一种变椭圆轨迹等厚振动筛

摘要

一种变椭圆轨迹等厚振动筛，适用于对原煤、矿石及其它物料进行粒度分级、脱介。它包括筛板和筛网组成的筛箱，支撑筛箱的前支座和后支座组成的弹性支架，设在筛箱上的单个激振传动轴和设在单个激振传动轴两端的偏心激振器，电动机，电动机座，轮胎式联轴器，单个激振传动轴设置的位置偏离筛箱质心，安装于筛箱整体质心的斜上方，不与筛箱整体的质心重合。在筛面入料端产生的椭圆轨迹行程比较大，入料端到筛体中部椭圆的长轴逐渐变小，改变了传统的平动椭圆相同的运动模式的特点和筛箱受等强度作用方式，该振动筛入料端输送物料的能力强，能使入料端粒度分布均匀分层，其结构简单，透筛率高，使用效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动筛，尤其是一种适用于煤矿、冶金、化工、环保等领域对物料进行粒度分级、脱介的变椭圆轨迹等厚振动筛。

背景技术

目前国内外所使用的椭圆振动筛，一般是双轴或三轴，通常是由筛箱、底座及激振器组成，激振器包括电机及带偏心块的激振轴，电动机带动激振轴旋转即产生离心惯性力(激振力)，从而使振动筛作平动运动。当离心惯性力的力心与振动筛筛箱整体质心重合时，振动筛筛箱整体作平动运动，筛箱上各点的运动轨迹均与质心运动轨迹相同。即筛箱各点的运动轨迹、输送速度和抛掷指数等均相同，筛面运动轨迹单一，筛面运动方式不理想，因而筛分效率不高；同时三轴振动筛结构复杂，安装精度高，不利于振动筛的大型化发展。等厚筛筛面运动方式可使物料在筛面上保持相同或渐增的厚度，达到较为理想的筛面运动方式，但是等厚筛筛体高度大，占地空间比较大，同时筛体结构复杂，使用时的维修量也大。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种筛分效果好、结构简单的单轴变椭圆轨迹等厚振动筛。

为实现上述目的，本发明的技术方案：包括筛板和筛网组成的筛箱，支撑筛箱的前支座和后支座组成的弹性支架，设在筛箱上的单个激振传动轴和设在单个激振传动轴两端的偏心激振器，电动机，电动机座，轮胎式联轴器，所述的单个激振传动轴设置的位置偏离筛箱质心，位于筛箱整体质心水平夹角为β、距离为L的斜上方，不与筛箱整体的质心重合。

所述单个激振传动轴位置距离筛箱整体质心的水平夹角β约为π/2～πrad，距离L约为0.20～2.05m；所述激振传动轴偏离整体筛箱质心的位置选取通过下式确定：

$\left(\begin{array}{c}{\theta }_{1}Y{D}_y-{\theta }_{2}X{D}_x-({\theta }_1^2+{\theta }_2^2)D_x{D}_y<0\\ l\in \left(\mathrm{0.20,2.05}\right)\\ \beta \in (\frac{\pi }{2},\pi )\end{array}\right)$

其中：${\theta }_1=\frac{\mathrm{Al}\cos \beta +k_y\cos \alpha (L_2-L_1)Y}{J{\omega }^2-k_y\cos \alpha ({L_1}^2+{L_2}^2)},$${\theta }_2=\frac{-\mathrm{Al}\sin \beta +k_x\sin \alpha (L_1+L_2)X}{J{\omega }^2-k_y\cos \alpha ({L_1}^2+{L_2}^2)},$$X=\frac{A}{2k_x-M{\omega }^2},$$Y=\frac{A}{2k_y-M{\omega }^2},$A＝4mrω²。

式中：M-振动筛参振质量；J-M对质心O的转动惯量；α-振动筛安装倾角；k_y、k_y-支承弹簧在x、y方向的刚度系数，r-偏心矩，m-偏心块质量，ω-激振角频率；L₁、L₂-两边支承弹簧离质心距离；l-偏心块回转中心距筛体质心距离；β-l方向与x轴之间的夹D_x、D_y-筛体上任意一点相对于筛体质心的坐标。

有益效果：本发明改变了传统的平动椭圆相同的运动模式的特点和筛箱受等强度作用方式，根据等厚筛分的原理，得到了符合筛面运动特点的变椭圆轨迹等厚振动筛。在筛面入料端产生的椭圆轨迹行程比较大，入料端到筛体中部椭圆的长轴逐渐变小。由于椭圆的长轴是强化物料输送的分量，该振动筛入料端输送物料的能力比较强，能使入料端粒度分布较广泛的物料有足够的能量向前运动，有利于均匀分层，物料透筛概率大；经计算可知，沿筛面长度方向上，从入料端到排料端，物料运动速度为递减状态，可以保证筛面有合理的料层厚度，充分发挥物料的透筛潜力；振动筛入料端的抛掷指数比较大，与同样规格的平动椭圆筛的抛掷指数相比提高了18.93％，可使该段较厚的物料有效分层，从入料端到筛体中部抛掷指数逐渐减小，从而保证了筛体各段有合理的抛射指数，强化了筛分过程。由于在筛面入料端有较大的抛掷指数和高的料流速度，因而保证了大块物料的快速通过以及物料在筛面上快速分层，使细小颗粒更快地靠近筛面，顺利透筛。中间段达到普通筛分法的抛掷指数和较大的料流速度，使得沿筛面长度方向上，细粒级物料流大体稳定，比较均匀的透筛。接近排料端抛掷指数和料流速度比普通筛分机的指标稍低，使物料在筛面停留时间稍长，充分透筛。筛面上各点从入料端至排料端，其振动倾角也是由大倾角逐渐变小的，借助倾角，使细粒物料在相对较薄的料层中分层透筛，提高了筛面的实际效率，因此变椭圆轨迹振动筛有效提高了振动筛的筛分效率。

附图说明

图1是本发明的主视结构之示意图。

图2是本发明的左视结构之示意图。

图3是本发明的筛箱力学模型示意图。

图4是本发明的椭圆运动轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

图1、图2所示，本发明变椭圆轨迹等厚振动筛，主要由筛箱、弹性支架、激振体，电动机4和电动机座5组成。筛箱由筛板1和筛网9组成，弹性支架由前支座3和后支座6构成，前后支座上分别设有橡胶弹簧2和上支架10，激振体由单个激振传动轴8和对称设在其上的偏心式激振器7构成，偏心式激振器7由主偏心块、副偏心块、轴承座、轴、滚动轴承和压盖等零件组成。前支座3低，后支座6高，将筛箱倾斜支撑，电动机4和电动机座5设在筛箱的一侧，单个激振传动轴8通过轮胎式联轴器11与电动机4相联接，单个激振传动轴8设置的位置偏离筛箱质心o，位于筛箱整体质心水平夹角为β、距离为L的斜上方，水平夹角β约为π/2～π，距离L约为0.20～2.05m；不与筛箱整体的质心重合，即单个激振传动轴8轴线与筛箱整体的质心不重合。振动筛由激振电机4通过轮胎式联轴器11直接实现传动。

激振传动轴偏离整体筛箱质心的位置选取通过下式确定：

$\left(\begin{array}{c}{\theta }_{1}Y{D}_y-{\theta }_{2}X{D}_x-({\theta }_1^2+{\theta }_2^2)D_x{D}_y<0\\ l\in \left(\mathrm{0.20,2.05}\right)\\ \beta \in (\frac{\pi }{2},\pi )\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中：${\theta }_1=\frac{\mathrm{Al}\cos \beta +k_y\cos \alpha (L_2-L_1)Y}{J{\omega }^2-k_y\cos \alpha ({L_1}^2+{L_2}^2)},$${\theta }_2=\frac{-\mathrm{Al}\sin \beta +k_x\sin \alpha (L_1+L_2)X}{J{\omega }^2-k_y\cos \alpha ({L_1}^2+{L_2}^2)},$

$X=\frac{A}{2k_x-M{\omega }^2},$$Y=\frac{A}{2k_y-M{\omega }^2},$A＝4mrω²。

式中：M-振动筛参振质量；J-M对质心O的转动惯量；α-振动筛安装倾角；k_x、k_y-支承弹簧在x、y方向的刚度系数；r-偏心矩，m-偏心块质量，ω-激振角频率；L₁、L₂-两边支承弹簧离质心距离；l-偏心块回转中心距筛体质心距离；β-l方向与x轴之间的夹角；D_x、D_y-筛体上任意一点相对于筛体质心的坐标。

图3所示，m为激振轴的偏心质量，r为偏心距，ω为激振轴的激振圆频率，t为时间，O为筛体质心，l为激振器轴线与筛体质心间的距离为，β为l与x轴之间的夹角，激振轴的初始相位为φ，振动筛的安装倾角为α，θ为纵向平面内的摆动角位移，L₁、L₂分别为两边支承弹簧与筛体质心的距离，k_x、k_y分别为支承弹簧在x、y方向的刚度系数，M为振动筛的参振质量，J为M对质心O的转动惯量，x、y分别为筛体在x、y方向的位移。

由振动筛的动力学分析可以得到振动筛上任意一点D(x_D、y_D)的运动方程为：

$\left(\begin{array}{c}{x}_D=x+\theta D_y=X\cos \mathrm{\omega t}+({\theta }_1\sin \mathrm{\omega t}+{\theta }_2\cos \mathrm{\omega t})D_y={\theta }_1{D}_y\sin \mathrm{\omega t}+(X+{\theta }_2{D}_y)\cos \mathrm{\omega t}\\ y_D=y-\theta D_x=Y\sin \mathrm{\omega t}-({\theta }_1\sin \mathrm{\omega t}+{\theta }_2\cos \mathrm{\omega t})D_x=(Y-{\theta }_1{D}_x)\sin \mathrm{\omega t}-{\theta }_2{D}_x\cos \mathrm{\omega t}\end{array}\right)---\left(2\right)$

式中：D_x、D_y分别为筛体上任意一点相对于筛体质心的坐标；令A＝mrω²，则有

$X=\frac{A}{2k_x-M{\omega }^2},$$Y=\frac{A}{2k_y-M{\omega }^2},$${\theta }_1=\frac{\mathrm{Al}\cos \beta +k_y\cos \alpha (L_2-L_1)Y}{J{\omega }^2-k_y\cos \alpha ({L_1}^2+{L_2}^2)},$

${\theta }_2=\frac{-\mathrm{Al}\sin \beta +k_x\sin \alpha (L_1+L_2)X}{J{\omega }^2-k_y\cos \alpha ({L_1}^2+{L_2}^2)},$

令E＝X+θ₂D_y，C＝-θ₁D_y，S＝Y-θ₁D_x，H＝-θ₂D_x，用数学方法消去式(2)中的时间参数t，可以得到：

(S²+H²)x_D²+2(SC-EH)x_Dy_D+(E²+C²)y_D²＝(ES+CH)²    (3)

对式(2)进行讨论可知，当E²S²+C²H²+2ESCH＝0时，D点的运动轨迹为直线；当E＝S，C＝H时，D点的运动轨迹为圆；一般情况下，式(3)表达的是椭圆方程，经过计算可以得到振动筛上任意一点其椭圆运动轨迹中椭圆长轴与x方向的夹角γ

$\gamma =\frac{1}{2}\arctan \frac{2(\mathrm{SC}-\mathrm{EH})}{(S^2+H^2)-(E^2+C^2)}---\left(4\right)$

从上面的公式得出，振动筛上部分点的运动轨迹是直线或圆，而其它点的运动轨迹都是椭圆。

因此通过调整激振轴和筛箱质心o的相对位置，就能够实现筛箱上各点的运动轨迹是长短轴不同的椭圆，由此达到合理的运移速度和抛掷强度，提高筛分效率。

例如：选用参数：M＝18000kg，J＝48203kg·m²，α＝16°，k_x＝9.016×10⁵N/m，k_y＝2.705×10⁶N/m，r＝0.176m，m＝960kg，ω＝76.616rad/s，L₁＝2.712m，L₂＝2.857m.，计算得到X＝-3.680mm，Y＝-3.820mm，A＝1.360×10⁶N，θ₁＝0.0056lcosβrad，θ₂＝-0.0056l sinβrad，任取D_x＝0.470m、D_y＝-0.470m，带入式(1)后得到

$\left(\begin{array}{c}1.73\sin \beta -1.79\cos \beta -1.24l>0\\ l\in \left(\mathrm{0.20,2.05}\right)\\ \beta \in (\frac{\pi }{2},\pi )\end{array}\right)$

根据该式可选择合适的l、β值，如取l＝0.50m、即满足条件。

因此，通过调整激振轴和筛箱质心o的相对位置，就能够实现筛箱上各点的运动轨迹是长短轴不同的椭圆，由此达到合理的运移速度和抛掷强度，提高筛分效率。沿筛面方向选取5个特殊的点，选取如上所述的具体参数，得到筛面上从入料端到排料端筛体上各点的运动情况，其各点的运动轨迹如图4所示。

本发明振动筛的激振轴采用单轴，电机采用激振电机。激振器的激振力，由块偏心式激振器的主、副偏心块旋转时产生，激振力的大小，由主副偏心块的夹角来调整。两个块偏心式激振器之间，用万向联轴器传动轴联接，并且两个激振器位置完全对称。这样产生的激振力的作用线正好作用在侧板平面内，力的传递直接通过侧板，受力条件比较有利。