SZ1530慣性圓振動篩隔振裝置的改造設計

鐘 君

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南長沙 410012）

SZ1530慣性圓振動篩隔振裝置的改造設計

鐘 君

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南長沙 410012）

介紹了將SZ1530慣性圓振動篩隔振裝置改造采用圓柱螺旋彈簧的特點和優(yōu)點，并從振動篩的振動分析入手，以頻率比的方法導出了隔振圓柱螺旋彈簧的設計計算方法和計算公式。按設計改造后生產應用，當磨機給礦粒度由25～0 mm下降到18～0 mm時，碎磨總電耗可降低11.17%，取得了良好的效果。

圓振動篩；隔振裝置；圓柱螺旋彈簧；頻率比

在礦山企業(yè)選礦作業(yè)中，破碎磨礦雖然只是選礦廠選別作業(yè)的準備作業(yè)，但碎磨礦石所需的能耗卻占到選礦廠總能耗的70%～80%［1］。一直以來，如何在提高碎磨能力的前提下盡可能降低能耗、提高選礦效率是現(xiàn)代礦山企業(yè)技術改造、挖潛革新的重要課題。對于磨機，眾所周知：給礦粒度愈大，所需的球徑就愈大。當磨機的容積及裝球量一定時，球徑愈大球數(shù)就愈少，打擊的次數(shù)愈少，研磨面積愈小，生產能力就愈小。反之亦然。磨機給礦粒度愈小，磨礦效果就愈好，生產能力就愈大，所需能耗就愈低。合理降低碎礦粒度，嚴格控制磨機給礦粒度，實行多碎少磨或以碎代磨工藝是現(xiàn)在國內外選礦廠推出的較佳技術方案［2］，目前得到了普遍的重視及應用。

1 SZ1530慣性圓振動篩隔振裝置的改造原因

某鉛鋅礦選礦廠對球磨機給礦粒度的控制是通過兩臺SZ1530慣性圓振動篩來實現(xiàn)的。兩臺振動篩的篩孔原始尺寸為25 mm，現(xiàn)擬將振動篩篩孔尺寸改為18 mm，即將磨機給礦粒度由25～0 mm下降至18～0 mm，以后擬將進一步減小磨機給礦粒度至12～0 mm甚至更小。為此還必須同步調整相應破碎機的排礦口尺寸及其工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)多碎少磨工藝，達到節(jié)能降耗、提高現(xiàn)有選礦經濟技術指標的目的。

減小篩孔尺寸來控制磨機的給礦粒度，勢必要加強振動篩的篩分作業(yè)，從而對篩分分級提出了新的要求。同時因工藝參數(shù)的調整，現(xiàn)振動篩的隔振裝置因本身缺陷已無法滿足生產要求，因而必須對其隔振裝置進行重新設計與改造。

SZ1530慣性圓振動篩的支撐彈簧既是主振彈簧，又是隔振彈簧，其性能的好壞直接影響振動篩的篩分效果?，F(xiàn)隔振裝置為板彈簧結構，其結構示意圖如圖1所示。板彈簧主要缺陷：（1）在高速強迫振動下，折斷事故較多；（2）安裝較困難；（3）價格較昂貴；（4）外形尺寸較大；（5）剛度大，隔振性能較差，尤其振動篩在啟動與停車時，不能很好地通過共振區(qū)，使機體產生急劇振動，極易造成篩箱箱體開裂。同時，強烈的振動易危及廠房與建筑物的安全?；谝陨显?，將此振動篩隔振裝置由板彈簧改為更經濟實用的圓柱螺旋彈簧。圓柱螺旋彈簧的特點：（1）結構簡單緊湊，外形尺寸較小；（2）安裝簡便，不需要額外緊固件；（3）工作可靠，價格便宜；（4）圓柱螺旋彈簧的剛度可以設計得很小，消振吸振性能好，噪音低，振動穩(wěn)定，在振動篩啟動與停車時，能使篩機很好地通過共振區(qū)，避免了機體產生急劇振動，從而很好地保證了廠房與周圍建筑物的安全。因此，將此振動篩分機的隔振裝置改造為圓柱螺旋彈簧結構形式。

因技術改造，篩網篩孔尺寸由25 mm改為18 mm，即篩分粒級發(fā)生改變，以后可能進一步改小為12 mm甚至更小，依據(jù)慣性振動篩技術參數(shù)選擇原則［3～5］，為加強振動篩篩分作業(yè)，振幅調整為2.4 mm，振動頻率調整為1 200 r／min，為宜，篩面傾角仍然選用15°，其它參數(shù)不變。振幅調整只需調整振動器偏心塊即可，振動頻率的調整只需按計算調整電機皮帶輪大小即可實現(xiàn)。

圖1 SZ1530慣性圓振動篩改造前結構示意圖

2 SZ1530慣性圓振動篩隔振裝置的設計計算

2.1 振動篩傳給地基的振動力

振動篩采用隔振彈簧，彈簧在振動篩與地基之間起隔振作用，同時又支撐著振動篩。振動篩在合理支撐的情況下，其工況可近似地看成單自由度振動，所受周期性激振力為F0sin（ωt＋Φ），其運動方程為：式中：M為振動系統(tǒng)參振質量／kg；c為振動系統(tǒng)的阻尼系數(shù)；K為振動系統(tǒng)的彈簧剛度／N·m－1；F0為激振器激振力的幅值／N；t為時間／s；Φ為相位角／rad；x為振動系統(tǒng)位移／m；·x為振動系統(tǒng)速度／m·s－1；¨x為振動系統(tǒng)加速度／m·s－2。

其中振動篩激振力通過隔振彈簧與阻尼傳給地基的動力為：式中：F為地基所受的動載荷／N。

一般情況下系統(tǒng)產生的阻尼力都很小，可忽略不計，則

從（3）式可看出，地基所受的動力與隔振彈簧的剛度成正比，與振動篩的位移成正比。

在振動篩正常工作時，振動篩傳給地基的最大工作動力為：式中：Fmax為地基所受的最大工作動負荷／N；f0為當系統(tǒng)靜止時，隔振彈簧的靜變形量／m；A為振動篩工作振幅／m。

當系統(tǒng)的隔振彈簧確定后，其所受的靜變形量為一確定值，而工作振幅A一般由工況條件及工藝要求決定，針對某一工況條件及工藝要求，A可看成定值，則從上式可以看出，為了盡量減少振動系統(tǒng)傳給地基的動力，彈簧剛度應該越小越好，但是太小又不能支撐振動篩，這樣就必須有一個恰當?shù)膹椈蓜偠?。為此，必須為系統(tǒng)設計出合適的隔振彈簧剛度值。

2.2 隔振彈簧的設計原則

由振動篩的運動微分方程，可知系統(tǒng)的固有頻率ω0為：

當振動系統(tǒng)的參振質量M、彈簧剛度K，及回轉半徑r一定時，根據(jù)公式可以繪出振動篩的幅頻曲線圖，如圖2所示。

圖2 振動篩的幅頻曲線

由頻幅曲線圖可知，系統(tǒng)只有遠離共振區(qū)工作時，其振幅才較穩(wěn)定，彈簧剛度也比較小，傳給基礎的動負荷也小，才不會引起建筑物大的振動。但振動篩在啟動與停車時，勢必會通過共振區(qū)，因此振動篩的隔振系統(tǒng)的計算還應滿足下列要求：（1）機器應該有較良好的和能滿足實際工作需要的隔振效果；（2）加載后，機器的下沉量應小于某許用值；（3）機器工作過程中，不應使隔振彈簧脫離工作機體及產生沖擊和噪音。

通常隔振彈簧的剛度都是采用頻率比的方法進行設計的。根據(jù)振動篩設計原則，為了減少振動篩對地基的動負荷，防止系統(tǒng)產生共振，整個系統(tǒng)的固有頻率比它的工作頻率小得多，這樣振動篩就在遠離共振區(qū)的超共振狀態(tài)下工作，即：ω0＜＜ω

所以隔振系統(tǒng)的設計就轉換為對彈簧剛度和固有頻率的計算。

2.3 隔振彈簧的剛度計算

知靜止時系統(tǒng)總重量：W＝19 156 N；參振質量：M＝1 380 kg；又ω＝＝125.6 rad／s，則彈簧總剛度：

彈簧靜變形：

為了避免機器正常工作時和啟動停車過程中，振動機體與隔振彈簧脫離及沖擊，彈簧產生的最大動變形fd應小于靜變形f0，彈簧的動變形以機器啟動、停車過程中通過共振區(qū)時為最大，其值一般為振動機體振幅的5～8倍，即：

為了保證一定的富余量，取：f0＝30 mm

因SZ1530慣性圓振動篩改造采用座式圓柱螺旋彈簧進行支撐隔振，同時考慮到制作安裝工藝，整個隔振系統(tǒng)擬前后共采用4組8個彈簧，每組各2個進行支撐隔振，則每個彈簧的剛度值：

2.4 彈簧的各工藝參數(shù)計算

振動篩采用座式圓柱螺旋彈簧進行支撐即彈簧為壓縮形式，參照設計手冊［6］（下同），依據(jù)彈簧工作條件及其所受載荷特點，采用材料為：硅錳合金60Si2MnA彈簧鋼絲，工作負荷條件為A類，其許用切應力［τ］＝470 MPa，切變模量：G＝78 450 MPa。彈簧的端部形式為：端部并緊并磨平，支撐圈數(shù)為1.25圈。查手冊選用彈簧鋼絲直徑：d＝16 mm，彈簧中徑：D2＝110 mm，則彈簧旋繞比：6.875，符合［C］＝4～8。

式中：n為彈簧有效圈數(shù)；G為選用材料彈性切變模量／MPa。

將已知數(shù)據(jù)代入式（7）得：n＝6.05圈，?。簄＝6.5圈，彈簧兩端磨平，則彈簧總圈數(shù)：n1＝n＋2.5＝9圈。

反算彈簧實際剛度：

實際靜變形量：f0＝32.23 mm；反查手冊知彈簧節(jié)距：t≈37.9 mm，則彈簧總長：

H0＝tn＋（n1－n－0.5）d＝278.35 mm

取彈簧總長：［H0］＝280 mm

反算得實際彈簧節(jié)距：t＝38.15 mm；彈簧的壓并高度：Hb＝136 mm；壓并時的變形量：Fb＝144 mm；則彈簧工作時的最大變形量：Fmax＝f0＋A＝34.63 mm，彈簧工作時的最小變形量：Fmin＝f0－A＝29.83 mm。

結果符合Fmax，F(xiàn)min為總變形量Fb的20%～80%的范圍要求。

2.5 彈簧的疲勞強度及靜強度安全系數(shù)驗算

彈簧工作時的最大負荷：

彈簧工作時的最小負荷：

彈簧工作時的極限負荷：

查彈簧許用工作極限負荷：［Pmax］＝7 296.1 N，對于A類工作負荷條件彈簧，應有Pj＝3 820.74 N＜0.6［Pmax］＝4 377.66 N，符合要求。

查手冊，知C＝6.875時，曲度系數(shù)K＝1.216，則彈簧最大工作應力：

彈簧最小工作應力：

查手冊，知A類60Si2MnA彈簧鋼絲之抗拉強度極限：σb＝1 375 MPa，則可得疲勞極限τP值、屈服極限τS值：τP＝0.3σb＝412.5 MPa，τS＝0.6σb＝825 MPa。

都符合η、η′≥［η］＝1.3～1.7的要求。

＝6.31°，符合α＝5°～9°的要求。

彈簧外徑：D＝D2＋d＝126 mm；彈簧內徑：D1＝D2－d＝94 mm。

查手冊知彈簧最大心軸直徑：Dxmax＝88 mm，最小套筒直徑：DTmin＝132 mm。

則彈簧展開長度：

綜上，知彈簧各工藝參數(shù)均符合設計要求。

3 改造應用與效果

按設計及工藝要求，在加工好各零部件后對兩臺SZ1530慣性圓振動篩隔振裝置進行了改造，改造好后的結構示意圖如圖3所示。

圖3 SZ1530慣性圓振動篩改造后結構示意圖

改造完成后，同時對整個破磨工藝流程進行了工藝參數(shù)的相應調整，經過實際生產作業(yè)，整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可靠。經過現(xiàn)場生產數(shù)據(jù)考查，對破碎粒度、磨機給礦粒度及其電耗進行了深入的分析，分析結果見表1（三段一閉路流程：PE600×900，PYB－1750，PYD－1200，MQG2736）。

表1 入磨粒度與破碎、磨礦、電耗的關系

由表1可以看出，降低入磨給礦粒度，破碎電耗雖有少量增加，但磨礦電耗卻大大降低。當磨機給礦粒度由25～0 mm下降到18～0 mm時，碎磨總電耗可降低11.17%，節(jié)能效果非常明顯。如將磨機給礦粒度進一步減小至12～0 mm甚至更小，節(jié)能效果將更加明顯。因此，合理降低碎礦粒度，嚴格控制磨機給礦粒度，實行多碎少磨工藝，從而達到節(jié)能降耗、提高現(xiàn)有選礦經濟技術指標的目的是切實可行的。

4 結論及建議

1.振動篩隔振彈簧的設計一般采用頻率比的方法，為了防止系統(tǒng)產生共振，減少機體振動時對地基產生的動載負荷，頻率比取Z＝3～7為宜。

2.在設計彈簧時，必須保證彈簧有足夠的可壓縮量及其靜變形量須大于系統(tǒng)振動幅值的5～8倍，否則振動篩機在通過共振區(qū)時，由于機體振幅過大，會造成機體瞬時脫離彈簧或將彈簧損壞。

3.生產實踐表明，此次技術改造是成功的。合理降低碎礦粒度，嚴格控制磨機給礦粒度，實行多碎少磨或以碎代磨工藝是節(jié)能降耗、提高現(xiàn)有選礦經濟技術指標切實可行的較佳技術方案，應得到推廣應用。

［1］ 王運敏，田嘉印，王化軍，等.中國黑色金屬礦選礦實踐［M］.北京：科學出版社，2008.1 177.

［2］ 張錦瑞，唐偉.選礦廠破碎磨礦節(jié)能降耗途徑探討［J］.河北冶金，1998，（2）：104－106.

［3］ 嚴峰.篩分機械［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1995.143－145.

［4］ 孫時元.中國選礦設備實用手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1992.150－152.

［5］ 聞邦椿，劉樹英，何勍.振動機械的理論與動態(tài)設計方法［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.30－34.

［6］ 胡中，王亞軍，汪祥芝，等.實用機械設計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1991.499－523.

Reconstruction Design of Vibration Isolation M ounting of SZ1530 Inertia Circular Vibrating Screen

ZHONG Jun
（Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co.，Ltd.，Changsha 410012，China）

Through the introduction of the characteristics and advantages of SZ1530 inertia vibrating screen，vibration isolator is reformed by cylindrical spiral spring，and vibration from the vibration sieve analysis，themethod of frequency ratio is derived.According to the design after the transformation of production application，when themill feed size by 25～0 mm down to 18～0 mm，the total power consumption of grinding can be reduced by 11.17%，and it achieves good results.

circular vibrating screen；vibration isolation mounting；cylindrical spiral spring；frequency ratio

TH237＋.6

：A

：1003－5540（2014）04－0073－05

2014－04－26

鐘 君（1973－），男，工程師，主要從事選礦設備的研發(fā)推廣工作。