橡胶空气弹簧在安居煤矿选煤厂的应用

王小楠，蒋钢正，耿红新，张光伟，翟德平

(1.济宁矿业集团有限公司 安居煤矿选煤厂，山东 济宁 272100；2.威海市海王旋流器有限公司，山东 威海 264203)

1 概 况

安居煤矿选煤厂设计年入洗能力120万t。选煤工艺为：大于50 mm块煤采用动筛或浅槽排矸，动筛块精煤破碎后经1 mm脱泥再进入无压三产品重介旋流器分选，1～0.25 mm粗煤泥采用TBS干扰床分选，0.25～0 mm细煤泥直接浮选回收。浮选精煤采用卧脱离心机和快开隔膜压滤机回收；浮选尾煤采用快开式隔膜压滤机回收。

2 橡胶空气弹簧工作原理及结构特点

橡胶空气弹簧技术在工业上广泛应用于设备隔振方面，我国最早于80年代初引进美国康威德公司的橡胶空气弹簧技术用于振动筛减震[1]。之后随着囊式橡胶空气弹簧技术的不断成熟，广泛应用于压力机、压缩机、离心机等设备，特别适用于振动筛、车辆悬挂装置[2-3]。

2.1 工作原理

橡胶空气弹簧在工作过程中，内腔充入压缩空气，形成压缩空气柱，利用空气的可压缩性，随着振动载荷的变化，弹簧的高度和内腔容积随之改变，达到非线性有弹性作用，实现振动载荷的平稳、柔性传递，完成振幅与震动载荷的高效控制[4]。

空气弹簧由帘线层、内外橡胶层和成型钢丝圈硫化组成。空气弹簧的载荷主要由帘线承受，帘线层数有2～4层，层层交叉并和空气囊的经线方向成一定角度布置。帘线必须采用强度大的人造丝、维尼纶或尼龙材料。橡胶必须采用进口天然胶和优质材料。空气弹簧的胶囊与盖板间密封采用螺钉加紧密封式，利用金属卡板和螺钉加紧密封，另一种是由钢板成型，用压力机把胶囊和钢板压紧成型[5]。橡胶空气弹簧由上下夹板压紧密封组成，上下夹板设有充气阀或快速接头以便充气，上下夹板可根据用户要求设计定位与主机设备连接。

2.2 结构特点

(1)空气弹簧具有非线性特性，可以根据需求将其设计成比较理想的形式[6]；

(2)空气弹簧的刚度随载荷和空气压力而变，因而在任何载荷下自振频率几乎保持不变，使弹簧装置具有几乎不变的特性；

(3)空气弹簧能同时承受轴向和径向载荷，也能传递扭矩，通过内压力的调整还可以得到不同的承受能力，因此能适应多种载荷的需要。囊式橡胶空气弹簧必须能承受8.4～8.8 kg/cm2的压力不崩裂[7，8]；

(4)囊式橡胶空气弹簧与钢簧相比，或与其它产品作为震动载荷比较，空气弹簧在承受剧烈振动时，寿命较长；

(5)吸收高频震动和隔声的性能好，并能避开和设备共振[9]；

(6)空气弹簧具有机械设备的缓冲减震性能好、噪声低，并能提高主机设备的使用寿命，安装、维护、调节方便等优点。

3 橡胶空气弹簧使用效果分析

空气弹簧是在柔性的橡胶囊中充入压缩空气，利用空气的可压缩性，实现非线性有弹性作用的非金属弹簧，因其减震效果好、使用寿命长、易维护保养、更换简便等优点，在各领域中广泛使用[10]。

3.1 橡胶空气弹簧与钢簧效果分析对比

前期使用钢簧，在较多方面存在一定的制约性，更换为橡胶空气弹簧后，使用效果良好。具体效果分析对比见表1。

表1 产品对比

3.2 橡胶空气弹簧与钢簧的噪声和共振值对比

橡胶空气弹簧在使用中，技术人员现场用噪声声级仪和振动测试仪进行了测量，并与更换钢簧前进行了测量噪声和共振振动测试对比，具体统计数据如表2、表3所示。

表2 设备运行过程噪声测试对比

表3 设备运行过程共振测试对比

表2可以看出，橡胶空气弹簧在运行过程中整体噪声低于普通钢簧，且橡胶空气弹簧运行整体噪声比较稳定，均低于90 dB；普通钢簧在运行和停机时，噪声最高可达112 dB，根据音量等级来看，为永久损害听觉的噪声[11]。可以看出，更换为橡胶空气弹簧后，噪声值下降幅度较大，有利于保护现场人员的身体健康。

由表3可知，橡胶空气弹簧运行过程中共振较低，总体小于1.90 mm/s，而普通钢簧可达到7.58 mm/s，共振会导致地面裂缝、设备损坏以及次声危害等[12]，橡胶空气弹簧的使用，符合选煤厂的长远利益。

3.3 橡胶空气弹簧产品经济效益分析对比

目前，虽然初期将振动筛安装更换为橡胶空气弹簧，投入较大，但其具有使用周期长、减少振动筛运行损耗、维护成本低以及降低员工劳动强度等优势，将从不同方面带来直接和间接的经济效益。橡胶空气弹簧与钢簧经济效益具体对比分析如下：

(1)整体投入成本低。橡胶空气弹簧为前期一次性投入，使用周期可达3 a，后期维护成本极低；而普通钢簧由于材料限制和运行缺陷，后期维护费用高，总体成本可达橡胶空气弹簧2倍。

(2)橡胶空气弹簧的气层能对筛子整体(大梁、梁梆、小梁)起到减震、保护作用，避免设备的共振现象，延长整机使用寿命；普通钢簧会直接传递振动频率，且无法避免与设备共振的现象，不利于保护筛体，且钢簧内部组织变化无法通过肉眼从外部发现，无法明确判定钢簧是否起到减震作用。

(3)橡胶空气弹簧更换简便，且可直接替换掉已损坏部分；普通钢簧损坏后必须全部更换，更换时长为橡胶空气弹簧的20～30倍。

(4)普通钢簧运行时噪声大，会造成员工情绪波动，严重则会导致员工焦虑、失眠、暴躁，降低员工工作幸福感；橡胶空气弹簧能降低噪声，减小共振，大大减轻员工的工作强度，改善员工工作环境。

4 应用效益分析

4.1 直接效益

(1)弹簧成本投入：以ZK2448振动筛为例，需橡胶空气弹簧数量8个，橡胶空气弹簧前期投入4万元，可保证3 a稳定运行，且气源正常时能做到免维护；钢簧材料成本投入1.76万元，安装人工费2万元，且钢簧损坏几率大，考虑到后期维护成本，3 a合计成本远远高于橡胶空气弹簧的成本。

(2)筛板成本投入：1套不锈钢筛板成本约4.8万元，橡胶空气弹簧更换后可减少1套不锈钢筛板的使用。

(3)人工成本投入：钢簧更换的配件成本2万元，工时成本、工具材料成本投入以及误工的经济效益约3万元。

4.2 间接效益

(1)具有潜在的、间接的更大经济效益：如果振动筛延长使用寿命1 a，降低了设备折旧率，提高了设备的利用率，对于振动筛的筛帮、大梁、小梁有很大的保护作用；对于电机、激振器、传动装置也有很好的保护作用。

(2)减小对其他设备的共振，保护厂房结构，保护其他设备，经济效益突显。使用3 a后综合效益节省投入资金在15～20万元。

5 结 语

橡胶空气弹簧在安居煤矿选煤厂应用的总体效果较好，减轻了钢簧更换的劳动强度，节约了维修维护成本，降低了噪声污染和共振带来的风险，有利于脱介筛的正常运行，增加了脱介筛的使用寿命，从而降低了选煤成本，提高了企业的经济效益。