大型香蕉筛结构仿真与性能测试分析

黄 勇，赵环帅

(1.唐山工业职业技术学院， 河北 唐山 063299； 2.唐山陆凯科技有限公司， 河北 唐山 063020；3.中国冶金矿山细粒筛分机械工程技术研究中心， 河北 唐山 063020)

香蕉筛是我国煤炭行业物料分级中重要的筛分设备之一。近年来，为了适应我国大型选煤厂不断新建及扩建的发展现状，香蕉筛的大型化逐渐成为发展趋势。香蕉筛的跨度是决定处理能力的主要因素，在某种意义上而言，香蕉筛的大型化也就是筛机跨度的大型化[1-3]. 随着筛机跨度的增加，筛机横梁、侧板、驱动梁等主要零部件在工作时的动应力相应呈倍数增加。因此，香蕉筛的大型化对筛机的强度和刚度提出了更高的要求。目前，大型香蕉筛由于筛机在设计过程中结构强度和刚度存在不足或工作时存在物料的磨损和腐蚀等多种原因，在现场使用过程中，容易出现筛机侧板开裂、横梁断裂等问题，同时筛下横梁的磨损和腐蚀严重等问题也普遍存在，导致筛机使用寿命较短，不但影响了生产的正常进行，而且占用了大量的维修费用和维修时间，降低了企业的经济效益。因此，研制大型、可靠的香蕉筛，增加筛机单位面积处理能力、提高筛分效率、延长使用寿命对煤炭筛分领域未来的发展具有重要意义。

1 工作原理

2LKBB3661香蕉筛利用双质量相等的不平衡偏心块旋转产生激振力，双偏心块在齿轮约束下同步异向旋转过程中，在各个运动瞬时位置，两个偏心块产生的沿振动方向的激振分力相互叠加，而在其法线方向的激振分力相互抵消，只形成沿振动方向的单一简谐激振力，驱动整机按一定的频率和振幅做往返直线运动。在激振力作用下，物料沿振动方向被不断地抛起落下，使物料在筛面上向前输送，同时快速地散开和分层，细粒物料靠近筛面透过筛孔，以实现物料的分级、脱泥、脱水等目的[4-5].

2LKBB3661香蕉筛筛面按照等厚筛分的原理设计，筛面分为两层，两层筛面从入料端依次呈25°、21°、17°、9°、5°共5段角度，物料在不同角度段运动速度不同，抛掷指数与运动方向也不同，从而快速松散分层，使细粒物料靠近筛面而完成透筛。

2 结构特点

2LKBB3661香蕉筛主要由箱式激振器、筛箱、驱动总成、聚氨酯筛板(不锈钢焊接筛板)、减振弹簧等组成(图1)，其主要结构件的特点为：

2.1 箱式激振器

箱式激振器的高激振力设计，保证了物料高效的筛分效率。箱式激振器为高效率斜齿轮传动激振器，寿命长，噪音低(仅78～80 dB). 采用进口大游隙调心滚子轴承，稀油飞溅润滑。激振器不带通气帽，避免外界粉尘或异物进入激振器；高磁性油塞能够吸附激振器内部金属细屑；通过增减偏心轮上的配重块可以改变激振器的激振力。

1—减振弹簧 2—箱式激振器 3—筛箱 4—驱动总成 5—聚氨酯筛板(不锈钢焊接筛板)图1 2LKBB3661香蕉筛筛机结构示意图

2.2 筛 箱

筛箱主要由侧板、激振器驱动梁、横梁等部件组成，其主要结构特点为：

1) 筛箱激振器主梁采用无缝中空箱形结构设计，内设加强筋板，强度高。全部焊缝经热处理后去除应力。激振器与驱动梁连接面采用特殊精密结构设计，确保加工精度。

2) 筛箱横梁在设计时采用高强度合金钢无缝矩形管。在考虑正常载荷的基础上，为适应不可预知的外部恶劣环境影响，预留较大安全系数。横梁整体采用世界先进的聚脲喷涂工艺，对其表面进行喷涂处理，使横梁更耐磨、更耐冲刷、防腐效果更优。为了适应更恶劣的工作环境，进一步延长设备使用寿命，在横梁冲刷严重部位，为横梁设计了特殊的防护装置，该防护装置由合金钢板和高耐磨橡胶板粘接组合而成，与横梁铆接在一起。对横梁起到全方位的保护作用，并且损坏时更换容易，避免横梁被冲刷磨损断裂，导致整个筛机损坏。

3) 筛箱侧板是由高精度数控机床切割而成，制作侧板的钢板采用整张合金钢钢板，不得进行拼接、焊接并且表面不得有划伤及弯曲。侧板上所有连接孔采用数控高精度机床加工，保证了侧板所有连接孔加工精度及之间的位置精度；在侧板应力较大的部位，增加加强角钢与加强板，提高侧板的强度与刚度。为减少焊接应力，侧板所有部位的连接均采用虎克铆钉。

2.3 驱动总成

驱动总成主要是驱动激振器运转，为筛机提供动力源。该装置由电动机、皮带轮、驱动轴、轴承座组件、十字万向轴组成。电动机安装在可调的支撑上，方便传动皮带张紧，电动机与驱动轴进行皮带连接，将动力传给驱动轴，驱动轴通过十字万向轴与激振器连接，该驱动装置可以实现长期连续运行，低噪音，免维护。

2.4 聚氨酯筛板

聚氨酯筛板采用国际最先进的设备和原材料，并且根据各种工况进行专业的材料配方及网孔孔型设计。聚氨酯筛板具有高弹性的特点，可有效解决在各种筛分过程中，物料糊住筛面和卡住筛孔等问题，也可以根据现场需要选用不锈钢焊接筛板。

3 结构仿真分析

在2LKBB3661香蕉筛设计过程中，建立筛箱的三维仿真模型，见图2. 对2LKBB3661香蕉筛的材质进行设定，其中泊松比为0.3、杨式模量为200 GPa、抗拉强度为235 MPa. 为提高主要结构件分析的准确性，对激振器驱动梁进行单独网格划分，共划分了236 786个网格，经仿真分析后，应力分析结果见图3.

图2 三维仿真模型图

图3 应力分布图

从图3可以看出，筛箱工作时最大应力集中在出料端弹簧支撑座上部和中部筛板安装型钢，但最大应力为16.02 MPa，远小于钢材的屈服应力。因此，筛箱整体结构的刚度和强度可靠，满足结构设计要求。

4 性能测试分析

2019年6月，按照相关行业技术标准，LKBB3661香蕉筛经河北省矿山机械产品质量监督检验站进行了性能检测(图4)，从其主要技术参数检测数据(表1)看出，LKBB3661香蕉筛振动方向角、筛箱振幅、筛箱两侧面对称点振动方向角差技术指标达到了标准要求，而筛箱两侧面对称点振幅差、轴承温升、轴承最高温度、筛箱两侧面对称点弹簧高度差、空载噪声、筛箱横向摆动技术指标远低于技术标准规定的数值。

5 结 语

2LKBB3661香蕉筛经结构仿真与性能测试表明，该筛机结构可靠、性能稳定，其应力较小，远小于钢材的屈服强度，且主要检测技术指标达到了或远低于技术标准规定的数值。同时，该香蕉筛具有筛分效率高、寿命长、处理量大等优点，在未来的筛分作业中可显著提升资源利用率，具有广泛的推广与应用价值。

图4 性能测试现场图

表1 性能检测结果表