垃圾滚筒筛参数设计
盛金良,高 君
(同济大学机械工程学院,上海200092)
[摘 要]通过对垃圾滚筒筛主要参数的分析和对物料在滚筒筛内的运动特性的研究,给出垃圾滚筒筛主要设计参数的确定方法。
[关键词]垃圾筛分;垃圾滚筒筛;参数;设计计算
[中图分类号]TH123 [文献标识码]B [文章编号]100121366(2004)0320062202
Parameter design of rotating sieve for
disposing of garbage
SHE NG Jin2liang,G AO J un
垃圾通过筛面按粒度大小分成不同粒级的作业称为垃圾筛分。
滚筒筛是被广泛选用的垃圾筛分机械,它是利用作回转运动的筒形筛体将垃圾按粒度进行分级的机械。
其筛面一般为编织网或打孔薄板,工作时筒形筛体倾斜安装。
被筛分的垃圾随筛体的转动作螺旋状翻动,粒度小于筛孔的物料被筛下,而留在筛体上的物料从筛体底端部排出。
通常筒形筛体通过圆环体支承于机架上的支承滚轮上,见图1。
图1 垃圾滚筒筛
1-筛体支承;2-筛子;3-机架
尽管垃圾滚筒筛的使用已很普遍,但国内对这种机械的研究甚少,设计时多通过经验确定其参数。
本文将通过对筛分过程中物料运动特性的研究来推导其主要设计参数。
1 垃圾滚筒筛主要设计参数
垃圾滚筒筛设计参数分几何参数、运动参数和动力参数。
几何参数包括筛体长度L、筛体直径
D、安装倾角θ、筛孔直径d,运动参数为筛体转速n,动力参数为筛体驱动功率P。
通常设计滚筒筛的已知条件为:①生产率,即
单位时间内滚筒筛处理的垃圾量,一般以体积计
量;②筛分效率η,即实际计量的筛下物的量与理
论的筛下物的量的比值η=c/e×100%,式中c为
实际筛下物占进料量的比例,e为进料中小于筛孔
粒级的含量比例;③筛孔尺寸,它是限定筛上物和
筛下物的界线,筛孔尺寸的确定应考虑滚筒筛的具
体用途,同时还应该考虑被筛分的垃圾的组成及对
筛上或筛下物的要求;④被筛分物料的物理特性,
影响筛分效率的物料特性主要有物料单位重量、物
料形状和物料的摩擦特性。
2 物料在滚筒筛内的运动
物料在滚筒筛内的运动,可分解为沿筛体轴线
方向的直线运动和垂直于筛体轴线平面内的平面运
动。
沿筛体轴线方向的直线运动是由于筛体的倾斜
安装而产生的,其速度即为物料通过筛体的速度。
物料在垂直于筛体轴线平面内的运动与筛体的转速
密切相关。
当筛体转速较低时,物料随筛体的转动开始偏
移,当倾角超过自然休止角时就开始滑动(或滚
动),这种运动称为泻落运动;随着筛体转速的提
高,物料被带至一定的高度后作抛物线下落,这种
运动称为抛落运动,抛落运动有利于筛分的进行;
如果筛体的转速超过某一临界值时,物料不再脱离
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综合篇设计研究
建筑机械化2004/3
筛面而做离心运动,此时物料不能被筛分,筛体转速的这一临界值称为临界转速。
由图2可以分析物料的运动规律,物料到达A 点时离开筛面作抛落运动,则物料重力G的法向分量N和离心力C相等,即m v2/R=G cosα,将G=m g,v=πR n/30代入上式得
n=30
π
g cosα
R
(1)
式中 α称为脱离角,当α=0时,物料到达Z点,这时的转速就是临界转速
n c=30
π
g
R
图2 滚筒筛内物料
的运动规律
垃圾滚筒筛的
转速总是低于临界
转速而发生抛落运
动。
因此物料在垂
直于筛体轴线平面
内的运动是圆周运
动和抛落运动的组
合。
图2中物料在
A点脱离筛面作抛
落运动,到B点后
再随筛体作圆周运动至A点。
以A点为原点建立平面坐标系,圆周运动的轨迹方程为:
(x-R sinα)2+(y+R cosα)2=R2(顺时针从B点到A点),抛落运动的轨迹方程为:
y=x tanα-
x2
2R cos3α
(从A点到B点)
当筛体倾斜安装时,实际的物料运动轨迹变为不规则的螺旋线,该螺旋线的螺距△l近似为:△l=|y A-y B|tanθ=4R sin2αcos2αtanθ(θ为安装倾角),物料完成一个循环运动(行走一个螺距)所需的时间
t=c1(180-2α
3n
)+
120sinαcosα
πn
c1为考虑加速段滑动因素的修正系数。
于是物料沿筛面轴线方向的平均速度 v可表示为
v=△l/t(2) 3 滚筒筛主要参数确定
311 筛分效率和生产率
滚筒筛设计时应首先确定其主参数,以满足该筛在筛分指定物料时达到设计要求(一般是生产率和筛分效率)。
通常滚筒筛其它参数确定时,其生产率与筛分效率成非线性的反比例关系。
通常我们总是将进料处的物料流量Q0定义为滚筒筛的生产率。
很显然增加进料处的物料层截面积q0(或通常说的料层厚度),可提高生产率,但当滚筒筛的其它参数不变时,筛分效率会明显下降,因此要获得不变的筛分效率,必须要改变其它参数,最简单的是增长筛体的长度。
考虑到滚筒筛的结构因素,一般取筛长为滚筒直径的3～5倍。
通常我们可通过试验确定在给定筛分效率下筛子单位面积的筛分能力,以对滚筒筛的生产率进行估算。
312 滚筒筛转速
滚筒筛的转速n是重要的设计参数。
由于回转运动中物料离心力的存在,筛体转速n的取值一般总是小于其临界转速n c,通常为了获得较好的筛分效果,应使物料在筛体内作较大的翻动。
可以计算使物料在筛体内获得最大抛落落差的条件,即在图2中使得|y C-y B|=(R sin2αcosα)/2+ 4R sin2αcosα取最大值,令|y C-y B|′=0,可求得α=5417°,此时滚筒筛转速n
s
可由式(1)计算得
n s=
30
π
g cos5417°
R
=0176n c
试验表明,垃圾滚筒筛回转速度一般取临界转速的30%～60%较为理想,该数值比物料获得最大落差所需的转速n s要略低一些。
313 物料在筛体内的停留时间
筛上物在筛体内的停留时间为τ=L/ v,式中L为筛体长度, v为物料在筛体内沿轴向运动的平均速度,可通过式(2)进行计算,该式中的θ(安装倾角)一般取4°～88°。
314 有用功率
滚筒筛有用功率N是一个重要的参数,可以推导出其计算公式
N=
L Q oγg(9-8cos2α)
8sin2αtanθ
(编辑 李英伟)
[收稿日期]2003209223
[作者简介]盛金良(1963-),男,上海人,副教授,上海市四平路1239号1
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综合篇
设计研究
2004/3建筑机械化。