻率比加大振幅的影響要大的多。
在篩分機(jī)工作過程中，篩箱必須具備足夠大的加速度才能使篩面上的物料游動(dòng)的向前移動(dòng)。所以篩箱必須有足夠大的振幅和頻率。但是篩箱的加速度不能過大，因?yàn)榧铀龠^大，不 但會(huì)破壞篩子的正常工作，而且對(duì)篩箱的結(jié)構(gòu)也要提出更高的要求，或者超過了篩子結(jié)構(gòu)所允許的范圍。
3.3.6振動(dòng)篩參振重量的Matlab計(jì)算
篩機(jī)參振重量的計(jì)算，是振動(dòng)篩設(shè)計(jì)中必須首先進(jìn)行的，并且其計(jì)算的精確與否，直接影響整個(gè)設(shè)計(jì)的完美。過去的計(jì)算方法是依據(jù)設(shè)計(jì)振動(dòng)篩多年經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用情況總結(jié)一個(gè)系數(shù)(如ZK系列的系數(shù)是650左右)再乘上篩機(jī)的工作面積來確定。這種方法雖然簡(jiǎn)練，但是否能真正反映參振重量和工作面積問的相互關(guān)系， 并未經(jīng)過評(píng)價(jià)，而且也沒有一個(gè)系統(tǒng)的理論推導(dǎo)。針對(duì)這一問題，-通過收集9種ZK系列不同篩機(jī)的參振重量和篩機(jī)工作面積資料，采用回歸方法， 建立ZK系列振動(dòng)篩參振重量計(jì)算時(shí)效學(xué)模型，并對(duì)線性回歸方程相關(guān)程度進(jìn)行了分析和總結(jié)。
（1） Matlab求解方法
表1給出了離際應(yīng)用的9種ZK系列篩機(jī)的規(guī)格、參振重量和工作面積，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出了相關(guān)圖(圖1)。
振動(dòng)篩型號(hào)
工作面積
參振重量
2.25
1540.95
2.7
1716.83
3.0
1970.5
3.6
2122.21
4.5
2915
6.3
3800
8.1
4881
12.6
7442.2
15.76
9439.0
58.8
35829.69
表3.1
>> x=[2.25 2.7 3.0 3.6 4.5 6.3 8.1 12.6 15.76];
>> y=[1540.95 1716.83 1970.5 2122.21 2915 3800 4881 7442.2 9439.0];
>> plot(x,y,'ro')
>> hold on
>> p1=polyfit(x,y,1)
p1 =
583.7901 166.1107
>> x1=2.25:0.01:15.76;
>> y1=polyval(p1,x1);
>> plot(x1,y1)
>>xlabel(‘振動(dòng)篩面積’)，ylabel(‘參振重量’)
采用最小平方誤差(least squares error)或是線性回歸，MATLAB的polyfit函數(shù)提供了 從一階到高階多項(xiàng)式的回歸法，其語法為polyfit(x,y,n)，其中x,y為輸入數(shù)據(jù)組n為多項(xiàng)式的階數(shù)，n=1就是一階的線性回歸法。因此由?matlab計(jì)算得到的線性方程為：
圖3.2 參振重量和面積相關(guān)圖
（2） 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法
① 數(shù)學(xué)模型的建立
如圖1所示，若把ZK系列振動(dòng)篩工作面積定為自變量，單位為；參振重量定為因變量，單位為，從圖1不難看出，參振重量與工作面積呈線性關(guān)系，因此假設(shè)其線性回歸方程為：
式（3.9）
根據(jù)最小二乘原理可得：
式（3.10）
式（3.11）
序號(hào)
1
5.0625
2374526.9025
10453.6350
3467.1375
2
7.2900
2947505.2489
8681.2760
4635.441
3
9.0000
3882870.25
7105.4861
5911.5
4
12.9600
4503775.2841
5454.0889
7639.956
5
20.2500
8497225
2168.4217
13117.5
6
39.6900
14440000
42.4003
23940
7
65.6100
23824161
1409.2279
39536.1
8
158.7600
55386340.840
20994.9838
93771.72
9
248.3776
89094721
50354.4251
148758.6400
567.0001
204951125.52
106663.9446
340777.994
由表1可得：
根據(jù)表1數(shù)據(jù)可列表算出其它各值見表2。
=583.7901
=166.1107
將a、b值代人方程(1)中得出回歸方程即為數(shù)學(xué)模型：
式（3.12）
② 回歸式的相關(guān)程度及估價(jià)
式（3.13）
由相關(guān)系數(shù)值表中可以查出， 當(dāng)自由度，置信度為時(shí)，所對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)限值為0.666，則，所以ZK系列篩機(jī)的工作面積S與參振重量G之問存在著顯著的直線相關(guān)。
通過這個(gè)數(shù)學(xué)模型計(jì)算的篩機(jī)參振重量與實(shí)際的參振重量，在一般情況下應(yīng)存在一定的誤差，所以應(yīng)對(duì)此回歸線進(jìn)行估價(jià)， 確定在一定信度下，誤差范圍有多大。這個(gè)方法是通過求誤差的均方差求得，均方差計(jì)算式如下：
式（3.14）
由t的定性限值表中可以查出：當(dāng)自由度， 置信度為時(shí)，，則誤差范圍為，即在5％ 的可信度下， 回歸直線方程的誤差不超過。
在設(shè)計(jì)ZK1432振動(dòng)篩時(shí)，采用該模型進(jìn)行篩機(jī)重量估算。其估算值為：
在設(shè)計(jì)完成后，該篩機(jī)參振重量為2821.05，誤差為。而如果采用過去的方法估算，即按650估算，其值為：，誤差為
由此可見，通過回歸法得到的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算參振重量更切合實(shí)際。但應(yīng)注意：
㈠. 不同的振動(dòng)篩生產(chǎn)廠家會(huì)因?yàn)椴牧虾凸に嚨牟煌?，將得到不同的回歸模型，應(yīng)根據(jù)本廠以往振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)資料，利用Matlab強(qiáng)大的計(jì)算功能，輕松而簡(jiǎn)便的得到要求的回歸模型。
㈡. 回歸模型的線性是在一定條件下得到的，如下面的模型僅適用于的情況，當(dāng)時(shí)，將不滿足線性回歸模型，將用其它模型求解。
圖3.3
鞍山礦山機(jī)械有限公司振動(dòng)篩設(shè)計(jì)資料：
>> x=[10.8 12.6 14.4 15.75 18];
>> y=[6470 6980 7550 8060 8810];
p1=polyfit(x,y,1)
p1 =
328.0105 2880.1702
>> x1=10.8:0.01:18;
>> y1=polyval(p1,x1);
>> plot(x,y,'ro',x1,y1)
>> xlabel('振動(dòng)篩面積'),ylabel('參振重量')
>> axis([10.5 18 6000 9000]
線性方程為：
鄭州一帆機(jī)械設(shè)備有限公司振動(dòng)篩設(shè)計(jì)資料：
>>x=[2.25 3.6 4.5 5.25 6 6.3 6.75 7.32 8.1 9 9.45 10.5 10.8 12 12.6 13.5 14.4 15.75 16.2 18 18.9 21.6 27];
>>y=[2.2 2.6 3.1 3.2 3.5 4.1 5 4.5 5.5 6 5.9 6.4 7.4 7.6 8.2 10 9.2 10 12.2 11 13.4 14.3 17.1];
>>p1=polyfit(x,y,1)
p1 =
0.6498 0.1560
>>x1=2.28:0.01:27;
>>y1=polyval(p1,x1);
>>plot(x,y,'ro',x1,y1)
>>xlabel('振動(dòng)篩面積'),ylabel('參振重量')
線性方程為：
圖3.4
本次設(shè)計(jì)的篩子面積為，故采用第一種數(shù)學(xué)模型，即
將代入上式得篩子的參振質(zhì)量為
3.3.7振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的Matlab優(yōu)化求解
振動(dòng)篩在工程中用于物料的篩分。下面根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)振動(dòng)篩高生產(chǎn)效率與低動(dòng)力消耗的基本要求，以單位生產(chǎn)量的夠功率消耗為最小目標(biāo)，建立直線振動(dòng)篩的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，并編寫MATLAB語言文件進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。結(jié)果表明了該方法的有效性。
1. 數(shù)學(xué)模型的建立
在實(shí)際工作中，對(duì)振動(dòng)篩的基本要求是：生產(chǎn)效率高，動(dòng)力消耗低。因此下面以最低的動(dòng)力消耗得到最大的生產(chǎn)率，即以得到單位生產(chǎn)量的功率消耗最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（1） 目標(biāo)函數(shù)及設(shè)計(jì)變量的確定
直線振動(dòng)篩的生產(chǎn)量
式（3.15）
式中 —篩面寬度，；
—篩面上物料層厚度，；
—物料的松散密度，；
—物料運(yùn)動(dòng)的平均速度，；
對(duì)于直線振動(dòng)篩，物料運(yùn)動(dòng)平均速度
式（3.16）
式中 —角速度，
—篩箱振幅，；
—篩面傾角對(duì)平均速度的影響系數(shù)；
—物料厚度影響系數(shù)；
—物料形狀影響系數(shù)；
—滑行運(yùn)動(dòng)影響系數(shù)；
—振動(dòng)方向角，；
由式(1)、式(2)可以得到
式（3.17）
總功率消耗
式（3.18）
式中 —傳動(dòng)效率；
—振動(dòng)消耗功率，；
—摩擦消耗功率，；
式（3.18）
式（3.19）
式中 —阻尼系數(shù)；
—參振質(zhì)量，；
—振動(dòng)次數(shù)，；
—軸承摩擦系數(shù)；
—激振器軸直徑，；
直線振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率
式（3.20）
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為，由得，由上述關(guān)系式，
可得：
式中 —重力加速度，；
—拋射強(qiáng)度；
—篩面傾角，() ;
由式(1)~式(8)可得單位生產(chǎn)量的功率消耗
式（3.21）
顯然影響的獨(dú)立變量有，因此取設(shè)計(jì)變量為
式（3.22）
用設(shè)計(jì)變量表示成的目標(biāo)函數(shù)可寫為
式（3.23）
1.2 約束條件
(1) 振動(dòng)方向線與篩面之問的夾角稱為振動(dòng)方向角。 值小，物料運(yùn)動(dòng)速度快，處理能力高，適于易篩物料； 值大，物料運(yùn)動(dòng)速度慢，得到充分篩分，適于
難篩物料。直線振動(dòng)篩的取值范圍，
式（3.24）
式（3.25）
(2) 振幅的選擇是根據(jù)被篩物料的粒度及性質(zhì)來選取。對(duì)于粒度較大的物料,選用較大的振幅;對(duì)于粒度較細(xì)的物料，選用較小的振幅。直線振動(dòng)篩的振幅一般為,考慮到本次設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩為篩分原煤，需要較大振幅，因此限制最小振幅為，得約束函數(shù)
式（3.26）
式（3.27）
(3)直線振動(dòng)篩的拋射強(qiáng)度通常取為，得約束函數(shù)
式（3.28）
式（3.29）