2YAH1548型圓振動篩設計【說明書+CAD】
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遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第IV頁
2YAH1548型圓振動篩設計
摘要
目前我國各種選煤廠使用的設備中,振動篩是問題較多、維修量較大的設備之一。這些問題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫,稀油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高、噪聲大等問題,同時伴有傳動帶跳帶斷帶等故障。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命,嚴重影響了生產(chǎn)。2YAH1548型圓振動篩可以很好的解決此類問題，因此本次設計的振動篩為2YAH1548型圓振動篩，該系列振動篩主要用于煤炭行業(yè)中物料分級、脫水、脫泥、脫介等作業(yè)。其工作可靠，篩分效率高，但設備自身較重。設計分析論述了設計方案，包括振動篩的分類與特點和設計方案的確定；對物料的運動分析，對振動篩的動力學分析及動力學參數(shù)的計算，合理設計振動篩的結(jié)構(gòu)尺寸；進行了激振器的偏心塊等設計與計算，包括原始的設計參數(shù)，電動機的設計與校核；進行了主要零部件的設計與計算，皮帶的設計計算與校核，彈簧的設計計算，軸的強度計算，軸承的選擇與計算，然后進行了設備維修、安裝、潤滑及密封的設計，最后進行了振動篩的環(huán)保以及經(jīng)濟分析。
關(guān)鍵詞：振動篩；激振器；圓振動篩
Abstract
At present, China's coal preparation plant all the equipment used in the shaker is more problems, maintenance of one of the larger equipment. These issues in sieve outstanding performance me off beam, crack help, lubrication oil dilute the box-type vibrator oil spills, fighting tooth gear, bearing temperature rise too high, major issues such as noise, accompanied by dancing with broken belts, such as fault zone. Such issues directly affecting the life of the shaker, which has seriously affected the production. 2YAH1548-round good shaker can solve such problems, so this shaker designed for round 2 YAH1548-shaker, the series of major shaker in the materials used in the coal industry classification, dehydration, desliming, such as referrals from
Operations. Its reliable, efficient screening, but their heavy equipment. Design analysis on the design options, including the classification and shaker features and design programmes to be confirmed; materials on the movement of the shaker and the dynamics of the parameters, to design the structure of vibrating screen size; conduct The eccentric block of the exciter, such as design and calculation, including the original design parameters, motor design and verification; were the main components of the design and calculation, belts and check the design and calculation, the design of spring, the axis of Strength, the choice of bearings and calculation and then proceed to the maintenance of equipment, installation, lubrication and seal the design, a shaker final environmental and economic analysis.
Key words: shaker; Vibrator; round shaker
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1前言 1
1.2背景 1
1.2.1振動篩的發(fā)展概況 1
1.2.2我國振動篩的發(fā)展概況 2
1.3振動篩的分類 3
1.4篩分機械發(fā)展方向 4
2振動篩篩面物料運動理論 5
2.1篩上物料的運動分析 5
2.2正向滑動 6
2.3反向滑動 7
2.4跳動條件的確定 7
2.5物料顆粒跳動平均運動速度 8
3.振動篩的工作原理及結(jié)構(gòu)組成 10
3.1圓振動篩的工作原理 10
3.2振動篩基本結(jié)構(gòu) 10
3.2.1篩箱 10
3.2.2激振器 10
3.2.3支承裝置和隔振裝置 10
3.2.4 傳動裝置 10
4.振動篩動力學基本理論 11
5.振動篩參數(shù)計算 15
5.1運動學參數(shù)的確定 15
5.2振動篩工藝參數(shù)的確定 16
5.3動力學參數(shù) 17
5.4電動機的選擇 17
5.4.1電動機功率計算 17
5.4.2選擇電機 18
5.4.3電機的啟動條件的校核 18
6主要零件的設計與計算 20
6.1軸承的選擇與計算 20
6.1.1軸承的選擇 20
6.1.2軸承的壽命計算 20
6.2皮帶的設計 21
6.2.1選取皮帶的型號 21
6.2.2傳動比 21
6.2.3帶輪的基準直徑 21
6.2.4帶速 21
6.2.5確定軸間距和帶的基準長度 21
6.3軸的設計 23
6.3.1軸的設計特點 23
6.3.2軸的常用材料 23
6.3.3軸的強度驗算 23
6.4支承彈簧設計驗算 26
7振動篩的安裝維護及潤滑 28
7.1振動篩的安裝及調(diào)試 30
7.1.1安裝前的準備 30
7.1.2安裝 30
7.1.3試運轉(zhuǎn) 30
7.2操作要點 31
7.3維護與檢修 31
7.3.1維護 31
7.3.2常見故障處理 32
7.4振動篩的軸承潤滑的改進 32
7.4.1措施 32
7.4.2效果 33
8 設備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟評價 34
8.1 設備的環(huán)保 34
8.2 設備的可靠性 32
8.2.1可靠度的計算 32
8.2.2可靠度的計算 33
8.3設備的經(jīng)濟評價 35
8.3.1投資回收期 35
8.3.2設備合理的更新期 36
結(jié)束語 37
致謝 38
參考文獻 39
附錄……………………………………………………………………..40
遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第42頁
1 緒論
1.1前言
從井下或露天采礦開采出來的或經(jīng)過破碎的物料，是以各種大小不同的顆?；旌显谝黄鸬?。在選礦廠、選煤廠和其它的工業(yè)部門中，物料在使用或進一步處理前，常常需要分成粒度相近的幾種級別。物料通過篩面的過孔分級稱為篩分。篩分所用的機械稱為篩分機械。
在選礦廠和選煤廠中應用的篩分機械有很多種結(jié)構(gòu)型式，如固定格篩、弧形篩、旋流篩，滾軸篩，簡篩、搖動篩，慣性振動篩和共振篩等。目前，由于慣性振動篩具有構(gòu)造簡單、生產(chǎn)能力大，篩分效率高等優(yōu)點，因而在選礦廠、選煤廠及其它工業(yè)部門中已被廣泛用于分級，脫水，脫介和脫泥作業(yè)。共振篩在生產(chǎn)實踐中也取得較好的效果，但因具有較大的沖擊裁荷，故其機件(如橫梁與側(cè)板)容易損壞。須進一步研究和改進。隨著煤礦開采能力和入洗原煤量的提高,作為物料分級篩選的主要設備——振動篩也不斷向大型化發(fā)展。
1.2背景
1.2.1振動篩的發(fā)展概況
篩分設備在國外的發(fā)展已有300多年的歷史，在此之前，物料的篩分主要采用人力篩分，動力篩分最早也是搖動篩。大約100多年前就出現(xiàn)了慣性篩，最早的慣性篩是采用柴油機帶動的，主要用于物料的分級作業(yè)。
比較完善的振動慣性篩出現(xiàn)在19世紀初，主要是用于分級的圓振動篩（單軸振動篩），隨著選煤、選礦業(yè)的發(fā)展用于脫水的直線振動篩（雙軸振動篩）逐漸發(fā)展起來。
單軸振動篩的發(fā)展經(jīng)歷了簡單慣性式向自定中心式的發(fā)展過程。直線振動篩經(jīng)歷了箱式振動器到雙電機拖動的筒式振動器（自同步技術(shù)），目前為箱式振動器與側(cè)邦式塊偏心單元體振動器（自同步技術(shù)）的并存時代。
現(xiàn)在振動篩軸承普遍采用了振動設備專用軸承，篩框的主要聯(lián)接件采用了虎克鉚釘或高強螺栓，篩面采用了不銹鋼篩面、聚鞍脂篩面等。篩框結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理，篩框受力設計上逐步由靜態(tài)動力設計向以模態(tài)分析為基礎的現(xiàn)代動態(tài)設計階段發(fā)展。
在振動篩的制造方面，主要焊接結(jié)構(gòu)件均采用了去應力和噴丸處理，對篩框的形狀誤差、主要構(gòu)件的形位公差、粗糙度控制等方面的要求越來越嚴。
雖然篩分機的結(jié)構(gòu)形式在發(fā)展過程中出現(xiàn)了許多種新型結(jié)構(gòu)及篩分方法，但通過實踐證明，許多看似理想的結(jié)構(gòu)型式被無情淘汰。因此，國際上一些篩分機制造廠家生產(chǎn)的振動篩結(jié)構(gòu)型式逐漸趨于近似，機型趨于穩(wěn)定，人們已不在追求新、奇結(jié)構(gòu)型式，而把追求篩分機的可靠性指標放在首位，因此篩分機壽命普遍提高，正常使用壽命普遍達到5年以上。
振動篩噪聲指標是影響工人身體健康的一個主要指標。過去箱式振動器由于采用齒輪傳動，噪聲通常達到90分貝以上，后來逐漸采用了自同步技術(shù)，噪聲由原來的90多分貝下降到85分貝左右。但自同步技術(shù)存在拋射角不穩(wěn)定，工作頻率不能有效調(diào)整等因素，使得箱式振動器的振動篩不但沒有被淘汰，甚至通過不斷改進結(jié)構(gòu)形式，提高齒輪加工精度，改善齒面嚙合狀態(tài)等方法，而重新發(fā)展起來，噪聲也從過去的90多分貝下降至85分貝左右。
1.2.2我國振動篩的發(fā)展概況
國內(nèi)振動篩的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段：
1.引進設備階段：20世紀50年代左右，國內(nèi)振動篩主要靠引進原蘇聯(lián)、波蘭等國的設備，面積一般在10平方米以下，如BHN、TYN-IIL、SXG-1（WK型）等。
2.初步開發(fā)階段：從20世紀60年代，我國技術(shù)人員在引進國外振動篩的基礎上，研究開發(fā)了類似50年代進口的產(chǎn)品，如SZZ、SSZ圓、直線振動篩（單、雙軸振動篩）系列。
3.研究設計階段：20世紀70年代，我國技術(shù)人員對選煤廠仍在使用的進口設備進行了系統(tǒng)的調(diào)查研究，分析論證，并獨立研制出了單軸，雙軸系列振動篩，如DD、ZD、DS、ZS系列圓、直線振動篩（單、雙軸振動篩），并在選煤廠廣泛使用，最大規(guī)格12。
4.新產(chǎn)品開發(fā)與引進技術(shù)階段：20世紀80年代，我國振動篩發(fā)展進入了一個全新時期，相繼開發(fā)的新型振動篩有ZD型等厚篩、旋轉(zhuǎn)概率篩和概率篩等新品種。同時，原鞍山礦山機械廠引進了美國RS公司的圓振動與直線振動篩系列產(chǎn)品，最大面積14.4m2,基本滿足了中小型選煤廠的生產(chǎn)需要，并在國內(nèi)大量推廣應用，唐山煤科院參考德國KHD公司技術(shù)，研制開發(fā)了ZK、YK系列振動篩。85年左右，洛陽礦山機械廠也引進了日本神戶制鋼的技術(shù)開始生產(chǎn)大型篩。
5.大型振動篩開發(fā)研制階段：20世紀90年代，隨著大型選煤廠生產(chǎn)需要，原來的中小規(guī)格振動篩已滿足不了生產(chǎn)需要，雖然洛礦引進了日本神戶制鋼大型篩技術(shù)，但并沒有成功推廣應用，許多研究單位與制造單位也相繼開發(fā)超過3米寬的大型振動篩，但事故率高，不能被用戶認可。說明大型篩的研制存在一定難度。為此，原煤炭部把“大型直線振動篩的可靠性研究”列入國家“九五”科研攻關(guān)項目。原平頂山選煤設計院承擔了該項目，并首次研究成功2ZKP3660型大型直線振動篩，并于2000年投入使用，可靠性指標達到了引進產(chǎn)品的水平。目前該系列產(chǎn)品已在國內(nèi)大量推廣，將逐步替代進口產(chǎn)品。
2000年，平頂山選煤設計院研制出的自同步型2ZKZ3660大型直線振動篩也成功應用于兗礦集團東灘煤礦選煤廠；2002年，山西賽德篩選技術(shù)設備有限公司研制開發(fā)了JR3072香蕉篩，并形成了系列，投入實際運用，為取代大量進口的香蕉篩產(chǎn)品奠定了技術(shù)基礎。
我國的振動篩技術(shù)從無到有，從小到大。目前品種型號繁多，絕大部分中小型產(chǎn)品基本能滿足了用戶要求，大型產(chǎn)品技術(shù)已趨于成熟，尚需在振動篩制造方面更進一步提高。相信在不遠的將來，振動篩大量進口的局面將結(jié)束。
目前我國各種選煤廠使用的設備中,振動篩是問題較多、維修量較大的設備之一。這些問題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫,稀油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高、噪聲大等問題,同時伴有傳動帶跳帶斷帶等故障。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命,嚴重影響了生產(chǎn)。
1.3振動篩的分類
1.按振動篩振動頻率是否接近或遠離共振頻率分為共振篩和慣性振動篩。共振篩曾一度崛起，受到各國普遍重視，發(fā)展很快；但在生產(chǎn)實踐中，暴露出結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)整困難、故障較多等缺點。而慣性振動篩由于激振器的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，便于維修，從而得到了廣泛的使用。慣性振動篩是靠固定在其中部的帶偏心塊的慣性振動器驅(qū)動而使篩箱產(chǎn)生振動。慣性振動篩按振動器的形式可分為單軸振動篩和雙軸振動篩。
2.按振動篩按篩面工作時運動軌跡的特點，分為圓運動振動篩（簡稱圓振動篩）和直線運動振動篩（簡稱直線振動篩）兩大類。圓振動篩由于振動器安裝的位置偏差，實際篩箱運動軌跡一般為橢圓。即使直線振動篩，由于制造與設計偏差，通常篩箱的運動軌跡也不完全是直線，只是接近直線振動。圓振動篩由于激振器是一根軸，所以又叫單軸振動篩，直線振動篩激振器由兩根軸組成，所以也稱雙軸振動篩。
3.當然振動篩還有其它許多分類方法，例如，按照支撐彈簧的結(jié)構(gòu)不同，又有線形彈簧振動篩和非線形彈簧振動篩。按支承裝置安裝位置不同，可分為座式振動篩和吊式振動篩，按篩箱與水平面是否成一定角度安裝，可分為水平篩和傾斜篩。按工作頻率的高低，可分為高頻振動篩和低頻振動篩等等。
1.4篩分機械發(fā)展方向
綜合國內(nèi)外篩分機械發(fā)展現(xiàn)狀 ,篩分機械將向以下幾個方向發(fā)展。
1.向大型化發(fā)展。工業(yè)的現(xiàn)代化進程促使企業(yè)規(guī)模增大 ,生產(chǎn)能力大大提高
2.向重型超重型篩發(fā)展。大的礦業(yè)工程需要處理大塊物料 ,法國素梅斯塔公司生產(chǎn)的振動棒可處理直徑達1m以上的大塊物料。
3.向理想運動軌跡振動篩發(fā)展。以提高各區(qū)段的篩分效率和整個篩機生產(chǎn)率為目標 ,尋找一種以理想運動方式為基礎的新型篩分機成為篩分設備發(fā)展的一個新方向。
4.向反共振振動篩發(fā)展。以減輕整機重量、降低成本、提高使用壽命和可靠性為目標 ,提出新型的反共振振動篩機。
5.向標準化、系列化、通用化發(fā)展。這是便于設計、生產(chǎn)和降低成本的有效途徑 ,德國 KHD公司生產(chǎn)的USL 和USK篩機的側(cè)板、篩板、橫梁、傳動軸均已實現(xiàn)標準化、通用化 ,振動器也只有三種 ,同屬德國的申克公司生產(chǎn)的冷、熱燒結(jié)礦篩和等厚篩只有兩種標準，可見三化程度之高。
6.應用自同步技術(shù)。采用雙電機自同步技術(shù)以代替齒輪強迫同步 ,可簡化結(jié)構(gòu) ,降低噪音 ,從而簡化了機器潤滑、維護和檢修等經(jīng)常性的工作 ,減少設備故障。
7.振動強度增大。篩機的振動過程逐漸強化 ,以取得較大的速度和加速度 ,從而提高生產(chǎn)能力和篩分效率。
8.向空間發(fā)展。針對細物料 ,先后出現(xiàn)了旋流振動篩、錐型振動篩、蝶型振動篩、旋轉(zhuǎn)概率篩等 ,既減少占地面積 ,又提高生產(chǎn)能力和篩分效率。
9.向難篩分物料篩機發(fā)展。
10.共振篩系列發(fā)展停滯 ,慣性振動篩系列日益壯大。
2振動篩篩面物料運動理論
2.1篩上物料的運動分析
由文獻[1]可知
關(guān)于篩上物料的分析，如圖2.1所示：
圖2.1 圓振動篩上物料運動
振動篩運動學參數(shù)（振幅、振次、篩面傾角和振動方向角）通常根據(jù)所選擇的物料運動狀態(tài)選取。篩上物料運動狀態(tài)直接影響振動篩的篩分效率和生產(chǎn)率，所以為合理地選擇篩子的運動參數(shù)，必須分析篩上的物料的運動特性。
圓振動篩的篩面做圓運動或近似于圓運動的振動篩，篩面的位移方程式可用下式來表示：
t （2-1）
t （2-2）
式中: A——振幅;
——軸之回轉(zhuǎn)相角，=t;
——軸之回轉(zhuǎn)角速度；
——時間。
求上式中的x和y 對時間t的一次導數(shù)與二次導數(shù)，即得篩面沿x和y
方向上的速度和加速度：
t （2-3）
t （2-4）
t （2-5）
t （2-6）
由運動特征，來研究篩子上物料的運動學。物料在篩面上可能出現(xiàn)三種運動狀態(tài)：正向滑動、反向滑動和跳動。
2.2正向滑動
當物料顆粒與篩面一起運動時，其位移、速度和加速度與篩面的相等。篩面上質(zhì)量為的物料顆粒動力平衡條件：
對質(zhì)量為的顆粒受力分析（如圖2-1）：
1、物料顆粒重力：
（2-7）
2、篩面對顆粒的反作用力，由
可以得到：
（2-8）
式中為篩面傾角
3、篩面對物料顆粒的極限摩擦力為：
（2-9）
式中為顆粒對篩面的靜摩擦系數(shù)。
顆粒沿著篩面開始正向滑動時臨界條件：
（2-10）
將，用已知式子（2-9）與（2-5）替代，且（為滑動摩擦角），
簡化整理得：
（2-11）
式中，為正向滑始角。
令，則：
（2-12）
式中稱為正向滑動系數(shù)。由上式得知，正向滑動系數(shù)。
當?shù)臅r候，可以求得使物料顆粒沿著篩面產(chǎn)生正向滑動時最小轉(zhuǎn)數(shù)應該為：
（2-13）
為了使物料顆粒沿著篩面產(chǎn)生正向滑動，必須取篩子轉(zhuǎn)數(shù)。
2.3反向滑動
臨界條件為：
（2-14）
將，用（2-9）與（2-5）替代，并簡化后：
（2-15）
式中：——反向滑始角
——反向滑動系數(shù)
則可以得到：
（2-16）
由上式可以知道，反向滑動條件。
當時，可以求得使物料沿著篩面反向滑動的最小轉(zhuǎn)數(shù)應該是：
（2-17）
為了使物料顆粒沿著篩面產(chǎn)生正向滑動，必須使篩子轉(zhuǎn)數(shù)。
2.4跳動條件的確定
顆粒產(chǎn)生跳動的條件是顆粒對篩面法向壓力。
即，或者是。
由此可以得到：
（2-18）
式中：——物料跳動系數(shù)
——跳動起始角
——振動強度，
—— 拋射強度，它表明物料在篩面上跳動的劇烈程度。
上式可以寫成：
（2-19）
當時或者，則顆粒出現(xiàn)跳動。
當或時，則可求得物料開始跳動時的最小轉(zhuǎn)數(shù)為：
（2-20）
為了使物料產(chǎn)生跳動，必須取篩子的轉(zhuǎn)數(shù)。
由于目前使用的振動篩采用跳動狀態(tài)，因此要討論跳動終止角，跳動角及運動速度。
2.5物料顆粒跳動平均運動速度
物料顆粒從振動相角起跳，到振動相角跳動終止時，沿方向的位移為：
= （2-21）
式中為物料顆粒起跳時沿方向的運動速度：
（2-22）
由此，則：
（2-23）
同一時間內(nèi),篩面位移為：
（2-24）
物料顆粒在每個循環(huán)中,對篩面的位移為：
= （2-25）
當篩子在近似于第一臨界轉(zhuǎn)數(shù)下工作時,即，則上式中方括號內(nèi)的數(shù)值接近于零。
故得到：
（2-26）
物料跳動平均速度：
（2-27）
當時,則,,,
因此, 式（2-40）可以化簡為：
（2-28）
或者化簡為：
（2-29）
由式（2-42）和式（2-18）,可以將式（2-40）化簡為:
（2-30）
按照上式計算得的結(jié)果與實際相比,計算值較大,因為未考慮物料特點,摩擦和沖擊等因素.為此,上式應該乘以修正系數(shù),,
所以：
（2-31）
3.振動篩的工作原理及結(jié)構(gòu)組成
3.1圓振動篩的工作原理
具有圓形軌跡的慣性振動篩為圓振動篩，簡稱圓振篩。這種慣性振動篩又稱單軸振動篩，其支承方式有懸掛支承與座式支承兩種，懸掛支承，篩面固定于篩箱上 ，篩箱 由彈簧懸掛或支承，主軸的軸承安裝在篩箱上， 主軸由帶輪帶動而高速旋轉(zhuǎn)。由于主軸是偏心軸，產(chǎn)生離心慣性力，使可以自由振動的篩箱產(chǎn)生近似圓形軌跡的振動
YA型圓振動篩和一般圓振動篩很類似，篩箱的結(jié)構(gòu)一般采用環(huán)槽鉚釘連接。振動器為軸偏心式振動器，用稀油潤滑，采用大游隙軸承。振動器的回轉(zhuǎn)運動，由電動機通過一堆帶輪，由V帶把運動傳遞給振動器。
3.2振動篩基本結(jié)構(gòu)
本次設計2YA1548型圓振動篩是由激振器、篩箱、隔振裝置、傳動裝置等部分組成。
3.2.1篩箱
篩箱由篩框、篩面及其壓緊裝置組成。
1．篩面：為適應大塊大密度的物料的篩分與煤矸石脫介的需要，振動篩的篩面需要有較大的承載能力，耐磨和耐沖擊性能。為減少噪聲，提高耐磨性設計中采用成型橡膠條，用螺栓固定在篩面拖架上。上層篩面采用帶筐架的不銹鋼篩面，下層篩面采用編織篩網(wǎng)。其緊固方式是沿篩箱兩側(cè)板處采用壓木、木契壓緊。中間各塊篩板之間則用螺栓經(jīng)壓板壓緊。
2．篩框：篩框由側(cè)板、橫梁等部分組成。側(cè)板采用厚度為6—16mm的A5或20號鋼板制成。衡量常用圓形鋼管、槽鋼、方形鋼管或工字鋼制造。篩框必須要由足夠的剛性。篩框各部件的聯(lián)接方式有鉚接、焊接和高強度螺栓聯(lián)接三種、
3.2.2激振器
圓振動篩采用單軸振動器，由純振動式振動器、軸偏心式振動器和皮帶輪偏心式自定中心振動器。
3.2.3支承裝置和隔振裝置
支承裝置主要是支承篩箱的彈性元件，有吊式和座式兩種。振動篩的隔振裝置常用的有螺旋彈簧、板彈簧和橡膠彈簧。
3.2.4 傳動裝置
振動篩通常采用三角皮帶傳動裝置，它機構(gòu)簡單，可以任意選擇振動器的轉(zhuǎn)數(shù)。
4.振動篩動力學基本理論
由文獻[1]可知：
慣性振動篩的振動系統(tǒng)是由振動質(zhì)量（篩箱和振動器的質(zhì)量）、彈簧和激振力（由回轉(zhuǎn)的偏心塊產(chǎn)生的）構(gòu)成。為了保證篩子的穩(wěn)定工作，必須對慣性振動篩的的振動系統(tǒng)進行計算，以便找出振動質(zhì)量、彈簧剛性、偏心塊的質(zhì)量矩與振幅的關(guān)系，合理地選擇彈簧的剛性和確定偏心塊的質(zhì)量矩。
圖4.1 振動系統(tǒng)力學模型圖
圖4.1表示圓振動篩的振動系統(tǒng)。為了簡化計算，假定振動器轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心和機體(篩箱)的重心重合．激振力和彈性力通過機體重心。此時，篩子只作平面平移運動。今取機體靜止平衡時(即機體的重量為彈簧的彈性反作用力所平衡時的位置)的重心所在點o作為固定坐標系統(tǒng)(xoy)的原點，而以振動器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心作為動坐標系統(tǒng)()的原點。
偏心重塊質(zhì)量m的重心不僅隨機體一起作平移運動(牽連運動)， 而且還繞振動器的回轉(zhuǎn)中心線作回轉(zhuǎn)運動(相對運動)，則其重心的絕對位移為：
＝+＝+＝+rcos
＝+＝+=y+rsin
式中： ——偏心質(zhì)量的重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。
——軸之回轉(zhuǎn)角度，＝,為軸回轉(zhuǎn)之角速度,t為時間。
偏心質(zhì)量m運動時產(chǎn)生的離心力為：
（4-1）
（4-2）
式中和為偏心質(zhì)量m在x與y方向之相對運動離心力或稱激振力。
在圓振動篩的振動系統(tǒng)中，作用在機體質(zhì)量M上的力除了和外，還有機體慣性力(其方向與機體加速度方向相反)、彈簧的作用力 (和表示彈簧在x和y方向的剛度，彈簧作用力的方向永遠是和機體重心的位移方向相反)及阻尼力(c稱為粘滯阻力系數(shù)，阻尼力的方向與機體運動速度方向相反)。
在單軸振動系統(tǒng)中，作用在機體質(zhì)量上的力除了和之外，還有機體的慣性力和（其方向與機體的速度方向相反）、彈簧的作用力，（表示彈簧在方向的剛度），及阻尼力（稱為粘滯阻力系數(shù)，阻尼力的方向與機體的運動方向相反）。
當振動器在作等速圓周運動時，將作用在機體上的各力，按照理論力學中的動靜法建立的運動微分方程式為：
（4-3）
式中：——機體的計算質(zhì)量
（4-4）
式中：——。
——。
——，。
根據(jù)單軸振動篩運動微分方程式的全解可知，機體在x和y軸方向的運動是自由振動和強迫振動兩個簡諧振動相加而成的，事實上，由于有阻尼力存在的緣故，自由振動在機器工作開始后就會逐漸消失，因此，機體的運動就只剩下強迫振動了。所以，只需要討論公式的特解：
； （4-5）
其特解為： （4-6） （4-7）
式中：。
系統(tǒng)的自振頻率為：
（4-8）
下面根據(jù)圖4.2來分析圓振動篩的幾種工作狀態(tài)：
1.低共振狀態(tài)
：即若取 ，則機體的振幅。在這種情況下，可以避免篩子的起動和停車時通過共振區(qū)，從而能提高彈簧的工作耐久性，同時能件小軸承的壓力，延長軸承的壽命，并能減少篩子的能量消耗，但是在這種工作狀態(tài)下工作的篩子，彈簧的剛度要很大，因此，必然會在地基及機架上出現(xiàn)很大的動力，以致引起建筑物的震振動。所以，必須設法消振，但目前尚無妥善和簡單的消振方法。
圖4.2 振幅和轉(zhuǎn)子角速度的關(guān)系曲線
2.共振狀態(tài)
即。振幅A將變?yōu)闊o限大。但由于阻力的存在，振幅是一個有限的數(shù)值。當阻力及給料量改變時，將會引起振幅的較大變化。由于振幅不穩(wěn)定，這種狀態(tài)沒有得到應用。
3.超共振狀態(tài)
，這種狀態(tài)又分為兩種情況：
（1）n稍大于，即稍小于。若取，則得。因為，所以篩子起動與停車時要通過共振區(qū)。這種狀態(tài)的其它優(yōu)缺點與低振狀態(tài)相同。
（2），即為遠離共振區(qū)的超共振狀態(tài)。此時，。從圖可以明顯地看出：轉(zhuǎn)速愈高，機體的振幅A就愈平穩(wěn)，即振動篩的工作就愈穩(wěn)定。這種工作狀態(tài)的優(yōu)點是：彈簧的剛度越小，傳給地基及機架的動力就愈小，因而不會引起建筑物的振動。同時，因為不需要很多的彈簧，篩子的構(gòu)造也簡單。目前設計和應用的振動篩，通常采用這種工作狀態(tài)。為了減少篩子對地基的動負荷，根據(jù)振動隔離理論，只要使強迫振動頻率大于自振動頻率的五倍即可得到良好的效果，采用這種工作狀態(tài)的篩子，必須設法消除篩子在起動時，由于通過共振區(qū)而產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。目前采用的消振方法如前所述。
5.振動篩參數(shù)計算
5.1運動學參數(shù)的確定
由文獻[1]選取和計算振動篩運動學：
參數(shù)振動機械的工作平面通常完成以下各種振動：簡諧直線振動、非簡諧直線振動、圓周振動和橢圓振動等。依賴上述各種振動，使物料沿工作面移動。當振動機械采用不同的運動學參數(shù)（振幅、頻率、振動角和傾角）時，便可使物料在工作面上出現(xiàn)下列不同形式的運動：相對運動、正向滑動、反向滑動和拋擲運動。
1.拋擲指數(shù)
在一般的情況下 ，根據(jù)篩子的用途選取，圓振動篩一般取=3～5，直線振動篩宜取=2.5～4；。難篩物料取大值，易篩物料取小值。篩孔小時取大值，篩孔大是取小值。本次設計圓振動篩，選取。
2.振動強度K
振動強度K的選擇。主要受材料強度及其構(gòu)件剛度等的限制，目前的機械水平K值一般在3～8的范圍內(nèi)，振動篩則多取3～6。本次設計選擇K=4。
3.篩面傾角
對于單軸振動篩的傾角為： 作預先分級用
作最終分級用
對于圓振動篩一般取～，振幅大時取小值，振幅小時取大值。
本次設計采用的圓振動篩取。
4.篩箱的振幅
篩箱振幅；是設計篩子的重要參數(shù)，其值必須適宜，以保證物料充分分層，減少堵塞，以利透篩。通常取=3～6mm，其中篩孔大者取大值，篩孔小者取小值。本次設計選取=5mm。
5.篩子的振動頻率：按照和所確定的A值可以求解出頻率值。
（5-1）
6.振動強度校核：實際振動強度K按照下式計算：
（5-2）
在本設計中，所以符合振動強度要求。
篩子的實際強度：=3.77 ；
即篩子的頻率和振幅分別為：A=5；n=845 ；=4。
7.物料的運動速度
圓振動篩的物料運動速度計算：
（5-3）
式中：取修正系數(shù)≈0.1。
V =0.033m/s
5.2振動篩工藝參數(shù)的確定
由文獻[2]選取設計振動篩工藝參數(shù)：
1..振動篩的工藝參數(shù)包括篩面的長度和寬度、篩分效率。
篩面的長度和寬度
由公式：Fq
式中：Q——處理量，Q=375t/h
F——篩面的工作面積
q——單位時間處理量,q=50
可得出F=7.5,選取篩面長度L=4.8m，所以B=F/L=7.5/4.8=1.56m
2.篩分效率
在篩分作業(yè)中，篩分效率是衡量篩分過程的質(zhì)量指標。篩什效率是指篩下產(chǎn)物重量與原料中篩下級別(篩下級別是指原料中所含粒度小于篩孔尺寸的物料)重量的比值。篩分效率一般以百分數(shù)表示。篩分效率可按下式計算：
(5-4)
式中 ——原料中篩下產(chǎn)物含量的百分數(shù)；
——篩上產(chǎn)物中篩下級別含量的百分數(shù)；
將原科和篩上產(chǎn)物進行精確的篩分，根據(jù)篩分結(jié)果即可算出篩下級別含量及。篩分所用篩面的篩孔尺寸和形狀，應與測定篩分效率所用的篩子相同。
篩分機械的篩分效率與物料的粒度特性、物科的濕度、篩孔形狀、篩面傾角、篩面長度、篩面的運動特性及生產(chǎn)率等因素有關(guān)。不同用途的篩分機械對篩分效率有不同的要求。
表5.1 2YA1548型圓振動篩的運動學參數(shù)和工藝參數(shù)
名稱
數(shù)值
名稱
數(shù)值
篩面長度
4.8m
篩面寬度
1.56m
振動強度
4
拋射強度
4
篩面傾角
20
振動方向角
——
篩箱振幅
5mm
篩子頻率
845rmp
處理量
50t/h
物料運動速度
0.033m/s
5.3動力學參數(shù)
振動器偏心質(zhì)量及偏心距的確定：由文獻[3]
工作時，彈簧剛度小，故振幅計算式中值可以略。
對于單軸振動篩： （5-5）
式中M—振動機體質(zhì)量，M=883.48kg
m —偏心塊質(zhì)量，
A—篩箱振幅，A=5mm
r —偏心距，r=24mm
負號表示重心在振動中心的兩個不同方向上。
由式（3-13）得，m===91kg
5.4電動機的選擇
5.4.1電動機功率計算
慣性振動篩的功率消耗主要是由振動器為克服篩子的運動阻力而消耗的功率和克服軸在軸承中的摩擦力而消耗的功率 來確定。
電機的功率為：
千瓦 （5-6）
式中：—.
。
，。 這里對于滾子軸承選取 。
=14.7KW
由上式可求N=14.7KW
5.4.2 選擇電機
由文獻[17]，選擇傳動電機型號為，其額定功率為，n
5.4.3電機的啟動條件的校核
慣性振動篩起動時，電動機需克服偏心質(zhì)量的靜力矩和摩擦力矩，起動后由于慣性作用，功率消耗較少，因而需選用高起動轉(zhuǎn)矩的電動機。因此，按公式計算的功率，必須按起動條件校核：
(5-7)
式中: ——電機的其動轉(zhuǎn)矩；
——電機的額定轉(zhuǎn)矩；
——振動篩偏心重量的靜力矩與軸承的摩擦靜力矩之和 =9550=9550=98.1 N·m (5-8)
= (5-9)
式中： ——速比
——起動力矩系數(shù) 取=2.1
===1.73 (5-10)
因此有 ==1.732.1=3.63 (5-11)
= (5-12)
式中為偏心質(zhì)量的靜力矩與軸承的摩擦力矩之和
= + (5-13)
式中為振動器上軸承的摩擦力矩
=2M (5-14)
==0.002910.058=2.27N·m (5-15)
式中 (5-16)
將值帶入公式(3.20)得 =22.27=4.54 N·m
為靜力矩
=910.0249.8=51.72 N·m (5-17)
將與值帶入公式(3.19)得=4.54+51.72=56.26 N·m
將值帶入公式(3.18)得==34.23N·m
==0.349
由于=3.63,所以滿足 ,電機起動校核合格。
表5.2 電動機性能
型 號
轉(zhuǎn)速
功率
6主要零件的設計與計算
6.1軸承的選擇與計算
6.1.1軸承的選擇
根據(jù)振動篩的工作特點，應選用大游隙單列向心圓柱滾子軸承。
按照基本額定動載荷來選取軸承
(6-1)
式中：——基本額定動載荷來
——當量動載荷
=910.024()=17.1KN (6-2)
——壽命系數(shù)，=2.3～2.8 本次設計選取=2.5
——轉(zhuǎn)速系數(shù)，=（）=0.38 (6-3)
將數(shù)據(jù)帶入公式(4.1) 得 ==125.74KN
查文獻[17]，選GB297—84，軸承型號3G3622，內(nèi)徑110mm，外徑245mm。
6.1.2軸承的壽命計算
軸承的壽命公式為：
=() (6-4)
式中: 的單位為10r
——為指數(shù)。對于球軸承，=3；對于滾子軸承，=10/3。
計算時，用小時數(shù)表示壽命比較方便。這時可將公式(4.1)改寫。則以小時數(shù)表示的軸承壽命為： =() (6-5)
式中：
——基本額定動載荷=125.74KN
——軸承轉(zhuǎn)數(shù)
——當量動負荷
選取額定壽命為6000h。
將已知數(shù)據(jù)代入公式(4.2)得：
==15249h>6000h 滿足使用要求。
因此設計中選用軸承的使用壽命為15249小時。
6.2皮帶的設計
6.2.1選取皮帶的型號
帶的設計功率= 1.315 =19.5KW (6-6)
式中:——工況系數(shù)，查[11,22-18]表22.1—9得=1.3
——傳遞的額定功率，=15KW
根據(jù)=19.5KW，小輪轉(zhuǎn)數(shù)=1460rmp，查文獻[16],[22-17]圖22.1—1，選B型皮帶。
6.2.2傳動比
===1.73 (6-7)
6.2.3帶輪的基準直徑
1．選擇小帶輪的基準直徑：查文獻[16],[22-31]表22.1—14和[22-17]圖22.1—1選取=224mm
2. 選擇大輪的基準直徑： ==1.73224=388mm
查[11,22-31]表22.1—14取=400mm
6.2.4帶速
帶速常在=5～25m/s之間選取
===17.12m/s (6-8)
6.2.5確定中心距和帶的基準長度
1.初定中心距 按0.7(+)2(+)
選取,因此有436.81280,選=600mm。
2.帶的基準長度
所需基準長度=2+(+)+
帶入數(shù)據(jù)得=1985.1 查文獻[16],[22-13]表22.1—6選取基準長度=2000mm
3.實際中心距
=+=600+=607.45mm (6-9)
安裝時所需最小中心距:
==607.45-0.0152000=577.45mm (6-10)
張緊或補償伸長所需最大中心距:
=607.45+0.032000=667.45mm (6-11)
4.小帶輪包角
=180=180=163.40
5.單根帶的基本額定功率
根據(jù)=224mm,n=1460rmp，查文獻[16],[22-25]表22.1—13f得=7.47KW
考慮傳動比的影響，額定功率的增量由[機械設計手冊第三卷,22-25]表22.1—13f查得=1.14KW
6.帶的根數(shù)
===2.4根
取3根
式中：——小帶輪包角修正系數(shù)，查文獻[16],[22-18]表22.1—10=0.96
——帶長修正系數(shù)，查[機械設計手冊第三卷,22-19]表22.1—11=0.98
7.單根帶的預緊力
=500()+ (6-12)
式中為帶每米長的質(zhì)量, 查文獻[16],[22-19]表22.1—12查得=0.17kg/m
=500()+0.17=354.36N
帶的設計參數(shù)如表6.1所示。
表6.1 帶的設計參數(shù)
皮帶型號
B型
帶輪軸間距
607.45mm
最大軸間距
577.45mm
最小軸間距
667.45mm
帶的根數(shù)
3根
預緊力
354.36N
小帶輪直徑
224mm
大帶輪直徑
400mm
6.3軸的設計
6.3.1軸的設計特點
軸是組成機械的一個重要零件。它支承著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時它又通過軸承和機架聯(lián)接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運動。所以，在軸的設計中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零、部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。
軸設計的特點是：在軸系零、部件的具體結(jié)構(gòu)未確定之前，軸上力的作用和支點間的跨距無法精確確定，故彎矩大小和分布情況不能求出，因此在軸的設計中，必須把軸的強度計算和軸系零、部件結(jié)構(gòu)設計交錯進行，邊畫圖、邊計算、邊修改。
設計軸時應考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強度和剛度。對于高速軸還應考慮振動穩(wěn)定性問題。
6.3.2軸的常用材料
軸的材料種類很多，設計時主要根據(jù)對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟合理。
軸的常用材料是35、45、50、優(yōu)質(zhì)碳素鋼，最常用的是45鋼。對于受載較小或不太重要的軸，也可用A、A等普通碳素鋼。對于受力較大，軸的尺寸和重量受的限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼。
本次設計選用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼。
6.3.3軸的強度驗算
由文獻[14][17]對軸進行校核：
由圖6.1并結(jié)合振動篩的工作特點對軸進行受力分析，其受力分析如圖所示:
Pr=150kw，n=1460r/min。
求偏心軸的轉(zhuǎn)速n ，帶傳動的傳動效率 。
P=Pr kw
n=
式中i—帶的傳動比，i=400/224=1.786
所以n==1460/1.786=817.47r/min
T=9550
Ft=2
由水平方向得：
FtY=F +F FtX=0
112F=0
解得：F=3965.4N F=-277.6N
由垂直方向得：
Fv=mg=291.825N
Fv=F
F
解得：
從偏心軸結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖中可以看出偏心軸的中間表面C是該軸的危險截面。
圖6.1
現(xiàn)將截面C處的MM及M列于下表6.2
表6.2
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
F=3965.4N F=-277.6N
彎矩M
M=209.32NM
M=1108.18NM
總彎矩
M=（ M+ M）=119.86 NM
T
168.2 NM
按彎扭合成應力校核軸的強度：
校核最危險截面C：W
取
/W =
所以
故軸的強度滿足要求。
6.4支承彈簧設計驗算
1、彈簧剛度計算
由文獻[6]我們知道，選取彈簧剛度時，不僅要考慮使彈簧傳給基礎的動負荷不使建筑物產(chǎn)生有害振動，而且還要必須考慮彈簧應該有足夠的支承能力。彈簧剛度一般是通過強迫振動頻率與自振頻率的比值來控制。通常吊式振動篩取頻率比，對于座式由此，對于單軸振動篩彈簧剛度計算公式：
（6-13）
取，再有n=845次/分， 次/分
所以：
N/m
2、計算彈簧鋼絲直徑
根據(jù)彈簧所受載荷特性要求，選取鋼絲。許用應力根據(jù)文獻[6]其中的表16-2按類載荷選取查得切變模量Mpa，由文獻[19]，查得。
初步選取旋繞比。
N
曲度系數(shù)
mm
根據(jù)文獻[6]中表16-5，選取d=16mm。
3、計算彈簧中徑
D=cd=168=128mm
按文獻[6]中表16-5，取系列值D=130mm。
4、計算彈簧圈數(shù)和節(jié)距
，
mm
根據(jù)文獻得[6]：
根據(jù)文獻[6]表16-5，取n=5圈，由表25-11得彈簧的總?cè)?shù)為：
圈
由文獻[6]表16-4得彈簧的節(jié)距：
mm
5、求解彈簧的間距和螺旋角
由文獻彈簧的間距：
mm
由文獻彈簧螺旋角：
6、彈簧驗算
1）彈簧疲勞強度驗算
由文獻[6],圖16-9，選取
所以有：
由彈簧材料內(nèi)部產(chǎn)生的最大最小循環(huán)切應力：
可得： =
由文獻[6]，式（16-13）可知：
疲勞強度安全系數(shù)計算值及強度條件可按下式計算：
式中：——彈簧材料的脈動循環(huán)剪切疲勞極限
——彈簧疲勞強度的設計安全系數(shù),取=1.3-1.7
按上式可得： ==1.3
所以此彈簧滿足疲勞強度的要求。
2）彈簧靜應力強度驗算
靜應力強度安全系數(shù)計算值及強度條件為：
式中——彈簧材料的剪切屈服極限，
——靜應力強度的設計安全系數(shù)，=1.3-1.7
所以得： =1.3
所以彈簧滿足靜應力強度。
所以此彈簧滿足要求。
7振動篩的安裝維護及潤滑
7.1振動篩的安裝及調(diào)試
7.1.1安裝前的準備
振動篩在安裝前，必須進行認真檢查。由于制造的成品庫存堆放時間較長，如軸承生銹、密封件老化或搬運過程中損壞等，遇到這些
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