大型异线性振动筛的研究与应用

付超魁，李 平

（河南平煤股份田庄选煤厂，河南 平顶山 467013）

异线性振动筛是应用非线性振动原理，工作在共振点之前的共振区内，而一般直线筛是利用线性振动原理，工作在共振区之后的区间。异线性振动筛与其他振动筛相比具有节能、工作平稳、动反力小、结构紧凑等优点。

一、异线性振动筛的原理

异线性振动筛是在接近共振条件下工作的。异线性振动筛所以能在共振区附近工作，是因为采用了非线性弹簧，使弹性系统的振动，从线性振动变为非线性振动。根据机械振动学的理论，在非线性振动系统中，筛分机的自振频率不是定值，它随筛分机振幅的变化而改变，同时，非线性振动可使筛分在振区附近工作时的振幅变得稳定。图1为非线性振动筛分机的振幅与频率特征曲线，亦称非线性振动曲线。从图1可知，在非线性振动条件下，异性振动筛能够得到较为平稳的振幅。

异线性振动筛是利用连杆上装有弹簧的曲柄连杆机构驱动，其构造及工作原理见图2所示。当电动机带动装置在下机体上的偏心轴转动时，偏心轴使连杆作往复运动。连杆通过其端的弹簧将作用力传给筛箱，与此同时下机体也受到相反的作用力，使筛箱和下机体沿着倾斜方向振动。筛箱、弹簧及下机体组成一个双质量的弹性系统，该弹性系统固有的自振频率与传动装置的强迫振动率接近或相同时，使筛子在共振状态下沿着一定的方向角作往复直线运动，物料便沿着筛面进行筛分和脱水。异线性振动筛的工作过程就是系统内的动能和势能相互转化的一个过程。当筛子和机架的运动速度和动能达到最大值时，主振弹簧的压缩量和势能则减到最小值；当筛子和机架的运动速度和动能等于零时，主振弹簧的压缩量和势能则达到最大值，如此反复变化，使筛子获得连续振动。筛子在每次振动中只需补充少量的克服阻尼所需的能量就足够了，所以异线性振动筛的动力消耗比其他类型的筛子要低的多，且噪声小，相对传给基础的振力也小。

二、大型异线性振动筛的发展历程

异线性振动筛具有处理能力大、筛分效率高、耗电少、结构紧凑、能耗小、噪声低等优点。田庄选煤厂大型异线性振动筛是在共振筛（尤其是30m2共振筛） 不断应用、不断提高的基础上发展起来的。共振筛在我国20世纪60至70年代得到了较多应用，但由于当时研究水平的局限性，以及一些材料和生产条件的限制，特别是弹性系统的设计、制造工艺和质量水平等发展较为缓慢，阻滞了共振筛的进一步发展。但随着科学技术的发展，尤其是计算机在工业设计中的广泛应用、非线性振动理论的研究发展、一些新材料和新工艺的使用以及环保对噪声的关注，新一代的高效低能耗的大型异线性振动筛将引起人们的再次重视，并将得到新的推广和发展。同时，目前进口大型直线振动筛存在造价高、备配件昂贵、能耗高故障多的问题，国产大型直线振动筛（尤其18m2以上直线振动筛） 在设计制造上仍存在诸多缺陷，故障率较高，这些也为大型异线性振动筛发展提供了契机。

平煤股份田庄选煤厂于1970年由我国自行设计建成投产，设计处理能力370万t/年。建厂初期绝大部分筛分设备采用共振筛，直到20世纪90年代，15m2和30m2共振筛一直都是主要生产设备之一。由于前面提及的一些原因，这些共振筛也是问题较多的设备，由于生产需要，厂里被迫采用多种筛分机械替代，如苏式筛、ZK系列直线筛等，但均不理想。田庄选煤厂几十年来坚持不懈对30m2共振筛进行研究攻关，不断完善，基本满足原煤分级要求，但对于脱介及单位处理能力上仍亟待提高。

通过30m2共振筛在田庄选煤厂长期的生产、维护和应用，为大型异线性振动筛发展积累了宝贵经验。笔者认为影响异线性振动筛发展的制约因素主要有以下几个方面。

（1）弹性系统问题。异线性振动筛对弹性系统要求较高，这基本成为制约异线性振动筛发展的主要因素。弹性系统性能、结构有待于进一步优化提高；弹性元件使用量大、要求高，由于制造存在不同差异，给设备调试、维护工作带来困难；另外由于市场需求不大，相应科研机构和生产企业对这方面的研究和投入不多，也影响进一步发展。

（2）对调试、维护人员要求高。与直线振动筛相比，异线性振动筛弹性系统有一定调整难度，对维护人员要求较高。以30m2共振筛调整为例，需要进行以下几个方面的工作：①连杆弹簧调整。如调整不正确会造成启动异常、筛分效果差等结果；②线性主振弹簧的调整。如调整不正确会造成启动力矩异常、物料走料异常、弹簧和筛框寿命缩短等后果；③筛箱两侧非线性弹簧间隙的调整。如调整不正确会造成振幅超限、支撑板簧折断或筛分效率差等后果。

（3） 筛子设计、加工制造、使用中存在的一些问题。如：筛子梁断、板簧螺栓断、后筛箱易断裂、出料舌头易断裂、主振弹簧弹性差易老化等。

三、大型双层异线性振动筛在田庄选煤厂的创新及应用

1.田庄选煤厂32m2双层异线性振动筛的创新点

（1）应用非线性动力学理论提出了大型筛分机械运动学与动力学参数的计算技术,为设计高效节能异线性振动筛的工作点（振次和振幅）提供了设计方法。

（2）给出了大型非线性异线性振动筛组合参数（线性刚度、非线性刚度、碰振间隙、激励频率与幅值、导向刚度、支撑刚度等）的非线性优化方法和相应技术。

（3）提出了新的大型非线性异线性振动筛的结构参数调整技术，包括异线性振动筛支撑簧安装技术、上下筛体的质心和导向板簧调整技术、串联橡胶线性簧的安装调整技术和非线性碰振簧安装调整技术；改进安装和调试技术，如筛体质心调整、各弹性元件安装方法等，解决了弹性系统元件多，调整难等问题。

（4）通过简化模型和非线动力学理论分析，将理论分析、数值计算与现场测试相结合，找到了理想的工作点（振幅，振次）时系统最佳动力学参数的设计方法。并通过试验结果对有限元模型进行了修正，研究了大型筛分机械的动态强度和刚度问题，提出了结构优化设计方案，并进行产品优化设计加工。

32m2双层异线性振动筛（2ZYS4375型） 是目前国内最大的新型异线性振动筛。在对原30m2双层共振筛的计算分析和实验研究基础上进行了“三优”设计（包括弹性系统的非线性动力学参数设计、动强度优化设计和刚度优化设计）。通过对32m2双层异线性振动筛的“三优”设计，给出了结构动应力分布规律和模态频率分布规律，通过动力学参数优化，最终确定了该异线性振动筛的最佳工作参数，为设计制造提供了理论支持。

2.异线性振动筛安装应用

（1）安装基础底梁。首先清理基础水平，安装底梁，拧紧固定螺栓，并进行水平找正。尤其是筛子的横向水平，必须严格要求，其误差不超过1/1 000mm。当出现底梁与基础有较大间隙和不水平时，可增加楔铁，找正、紧固后，可与底梁焊接牢固。

（2）安装支撑弹簧。按照图纸要求再次校对各支撑弹簧间距，使间距严格对称平行。支撑弹簧刚度应调整基本一致，否则将引起筛相横向摆动和基础受力不均。

（3）安装上下筛框，连接板弹簧。在连接固定板弹簧时，应按顺序对称组装，并使上下筛框保持平行一致。①上下筛箱上下对齐，中间距一致，上下筛箱支板弹簧座在一个平面上，上筛箱的主振弹簧座（方钢座）的中心线必须与下筛箱触头座的中心线在一条直线上。②支撑弹簧垂直于筛箱，压缩尺寸误差为±1mm。

（4）安装筛板。下筛箱使用的是扣槽式绝缘质筛板，先把扣槽紧固在筛梁上，扣槽间距尺寸误差0.05mm，下层筛板是用螺栓紧固，筛板下面要铺一层橡胶板，δ＝10～12mm，防止筛板松，保护筛梁面。

（5）安装主振弹簧，临时拧上螺帽，调主振弹簧用2～3mm钢板测量出各弹簧间的间隙，必须一致，如不一致可用开口垫片调整。最后调试运行后，再紧固好螺帽，并拧紧备帽防松。

（6）安装电动机和偏心传动装置，连接弹性传动连杆。装传动大轴时用铁垫片把两边轴承座找平，紧固后大轴转动应灵活无磨损现象。偏心块的中心线与上筛箱串簧座中心线的误差±0.05mm。装上连杆弹簧，戴上螺帽，预紧量试运行中调试好后，紧固好螺帽，并拧紧备帽防松。电动机与偏心轴上三角带轮槽应平行一致，其误差不应大于±1mm。

（7）试车。检查筛箱各部位没有碰、擦现象，即可以空载8h试车。试车时上下筛箱应平稳，各部振幅为12～14mm。如振幅有误差，可调整主振弹簧间隙，即振幅小，间隙调大；反之，与其相反。空载试车后，检查筛子各连接件、紧固件及弹性元件间隙是否正常，如正常，即可加载重负荷试车，重负荷连续运转应不少于24h，之后，即可投入正常使用。

田庄选煤厂32m2双层异线性振动筛（2YZS4375型）2005年3月至2006年5月完成设计、制造、安装工作，2006年6月进入调试、试运行阶段,并纳入正常生产系统投入生产（设备位置编号315＃原煤分级筛），2YZS4375型筛主要技术指标：筛面尺寸4 300mm×7 500mm，筛面面积32m2，双层，频率13.3Hz，振幅（双）10～16mm，最大给料粒度300mm，处理量400t/h，总重量34.27t。经过近4年的现场使用，性能基本满足生产需要，存在问题主要有橡胶主振弹簧质量不稳(不同批次质量有差异)，给维护带来一定困难，亟待今后进一步完善。

四、结束语

国内最大的32m2异线性振动筛(2YZS4375型)的制造、安装与应用标志着田庄选煤厂大型异线性振动筛的研究工作已步入一个新的高度，将对我国异线性振动筛领域的发展进步起到积极的推动作用，为我国筛分机械的大型化、国产化提供新的发展思路，同时也为选煤厂筛分机械提供了新的选择。

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