圆振动筛设计机械设计制造及其自动化张家良指导老师李慧摘要：本设计主要介绍了圆振动筛的分类与特点，通过对振动筛的动力学分析及动力学参数的计算，主要完成了圆振动筛的总体设计，电动机的选择以及传动方案的分析、比较与选择等内容。

在此基础上，对振动筛的结构尺寸、激振器的偏心块、驱动轴的结构尺寸以及其他主要零部件的设计计算与校核，另对弹簧的、轴承等的选择进行了详细的计算和说明。

关键词：圆振动筛；激振器；设计引言从井下或露天采矿开采出来的或经过破碎的物料，是以各种大小不同的颗粒混合在一起的。

在选矿厂、选煤厂和其它的工业部门中，物料在使用或进一步处理前，常常需要分成粒度相近的几种级别。

物料通过筛面的过孔分级称为筛分。

筛分所用的机械称为筛分机械。

在选矿厂和选煤厂中应用的筛分机械有很多种结构型式，如固定格筛、弧形筛、旋造简单、生产能力大，筛分效率高等优点，因而在选矿厂、选煤厂及其它工业部门中已被广泛用于分级，脱水，脱介和脱泥作业。

共振筛在生产实践中也取得较好的效果，但因具有较大的冲击裁荷，故其机件(如横梁与侧板)容易损坏。

须进一步研究和改进。

随着煤矿开采能力和入洗原煤量的提高，作为物料分级筛选的主要设备——振动筛也不断向大型化发展。

圆振动筛是一种做圆形振动、多层数、高效新型振动筛。

圆振动筛采用筒体式偏心轴激振器及偏块调节振幅，物料筛淌线长，筛分规格多，具有结构可靠、激振力强、筛分效率高、振动噪音小、坚固耐用、维修方便、使用安全等特点，该振动筛广泛应用于矿山、建材、交通、能源、化工等行业的产品分级。

1振动筛筛面物料运动理论1.1筛上物料的运动分析由文献[1]可知关于筛上物料的分析，如图1所示：振动筛运动学参数（振幅、振次、筛面倾角和振动方向角）通常根据所选择的物料运动状态选取。

筛上物料运动状态直接影响振动筛的筛分效率和生产率，所以为合理地选择筛子的运动参数，必须分析筛上的物料的运动特性。

图1 圆振动筛上物料运动圆振动筛的筛面做圆运动或近似于圆运动的振动筛，筛面的位移方程式可用下式来表示：ωϕϕcos cos )180cos(A A A x -=-=-︒=t （1）ωϕϕsin sin )180sin(A A A y ==-︒=t （2）式中：A ——振幅；ϕ——轴之回转相角，ϕ=ωt ；ω ——轴之回转角速度；t ——时间。

求上式中的x 和y 对时间t 的一次导数与二次导数，即得筛面沿x 和y方向上的速度和加速度：ωωsin A v X =t （3）ωωcos A v y =t （4）ωωcos 2A a X =t （5）ωωsin 2A a y -=t （6）由运动特征，来研究筛子上物料的运动学。

物料在筛面上可能出现三种运动状态：正向滑动、反向滑动和跳动。

1.2正向滑动当物料颗粒与筛面一起运动时，其位移、速度和加速度与筛面的相等。

筛面上质量为m的物料颗粒动力平衡条件：对质量为m 的颗粒受力分析（如图1）：1）物料颗粒重力：G mg = （7）2）筛面对颗粒的反作用力，由2cos sin y N mg ma mA t αωω-==-可以得到：2cos sin N mg mA t αωω=- （8）式中α为筛面倾角。

3）筛面对物料颗粒的极限摩擦力为：2(cos sin )F fN f mg mA t αωω==- （9）式中f 为颗粒对筛面的静摩擦系数。

颗粒沿着筛面开始正向滑动时临界条件：cos x mg F ma α-= （10）将F ，x a 用已知式子（9）与（5）替代，且f tg μ=（μ为滑动摩擦角），简化整理得： 2cos()sin()k g A ϕμμαω-+=- （11） 式中，k ϕ为正向滑始角。

令cos()k k b ϕμ-=+，则：n =（12） 式中d b 称为正向滑动系数。

由上式得知，正向滑动系数1k b <。

当1k b =的时候，可以求得使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动时最小转数应该为：min N +=（13） 为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须取筛子转数min n n +>。

1.3反向滑动临界条件为：sin x mg F ma α+= （14）将F ，x ma 用（9）与（5）替代，并简化后： 2cos()sin()q q g b A ϕμμαω-=+= （15） 式中：q ϕ——反向滑始角；q b ——反向滑动系数。

则可以得到：n =（16） 由上式可以知道，反向滑动条件1q b <。

当1q b =时，可以求得使物料沿着筛面反向滑动的最小转数应该是：min n -= （17） 为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须使筛子转数min n n ->。

1.4跳动条件的确定颗粒产生跳动的条件是颗粒对筛面法向压力0N =。

即cos y mg ma α=，或者是2cos sin d g A αωϕ=。

由此可以得到： 2cos cos 1sin d d vg b A k k ααϕω==== （18） 式中：d b ——物料跳动系数；d ϕ——跳动起始角； k ——振动强度，2A k gω=； v k —— 抛射强度，它表明物料在筛面上跳动的剧烈程度。

上式可以写成：0n ==（19） 当1d b <时或者1kv >，则颗粒出现跳动。

当1=d b 或1=V K 时，则可求得物料开始跳动时的最小转数为： βπαsin cos 302min 0A g n = （20） 为了使物料产生跳动，必须取筛子的转数min 0n n >。

由于目前使用的振动筛采用跳动状态，因此要讨论跳动终止角，跳动角及运动速度。

1.5物料颗粒跳动平均运动速度物料颗粒从振动相角d ϕ起跳，到振动相角b ϕ跳动终止时，沿x 方向的位移为：2sin 21t g t V S d αδ+==22sin 21δωαωδg V d+ （21） 式中d V 为物料颗粒起跳时沿x 方向的运动速度： d x d A V V ϕωsin == （22）由此，则： 2)(sin 21sin ωδαϕδg A S d += （23） 同一时间内，筛面位移为：]cos )[cos(cos cos 3d d d b c A A A db S ϕδϕϕϕ-+=-== （24）物料颗粒在每个循环中，对筛面的位移为：C S S b b x S -===δ43 =221sin sin [cos()cos ]2d d d g A A αϕδδϕδϕω+-+- （25） 当筛子在近似于第一临界转数下工作时，即︒≈360δ，则上式中方括号内的数值接近于零。

故得到： 221sin sin 2d g S A αϕδδω=+（26） 物料跳动平均速度： ]).(sin 21sin [602ωδαϕg A Sn V d +== （27） 当︒≈360δ时，则d d tg ϕϕ≈sin ，0sin ≈δ，0cos 1≈-δ，因此： δϕϕ2sin ≈≈d d tg （28）或为： d ϕδsin 2=（29） 可以将式（27）化简为: )1(30αtg k An V v += （30） 按照上式计算得的结果与实际相比，计算值较大，因为未考虑物料特点，摩擦和冲击等因素.为此，上式应该乘以修正系数0k ，15.013.00-≈k 。

所以： )1(300αtg k An k V v += （31） 2总体方案设计2.1圆振动筛的工作原理具有圆形轨迹的惯性振动筛为圆振动筛，简称圆振筛。

这种惯性振动筛又称单轴振动筛，其支承方式有悬挂支承与座式支承两种，悬挂支承，筛面固定于筛箱上，筛箱由弹簧悬挂或支承，主轴的轴承安装在筛箱上，主轴由带轮带动而高速旋转。

由于主轴是偏心轴，产生离心惯性力，使可以自由振动的筛箱产生近似圆形轨迹的振动。

YA型圆振动筛和一般圆振动筛很类似，筛箱的结构一般采用环槽铆钉连接。

振动器为轴偏心式振动器，用稀油润滑，采用大游隙轴承。

振动器的回转运动，由电动机通过一堆带轮，由V带把运动传递给振动器。

2.2振动筛基本结构本次设计圆振动筛是由激振器、筛箱、隔振装置、传动装置等部分组成。

2.2.1筛箱筛箱由筛框、筛面及其压紧装置组成。

1)筛面：为适应大块大密度的物料的筛分与煤矸石脱介的需要，振动筛的筛面需要有较大的承载能力，耐磨和耐冲击性能。

为减少噪声，提高耐磨性设计中采用成型橡胶条，用螺栓固定在筛面拖架上。

上层筛面采用带筐架的不锈钢筛面，下层筛面采用编织筛网。

其紧固方式是沿筛箱两侧板处采用压木、木契压紧。

中间各块筛板之间则用螺栓经压板压紧。

2)筛框：筛框由侧板、横梁等部分组成。

侧板采用厚度为6—16mm的A5或20号钢板制成。

衡量常用圆形钢管、槽钢、方形钢管或工字钢制造。

筛框必须要由足够的刚性。

筛框各部件的联接方式有铆接、焊接和高强度螺栓联接三种。

2.2.2激振器圆振动筛采用单轴振动器，由纯振动式振动器、轴偏心式振动器和皮带轮偏心式自定中心振动器。

2.2.3支承装置和隔振装置支承装置主要是支承筛箱的弹性元件，有吊式和座式两种。

振动筛的隔振装置常用的有螺旋弹簧、板弹簧和橡胶弹簧。

2.2.4 传动装置振动筛通常采用三角皮带传动装置，它机构简单，可以任意选择振动器的转数。

3.振动筛动力学基本理论由文献[1]可知：惯性振动筛的振动系统是由振动质量（筛箱和振动器的质量）、弹簧和激振力（由回转的偏心块产生的）构成。

为了保证筛子的稳定工作，必须对惯性振动筛的的振动系统进行计算，以便找出振动质量、弹簧刚性、偏心块的质量矩与振幅的关系，合理地选择弹簧的刚性和确定偏心块的质量矩。

图2 振动系统力学模型图图2表示圆振动筛的振动系统。

为了简化计算，假定振动器转子的回转中心和机体(筛箱)的重心重合。

激振力和弹性力通过机体重心。

此时，筛子只作平面平移运动。

今取机体静止平衡时(即机体的重量为弹簧的弹性反作用力所平衡时的位置)的重心所在点o 作为固定坐标系统(xoy)的原点，而以振动器转子的旋转中心1o 作为动坐标系统(1x 1o 1y )的原点。

偏心重块质量m 的重心不仅随机体一起作平移运动(牵连运动)， 而且还绕振动器的回转中心线作回转运动(相对运动)，则其重心的绝对位移为：m x ＝x +1x ＝x +ϕcos r ＝x +rcos t ωm y ＝y +1y ＝y +ϕsin r =y+rsin t ω式中： r ——偏心质量的重心至回转轴线的距离；ϕ——轴之回转角度，ϕ＝t ω，ω为轴回转之角速度，t 为时间。

偏心质量m 运动时产生的离心力为：)cos (222t r x m dt x d m F m x ωω--== （32） )sin (222t r y m dty d m F m y ωω--== （33） 式中t mr ωωcos 2和t mr ωωsin 2为偏心质量m 在x 与y 方向之相对运动离心力或称激振力。