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本科學生畢業(yè)設計
雙驅動同步振動篩的結構設計
系部名稱： 機電工程學院
專業(yè)班級： 機械08-3班
學生姓名：
指導教師：
職 稱：
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Structural Design of Dual-drive Synchronous Shaker
Candidate：
Specialty：Construction Machinery
Class：
Supervisor：
20012-06
摘 要
選煤廠的篩分機數量很多，所以對篩分機的要求也越來越高。不但要求它具有較高的生產率、較好的篩分效率或脫水效果、較低的動力消耗；而且還要具備結構簡單、制造容易、安裝維修方便等機械性能。由于滾軸篩、圓筒篩上述性能較差，在使用上受到了限制，逐漸被工藝效果好、構造簡單、維修方便的振動篩所代替。
自同步振動篩是一種廣泛用于散體物料分級的設備。在選煤等工業(yè)領域，用于分級、脫水、脫泥和脫介。其篩分性能尤其重要。
本文系統(tǒng)地闡述了雙電機自同步振動篩的應用現狀和發(fā)展趨勢，論述了設計高效雙電機自同步振動篩的必要性；同時對雙電機自同步振動篩的原理進行了分析，計算了振動篩的動力學參數、運動學參數，設計計算了激振器的軸、偏振塊的參數和結構，減震裝置，篩框的設計，并進行聯(lián)軸器的選型等。
關鍵詞:雙電機；自同步振動篩；激振器
Abstract
The number of Washery screening machine is very large . So the demands on the screening machine also getting higher and higher. It is not only demand its higher productivity, better screening efficiency or effectiveness dehydration and low power consumption, but also with mechanical properties of simple structure, easy to manufacture, convenient to installation and maintenance and so on .As such properties of the roller sieve and sieve cylinder is very poor, it has became the restrictions of the fields of use. And it has been gradually replaced by the shaker because of its good process effect, simple structure and easy to maintenance .
Synchronization shaker is a widely used equipment in the classification of bulk materials. In the fileds of industrial such as coal chosen ,it has been used for grading, dewatering, desliming and sculping. Its properties of screening is particularly important.
In this paper, systematically expounded the application status and the trends of the design of the the two-synchronous motor,discussing the necessity of the two-synchronous motor. While analysising the principles of the two-synchronous motor, Calculating the kinetic parameters of the shaker,the parameters of kinematics, designing and calculating the structure and parameters of the shaft and the polarization block of the exciter, finishing the design of shock absorber and screen frame and also finishing selection of the coupling .
Key words:double motor；self-synchronous motor；shaker vibrator
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1課題研究的目的及意義 1
1.1.1課題研究的目的 1
1.1.2課題的意義 1
1.2國內外振動篩分機械的發(fā)展 3
1.3本次設計的內容 4
第2章 整體結構設計 6
2.1傳動方式的選擇 6
2.2設計方案介紹與選擇 7
2.3減振裝置的確定 8
2.4激振器結構設計 9
2.4.1激振器結構類型的選擇 9
2.4.2工作原理分析 9
2.5本章小結 11
第3章 雙電機自同步振動篩參數確定 12
3.1自同步篩的工藝參數的確定 12
3.2振動篩動力參數計算 13
3.2.1慣性振動篩參振質量的計算 13
3.2.2計算隔振彈簧剛度 14
3.2.3所需激振力力幅及質量矩的計算 14
3.2.4振動篩傳給地基的負荷 15
3.3電動機功率的計算與電機選擇 15
3.4本章小結 17
第4章 激振器的設計計算 18
4.1偏心塊的設計 18
4.2激振器傳動軸的設計與計算 22
4.3 鍵的強度校核 25
4.4軸承的校核 25
4.5 軸承的潤滑 26
4.6 本章小結 26
第5章 篩箱的設計分析與計算 27
5.1 篩面選擇 27
5.2 篩面固定方法的確定 29
5.3篩框的設計 31
5.4本章小結 31
結論 32
參考文獻 33
致謝 34
第1章 緒 論
1.1課題研究的目的及意義
1.1.1課題研究的目的
篩分技術廣泛應用于煤炭、冶金、化工、醫(yī)藥、輕工、環(huán)保等領域。在我國煤炭是主要的能源。其篩分性能尤其重要。據國際能源機構和美國能源部能源消息局最近預測：世界煤炭消費量將由2000年的42.98億噸增長到2020年的58億噸。久已來我國便是以煤炭為主要能源的國家，煤炭在一次能源的生產和消費結構中約占3/4。國家《煤炭洗選加工業(yè)“十五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃》要求，到2005年，全國原煤入洗率由2000年的25.7%提高至35%～40%；全國商品煤灰分由現在的20.5%降到19.5%；含矸率達到0.5%；調整煤炭產品結構，洗選、篩選產品和直銷原煤的比例由2000年的34∶55∶11，調整至45∶50∶5。
目前我國的選煤廠，特別是大型選煤廠多采用跳汰工藝，由于跳汰機分選精度低，即便處理易選煤，矸石中精煤損失也高于2%(全國平均約5%)，損失于中煤中的精煤則更高(全國平均約30%)。精煤質優(yōu)、價廉、競爭力強與采用最先進的選煤技術密切相關。因此，研制高質、高效的振動篩刻不容緩。
1.1.2課題的意義
70年代以前，國內振動篩主要依靠進口；70年代以后，國內研制出一系列振動篩，例如ZK，ZS，DS等系列自同步振動篩以及仿國外的產品，ZK系列振動篩為自同步振動篩，主要建立在消化吸收德國KHD公司的USL。USK系列振動篩結構形式、工作原理、參數的合理選擇，在此基礎上結合現場實際使用情況和我國國情特點，設計出新型的ZK系列自同步振動篩。目前我國各種選煤廠使用的設備中，振動篩是問題較多、維修量較大的設備之一。這些問題突出表現在篩箱斷梁、裂幫，稀油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高、噪聲大等問題，同時伴有傳動帶跳帶斷帶等故障。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命，嚴重影響了生產。為此我研制了一種雙電機自同步振動篩，由于其優(yōu)良的工作特點：振動強度大，分選效果好，簡化了激振器的結構，噪音較低，機器潤滑和檢修等日常維護工作減少，設備的故障率降低。但是國外生產的代表世界先進水平的自同步振動篩系列產品，從噪音、工作穩(wěn)定性，壽命及工藝性能參數，都是國產設備無法比擬的。但進口設備普遍價格較高，因此在現有自同步振動篩的基礎上，提高我國自同步振動篩的設計方法，改進、完善自同步振動篩的結構，具有重要的社會和經濟意義。
振動篩國內外發(fā)展現狀：
振動機械與其它類型的機械相比，優(yōu)點；結構簡單，制造容易，重量較輕，金屬消耗量少、成本低、安裝方便、維修容易等。缺點；振幅不夠穩(wěn)定，調整復雜，傳給地基的振動較大，零部件工作壽命較短、噪聲大等缺點。振動篩分機械是最近發(fā)展起來的一種新型機器，目前廣泛用于選礦、冶金、石油化工、水利電力、輕工、建筑、交通運輸等工業(yè)部門，用來完成各種不同的工藝過程。例如在選煤廠，普遍采用圓振動篩、概率篩、等厚篩和自同步振動篩對粗煤、精煤和末煤的分級脫水和脫介等工藝；在建筑工程中需要各種大型篩機對沙石進行分級；在焦化廠采用自同步振動篩對焦碳篩分；在環(huán)衛(wèi)部門的垃圾處理中，出現了馳張篩。
綜合國內外的篩分機發(fā)展現狀，篩分機將向以下幾個方向發(fā)展。
(1)大型化：近年來隨著煤礦開采能力和入洗原煤量的提高，作為物料分級篩選的主要設備—振動篩也不斷向大型化發(fā)展。德國KHD公司生產的USK型篩機尺寸4500㎜×6000㎜ 。篩面的面積達27㎡，德國的另一個篩分公司生產的5500㎜×11000㎜篩機，工作面積己達60. 5㎡。
(2)大型化和超重型化：大的礦業(yè)工程需要處理大塊物料，法國素梅斯塔公司生產的振動棒可以處理直徑lm以上的大塊的物料。
(3)軌跡的理想化：為了提高各區(qū)段的篩分效率和整個篩機生產率為目標，研發(fā)一種以理想的軌跡運動為基礎的新型篩分機。在垂直方向，入料端的振幅大于出料端的振幅；沿篩面的方向，從入料端到出料端，物料的速度遞減，在這樣的工況下，該篩分機的篩分效果優(yōu)于一般的篩分機械。
(4)標準化、系列化、通用化：國的KHD公司生產的USL。 USK篩機的側板、橫梁、傳動軸，同屬德國的申克公司生產的系列篩，均已實現標準化、系列化、通用化。
(5)采用自同步技術：用雙電機自同步技術替代齒輪同步，可簡化結構，降低噪音，從而減少了機器潤滑和檢修等日常維護工作，減少設備的故障率。
(6)振動強度增大：機的振動過程逐漸強化，以取得較大的速度和加速度，提高生產能力和篩分效果。
(7)空間化發(fā)展：物料，先后出現了旋流振動篩、錐型振動篩、旋轉概率篩等，既減少占地面積，又提高生產能力和篩分效率。
由于科學技術的飛速發(fā)展和慣性激振器的固有特點，人們開始積極探索新的激振方式，德國寶馬公司研制了一種新型的液壓激振裝置，其主要技術特點是采用換向閥控制油缸往復運動，由于換向閥必須高頻換向，必須使換向閥壽命受到影響，所以該項裝置尚未得到推廣使用。
1.2國內外振動篩分機械的發(fā)展
1.2.1國內振動篩概況
我國煤炭資源豐富，儲量多，品種齊全。煤炭占我國能源的75%以上，是當今和未來幾十年內我國最主要的能源。隨著我國煤礦采掘機械化程度的不斷提高，泥煤含量加大，原煤水分增高，所生產的煤炭質量不斷惡化。在我國提出的潔凈煤炭戰(zhàn)略，煤炭洗選是龍頭，因而發(fā)展煤炭的洗選加工業(yè)是目前提高煤炭質量的重要措施。
我國的篩分機械是在引進國外技術的基礎上發(fā)展起來的。近20年來，我國對振動篩的研究取得了一些可喜的成果。篩子大型化已取得一些成就。在常規(guī)脫水、脫介篩方面，開發(fā)了新的干法篩分設備。在煤泥分級脫水方面，開發(fā)了曲面篩、高頻振動篩和電磁振動細篩等產品；在篩面方面也取得了可喜成就，開發(fā)了聚氨酷，超高分子聚乙烯等非金屬篩面和多層篩網。
由于我國的工業(yè)發(fā)展緩慢，基礎工業(yè)比理論水平和技術水平落后，我國的篩分機械的發(fā)展只有近60年的歷史，可分為三個階段。
（1）仿制階段：這期間，仿制了前蘇年的系列圓振動篩、MZ型搖動篩；波蘭的WK-15圓振動篩，WP1。 WP2型吊式自同步振動篩。這些篩分機仿制有15OO㎜×3000㎜重型振動篩系列成功，為我國篩分機械的發(fā)展奠定了堅實的基礎，并培養(yǎng)了一批技術人員。
（2）自行研制階段：從1966年至1980年研制了一批性能優(yōu)良的新型振動篩分設備。5㎡。 30㎡共振篩系列，煤用單軸、雙軸振動篩系列，自同步自同步振動篩系列，等厚概率篩系列，冷熱礦篩系列。這些設備雖然存在著故障較多，壽命較短的問題。但是他們的研制成功基本上滿足了國內的需要，同時也標志著我國的篩分機走上了獨立發(fā)展的道路。
（3）提高階段：在80年代，我國的篩分機走上了一個新的發(fā)展里程碑。成功研制了振動概率篩系列，旋轉概率篩系列，完成了箱式激振器等系列，自同步等系列，例如馳張篩，螺旋三段篩，物料自同步振動篩，琴弦振動篩，立式圓筒篩的研制取得了一定的成功。
1.2.2國外振動篩概況
國外從16世紀開始篩分機械的研究與生產，到了18世紀歐洲工業(yè)革命時期，篩分機械得到了迅速的發(fā)展，使篩分機械發(fā)展到較高的水平。圓筒篩、等厚篩，搖動篩和概率篩等各種類型的機械振動篩為了適應各種工業(yè)的需要而先后問世。德國的申克公司能提供260種篩分設備，STK公司生產的篩分設備系列品種較全，技術水平較高，KHD公司生產200多種規(guī)格篩分設備，通用化程度較高，KUP公司和海因曼公司都研制了雙傾角的篩分設備。美國RNO公司新研制了DF11型雙頻率振篩，采用不同的速度激振器。DRK公司研制成三路分配給料，一臺高速電機驅動。英國為解決從濕原煤中篩出細粒末煤，研制成功了旋流概率篩。前蘇聯(lián)也研制了一種多用處兼有自同步振動篩優(yōu)點的自同步自同步振動篩。
國外振動篩發(fā)展趨于大型化，國外生產大型等厚篩有德國篩子技術公司的2.2m×10.45m。篩面為不同傾角的3段。申克公司的3.1m . ×9.1m。 篩面也為不同傾角3段。澳大利亞Honert公司已售出70多臺等厚篩，最大為2.4m×6.1m。篩面已發(fā)展成為不同傾角的5段。以上等厚篩都采用箱式激振器。
表1.1 國外篩機大型化情況
國家（或公司）
寬（米）
長（米）
篩分面積（平方米）
德國篩子技術公司
5.5
10
50
德國申克公司
4
8.5
34
德國洪堡特和韋達克公司
4.5
6.75
30
日本神戶制鋼所
4.8
7.1
34.08
美國
3.7
7.3
27
日本川崎重工
4
12
48
1.3本次設計的內容
本次設計內容包括篩框的設計；篩面的選擇及其與篩框的連接與固定；激振器的結構設計及其軸、鍵的校核；減震裝置的結構設計；振動篩的動力參數與工藝參數的計算。
本次設計的振動篩主要用于煤泥脫水，要求入料粒度小于150mm，振幅在3.5~4mm，振動頻率為800~1000次/分，生產率不得低于85t/h。
由于篩子在高頻振動下工作，篩框不僅承受篩分物料的重量，而且還要承受很大的振動力。因此，篩框的結構要牢固，不僅要有足夠的強度，還要有足夠的整體剛度，使篩框不致因發(fā)生變形而損壞。
減震裝置也保證一定的剛度，要求彈性模量小，減震效果好，制造方便、安裝容易、使用壽命長，噪音小等優(yōu)點。
激振器要滿足結構簡單，安裝方便，便于潤滑和檢修，噪音低等要求。
32
第2章 整體結構設計
2.1傳動方式的選擇
2.1.1非直接傳動
非直接傳動又分為撓性連軸器和非撓性連軸器。
采用非撓性連軸器：電動機通過三角膠帶減速后。直接驅動激振器工作。優(yōu)點是結構簡單?？梢匀我膺x擇激振器的轉速。缺點是三角膠帶拉力作用于傳動軸的一端。使篩箱容易產生橫向擺動。電機軸本身受彎距大；篩分機啟動或停車過程中。經過共振區(qū)時。振幅跳動大。 膠帶易松弛。產生吊帶和打滑；膠帶過緊。電動機軸的彎矩過大。易毀電機。
采用撓性連軸器的非直線傳動：電動機經三角膠帶減速后。在通過輪胎連軸器把動力傳遞給激振器。由于撓性連軸器的吸振。從而可以克服有三角帶直接驅動激振器帶來的一系列問題。
2.2.2直接傳動
直接傳動是電動機通過聯(lián)軸器直接驅動激振器。他克服了三角帶傳動的缺點。德國USB型圓振動篩就是采用了直接傳動的簡單慣性振動篩。
振動篩傳動中。采用的聯(lián)軸器有三種形式：萬向聯(lián)軸器。輪胎聯(lián)軸器和橡膠聯(lián)軸器。
萬向聯(lián)軸器在篩分機傳動中。多用于電機與激振器和兩個激振器之間的連接。
輪胎聯(lián)軸器常用于電機與激振器之間的連接。輪胎聯(lián)軸器由橡膠帶制作的撓性膠帶片和兩個半聯(lián)軸器節(jié)組成。
橡膠聯(lián)軸器，又稱三抓撓性聯(lián)軸器。由法蘭，圓形平膠帶，壓板和螺栓等組成。該聯(lián)軸器結構簡單，但軸向尺寸比較大，常用于兩個激振器見的連接。
考慮實際情況，采用輪胎聯(lián)軸器和橡膠聯(lián)軸器連接的直接傳動。
2.2設計方案介紹與選擇
圖2.1 方案一結構簡圖
齒輪強迫傳動振動器的主要的優(yōu)點。能保證兩偏心軸的振動相位角一致。物料能按一定的拋擲角運動進行篩分。組裝精度要求一般.這種篩子的最大不足。就是噪音大。軸襯易發(fā)熱。漏油也較嚴重。齒輪使用壽命短等。
圖2.2方案二結構簡圖
雙不平衡激振器由兩臺電機拖動。主要取消了一對齒輪。代之以兩臺電動機直接帶動軸轉動.采用這種傳動方式的振動器。其優(yōu)點是可以簡化了激振器的結構。使振動篩的潤滑。維護和檢修大為簡化；篩子噪音。消除漏油和降低費用等。
圖2.3方案三結構簡圖
采用這種傳動方式的振動器。其優(yōu)點可以降低篩子噪音。消除漏油。減少備件消耗和降低費用等.但振動器兩軸同心度。及其裝備精度要求較高.通過三角帶傳動的振動器。如兩電機膠帶輪的三角膠帶松緊不一致時。均會引起由于兩軸摩擦傳動阻力的差異而導致兩偏心相位角的不一致。從而造成物料在篩面上不規(guī)則運動。影響篩分效率。
綜合方案一。二和方案三的優(yōu)，缺點。最后，確定方案二是較優(yōu)方案。
2.3減振裝置的確定
振動篩的支撐方式分為吊式和座式兩種。吊式采用的吊掛裝置包括螺旋形壓縮彈簧，鋼絲繩，防擺錘，吊環(huán)，剛繩卡等零部件。
篩面通過四組吊掛裝置吊掛在上層樓板上。改變鋼絲繩的長度可以調整曬面傾角。防擺錘安裝在鋼絲繩的上方，其作用是防止篩箱產生橫向擺動。篩子工作時，產生橫向擺動是難免的，這是因為鋼絲繩有其自振頻率、當篩子工作頻率等于鋼絲繩的自振頻率時，就會發(fā)生共振，此時的鋼絲繩就會產生強烈的偏擺，篩箱發(fā)生不穩(wěn)定的振動。為了避免此現象，可以變化防擺配重在繩上的位置，來改變鋼絲繩的自振頻率，防止共振現象的產生，達到防擺的目的。如果剛繩長度比較短，即在1250mm以內時，就可不設防擺錘。
座式支撐裝置有彈簧，彈簧的上，下支座，定位塊，篩箱耳軸和摩擦阻尼器等組成。彈簧上支座與篩箱耳軸連接。采用金屬螺旋彈簧減振時，其支座下放設有減振摩擦阻尼器。
阻尼器：阻尼器有螺栓，彈簧，橡膠塊和橡膠座等組成。調節(jié)螺栓可以改變彈簧對橡膠塊的壓力，橡膠塊壓緊在篩箱的側板上。當篩分機停車經過篩分機的共振區(qū)時，側板和橡膠塊產生的摩擦力迫使篩箱很快的通過共振區(qū)而停車。
阻尼器的調整是通過調節(jié)螺栓，是彈簧有自由高度170mm壓縮到30mm左右。觀察篩分機過共振區(qū)的情況，反復調節(jié)，直到過共振區(qū)振幅比較小和篩子停車較平穩(wěn)為止。
減振彈簧：在慣性振動篩中，減振彈簧既是主振彈簧，又是隔振彈簧。它的作用有：
（1）固有頻率為彈簧剛度和參振質量的函數，當篩子質量確定后，振動頻率就取決于彈簧剛度。因此，彈簧剛度決定著系統(tǒng)的工作狀態(tài)和篩分機的工作穩(wěn)定性。
（2）彈簧剛度大，傳給基礎動載荷幾大，因此，適當選擇彈簧的剛度，可以減小傳給基礎的動負荷。
隔哲裝置中的彈性元件有金屬螺旋彈簧，橡膠彈簧，復合彈簧和沖氣彈簧等多種形式。
本裝置選用橡膠彈簧。橡膠大部分是由橡膠和鋼制附件組合而成。這種組合的彈簧，不僅能夠避免橡膠元件與機器運動部分直接產生摩擦，造成橡膠損壞，同時，也便于橡膠元件的互相聯(lián)接。因此，它比單純使用橡膠的彈簧更方便，工作更可靠。但是，必須使橡膠和鋼制附件牢固粘合起來。橡膠和鋼制附件的粘合多采用硫化方法。這種方法是將橡膠和金屬附件一起在壓模中進行加溫加壓，在硫化作用下，香蕉和剛制附件表面產生連接的混合物，從而使橡膠與金屬表面而牢固粘結。
2.4激振器結構設計
2.4.1激振器結構類型的選擇
激振器是振動篩的心臟，其工作頻率高，工作時間長，潤滑效果差，振動沖擊力大，故障多，因而選用合適的激振器是篩機穩(wěn)定運行的保證。我國現用激振器的結構形式有三種：箱式、筒式和塊偏心式。
1箱式激振器結構特點：電機通過皮帶輪和傳動裝置驅動激振器，主、從動軸通過齒輪強迫同步。優(yōu)點是：軸承采用稀油潤滑，極限轉速高，工作條件好；激振器可成組使用，拆卸方便，檢修較容易；振動篩工作頻率不受電機轉速限制，通過皮帶輪可調整振動篩的工作頻率，從而對篩子的動性能及工藝效果進行優(yōu)化。缺點是：需齒輪傳動，噪聲高；需大型橫梁傳遞擾力，整機高度大，制造成本高。一般非自同步型振動篩普遍采用箱式激振器。
2筒式激振器結構特點：它是由兩橫貫篩箱的長軸構成，偏心質量分布在長軸上。與箱式激振器相比，筒式激振器直接安裝在篩箱側幫上，安裝高度低，不需要大型工字梁支承，激振力沿篩箱寬度為均布載荷，安裝精度易保證。缺點是：加工長軸需要大型設備；不便于與其它篩子通用；皮帶輪和齒輪都在篩箱外側，致使篩箱寬度大，篩箱一側須留較大的檢修空間。
3塊偏心激振器結構特點：電機直接帶動激振器。優(yōu)點是:沒有齒輪，能有效地降低篩子噪聲，結構簡單；三化程度最高；質量輕；采用干油潤滑，使漏油現象大為減少；激振器直接安裝在篩幫上，擾力直接作用于側壁，受力狀況良好。缺點是：對傳動系統(tǒng)阻尼不均衡較敏感，容易造成拋擲角不穩(wěn)定，調整不好，往往影響使用；篩子工作頻率受電機轉速限制，從而使篩子的工作頻率往往不能在理想的工作頻率范圍內。
由于本次設計采用雙電機自同步直線振動篩，固要選擇塊偏心激振器。
2.4.2工作原理分析
振動器的工作原理主要由電機通過三角膠帶或萬向聯(lián)軸器帶動偏心軸做同步反向回轉運動。偏心塊產生的離心慣性力及合力，沿X-X方向的分力是互相抵消，而沿Y—Y方向的分力總是相互迭加。因此，形成單一的沿Y—Y方向的合力。這種力就是振動力。他驅使篩箱沿Y—Y方向做往復直線震動。物料在篩面上便沿著這個方向成一定角度的拋掙和篩分。
圖2.4 工作原理示意圖
圖2.5 工作原理圖
任意時刻t。雙不平衡塊所處的位置如圖2-3所示:
圖2.6 激振力的計算
由此可以求出雙不平衡重產生的激振力隨時間變化的關系式：
（2.1）
式中：——不平衡重的質量和；
——不平衡重所產生的激振力幅值(kN)；
——轉動時間(s)；
——不平衡重質心的回轉半徑(m)；
——不平衡重回轉角速度(rad/s)；
——在振動方向上的激振力(kN)；
——每個偏心塊的質量(t)；
由上式可見。雙軸慣性激振器。當作同步反向回轉的時候。產生定向的簡諧力。此力通過篩箱的質心。使篩箱作定向往復直線運動。
2.5本章小結
分析了直接傳動方式與非直接傳動方式的優(yōu)缺點，最終考慮實際情況，采用輪胎聯(lián)軸器和橡膠聯(lián)軸器連接的直接傳動。對比了3種設計方案的優(yōu)缺點選擇出了能使篩子噪音低。消除漏油。減少備件消耗和降低費用的設計方案。確定了減震裝置。也確定了激振器的結構設計，分析了激振器的原理。
第3章 雙電機自同步振動篩參數確定
3.1自同步篩的工藝參數的確定
自同步振動篩的運動參數包括篩面傾角，振動方向角，篩面振幅，篩面振動頻率，篩面強度，物料運動速度，生產率，篩孔尺寸，篩面長度和寬度等。這些參數是通過實驗來選取最佳的，物料不同，參數也不同。為了簡化篩子的規(guī)格種類，這些參數只能選取在一定范圍內。
1篩面傾角
對于自同步振動篩篩面傾角一般為-5°～10°。一般來說，篩分50㎜以上物料，為5°～10°；40㎜以下物料為0°；如用于脫水、脫介、脫泥等為-5°～0°。根據設計要求，用于脫水脫泥作業(yè)，所以取=0°。
2振動方向角
篩面的振動方向角，也就是物料的拋射角，是直線振動篩的重要參數之一。直線振動篩的拋射角一般為35°～65°，30°～40°適用于易篩物料，60°左右用于難篩物料，我國用的拋射角β一般取45°。
3篩面振幅
對于圓振篩，A取2.5~3.5 mm。 自同步直線振動篩的振幅一般為3.5～5.5㎜（單振幅），取。
4篩面的振動頻率
式中：；；
故選730r/min 的電動機。
5振動強度校正
(3.2)
振動篩的許用強度值[K]。
6物料的運動速度
根據經驗公式：
(3.3)
式中： A——振幅（m）；
——角速度；
——傾角對平均速度的影響系數，因為=0°，所以取
——物料厚度影響系數，取
——物料形狀影響系數，對于塊狀料取
——滑行運動影響系數，因為；所以取
所以
7生產率
根據流量法計算：
(3.4)
式中：——篩面寬度（m）
ｈ——篩面上物料層的平均高度（m）
ｖ——物料的運動平均速度（m/s）
——物料的松散密度（）
8篩孔尺寸
根據設計要求，本振動篩為單層篩面，使用沖孔篩板。這種篩板是根據一定的布孔公式在厚為 4～12 mm的鋼板上鉆孔而成。該篩板適用于分級粒度大于25mm 情況 。其表面光滑 。大塊煤不易堵孔，篩孔尺寸為50㎜。
9篩面長度和寬度的確定
由于篩面的開孔率一般為40％。
∴取
3.2振動篩動力參數計算
3.2.1慣性振動篩參振質量的計算
(3.5)
式中：——參振的各部件質量(kg)
——參加振動的物料質量(kg)；
(3.6)
式中：——物料結合系數。一般取
——篩面寬度(m) B=1750mm；
——包括給料箱。篩面和排料嘴在內的總盛料長度(m) L=5600mm=5.6m；
——散密度
—— 各層篩面上料層平均厚度的總和(m)
3.2.2計算隔振彈簧剛度
隔振彈簧的剛度對彈簧在壓縮狀態(tài)下工作的篩分機械 。尚可用壓縮量法來計算K值。支撐彈簧在篩箱的重力的作用下。產生一個靜壓縮量。則彈簧的剛度為:
(3.7)
式中:——篩分機參重質量（kg）；
——預壓縮量(m)；
一般振動篩共振是。其振幅為正常工作振幅的5～8倍。為了使振動質量過共振區(qū)是不跳出彈簧。應取預壓縮量>A。=(6—20)A。大型振動篩取小值；反之取小值。一般穩(wěn)態(tài)振動時A=0.3—0.5cm。可取=3—5cm.根據。即可算出所需彈簧總剛度K。其中為篩分機參重質量。
因為A=0.4cm。所以取=4cm=0.04m；
3.2.3所需激振力力幅及質量矩的計算
根據公式可計算激振力幅值：
（3.8）
式中：——表示有效偏心質量（kg）；
——表示有效偏心質量的回轉半徑（m）；
因為由上式計算出質量 (包括)。和剛度。振動和圓頻率w在運動學參數中已確定。所以激振力幅即可由上式計算。從而可計算出偏心快質量矩：
(3.9)
3.2.4振動篩傳給地基的負荷
1靜負荷:
振動篩一般有四個支點。每個支點所受的力為:
（3.10）
式中:——振動篩重力之總和（）.
2動載荷
除靜載荷外。振動篩振動是還要傳給基礎動載荷。正常工作時動載荷為:
（3.11）
式中：K——彈簧總剛度；
A——振幅（m）.
最大動載荷
最大動載荷是篩分機停車時。通過共振區(qū)是。振幅擴大產生的。過共振區(qū)時的振幅通常是工作振幅的5—8倍。因此最大動載荷:
3.3電動機功率的計算與電機選擇
所需電機功率
（3.12）
式中 ——激振器為克服篩箱運動阻力而消耗的功率；
——傳動功率。一般取=0.95。
——軸在軸承中摩擦消耗功率；
3.3.1振動阻尼消耗的功率
振動阻尼消耗的功可用激振力所做的功來計算。
激振力克服阻尼消耗的功率:
（3.13）
若以
代入上式則得：
式中——阻尼系數。 取。
3.3.2軸在軸承中摩擦消耗功率
軸承上的壓力主要取決于激振力或篩箱運動的慣性力。
回轉運動消耗的功率：
（3.14）
式中: ——扭矩；
——軸承內徑(m)；
——軸承摩擦系數，滾動軸承=0.005。
3.3.3振動篩的電機功率:
=35.54kw
所以。選擇兩臺Y150M-8的電機。它的功率是22kw，兩臺是44kw>35.54kw。
慣性振動篩啟動時。電機需克服偏心質量的靜力距和摩擦力矩。啟動后。由于慣性作用。功率消耗較少。因而除了需選用高啟動轉距的電機外。計算的功率必須按啟動轉距校核。
必須使：
式中：——偏心塊靜力矩(N·m)；
——電動機啟動轉距(N·m)；
——電機額定轉距(N·m)；
故所選的電動機滿足要求。
3.4本章小結
確定了振動篩的工藝參數，包括篩面傾角；震動方向角；篩面振幅；篩面的震動頻率等。并且計算了振動篩的動力參數，如：慣性振動篩參振質量；隔振彈簧剛度；激振力力幅及質量矩等。最后計算了電動機的功率從而選擇電動機。
第4章 激振器的設計計算
4.1偏心塊的設計
設偏心塊的形狀如圖所示。
為了求出各尺寸故建立坐標系
圖4.1 偏心塊設計
圓1的方程可設為
圓2的方程可設為
角度為120度。 角度為60度。
所以可得關系式
起偏心作用的面積為：
（4.1）
所以：
所以面積為:
點的坐標為：
(,)
點的坐標為:
(, )
的斜率為：
的斜率為：
的直線方程為:
的直線方程為:
偏心距：
=
=++
為，為，為
=
點的坐標為：
(，)
點的坐標為：
(，)
的直線方程為：
的直線方程為：
點坐標為：
(。)
點的坐標為：
(。)
= ，-
的直線方程為：
的直線方程為：
點的坐標為：
(。0)
點的坐標為：
(。0)
+
+ +
所以偏心距為：
=2.67××××1.72××7.8×=2.03
35.82××=2.03×
×=56.67×
當=50㎜時：=75㎜，=150㎜
圖4.2 偏心塊
4.2激振器傳動軸的設計與計算
確定輸入軸功率 轉速轉矩
(4.2)
初步確定軸的最小直徑：
先初步估算軸的最小直徑。先取軸的材料為45號鋼，調質處理。查表取
(4.3)
取軸頸為48mm。
軸的結構設計
軸的結構如下圖所示：
圖4.2軸
由于軸承只受到徑向力，固選用圓柱滾子軸承。NU系列。NU313E。B=33mm。d=65mm。以及偏心快寬度B=50mm。 所以
在軸段12和78段選擇平鍵12×8，L=36mm。
按彎扭合成應力校核軸的強度
(1) 作出軸的計算簡圖
進行校核時，通常只校核軸上最大彎矩和扭矩的截面的強度，軸上各部分受力情況如下圖所示：
圖4.3軸受力圖
(2) 作出彎矩圖
彎矩圖如下圖所示。
圖4.4力矩圖
(3) 作出扭矩圖
扭矩圖如下圖所示。
圖4.5彎矩圖
(4) 校核軸的強度
軸上偏心塊產生的偏心力為：
=2.03
=76.4rad/s
所以：
已知：
= =11849N
由對軸的分析可列方程:
解得:
==11849N
4.2.1扭矩校核
軸承的摩擦力矩為：
（4.4）
=65mm
圓柱滾子軸承=0.001-0.003，取=0.002。
所以由摩擦力產生的扭矩過小。在機械運行中，電機的輸出扭矩就很小。因此，軸肯定滿足要求。
4.2.2彎矩校核
軸段23中點的彎矩為
=11849×(36+45)/2×0.001=742.248 N·m
軸段45中點的彎矩為：
M=18328×45/2×0.001+18328×(36/2+36+5)×0.001-18328×(36+5)×0.001
=742.248
軸段56中點的彎矩為：
M=18328×(45+36+36+5)×0.001-18328×(36/2+36+5+45/2)
×0.001-18328×(36+45)/2×0.001=0
點2和軸段23，45的中點為可疑危險點
在軸段34，56的中點時
在點2:
考慮到該軸段有鍵，所以查表可得
=5.36
所以
故滿足彎矩要求。
4.3 鍵的強度校核
鍵傳遞扭矩，軸段12和78上的鍵在運動中所傳遞的扭矩為0，故鍵的強度肯定滿足要求，校核與電機相連的聯(lián)軸器上的鍵。
扭矩按電機功率傳遞的扭矩來計算為:
=287.8 n·m
鍵的=16mm，=50mm。
查表的軸；鍵；偏心輪最弱材料的
70Mpa
（4.5）
式中： ——傳遞的轉矩，N·m；
——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， =10mm， =0.5；
——軸的直徑，mm；
——鍵，軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，Mpa。
故滿足要求。
4.4軸承的校核
由軸的分析可知：軸承所受到的徑向力為11849 N.實際計算中。軸承的當量動載荷為：
（4.6）
查表得，圓拄滾子軸承的=1.05
所以：
由查表可知NU313E的
=170×N
（4.7）
式中： ——基本額定動載荷（N）；
——軸承轉速（r/min）=730 r/min；
——指數，對于滾子軸承=；
所以：
滿足設計要求。
4.5 軸承的潤滑
=65×730=47450 mm·r/min<160000 mm·r/min
式中：——軸承內徑（mm）=65mm；
——軸承轉速（r/min）=730r/min；
故采用脂潤滑。
4.6 本章小結
設計了偏振塊，還有激振器傳動軸的設計業(yè)計算，對激振器傳動軸進行了扭矩和彎矩的校核。并且進行了鍵的強度校核和軸的校核。
第5章 篩箱的設計分析與計算
5.1 篩面選擇
篩面是篩分機械直接一物料接觸的重要部件。其性能好壞不但影響生產率和篩分效率。而且對延長篩分機械的使用壽命。提高作業(yè)率 和降低成本有重大的意義。
篩分機械對曬面的要求是:具有足夠的機械強度。耐腐蝕。耐磨損。有最大的開口率。篩口不易堵塞。物料運動時與篩孔相遇機會較多等。
篩孔的開孔率為篩孔的總面積與曬面面積之比。用百分數表示。開孔率越大。顆粒在每次與曬面接觸時透過篩孔的機會就越大。從而提高單位面積的生產率和篩分效率。開孔率與篩孔的形狀。篩絲的直徑有關。篩絲的直徑小。開孔率就大。但篩絲太小。強度就不夠。影響曬面的使用壽命。
曬面的材質要具有耐磨損。耐疲勞和耐腐蝕的性質。用作大快分級曬面時。采用高碳鋼。強烈沖擊的曬面。可選用高錳鋼制作。應用這些材質制作曬面時必須淬火處理。以提高硬度和耐磨效果。用于脫介。脫水。脫泥等濕式篩分作業(yè)時。通常采用不銹鋼較適宜。近年來，隨著科學技術的發(fā)展，聚氨酯橡膠顯示了他的優(yōu)越性，使用壽命長，不易堵塞篩孔，噪音小，但價格昂貴．
常用的曬面基本上可分為5種，板狀曬面，編制曬面，條縫曬面，棒條曬面和非金屬曬面．不同的曬面用途不同．一般按被篩物的粒度和篩分作業(yè)的工藝要求來選擇。
5.1.1板狀篩面
板狀篩面是在鋼板上沖孔的一種最牢固的篩面。主要用于大塊物料的分級。沖孔篩板的形狀和排列方式，有多種多樣。篩板的材質可以是16Mn，16Mncr等鋼板，厚度5—8mm，也可采用聚氨脂橡膠。
圖5.1圓孔篩板
圖5.2長方體篩板
圖5.3方孔篩板
不同形狀的篩孔其排列方式也不同。長方形篩孔，其長邊應與物料運動方向一致，或成一定角度；圓形，六角行及正方形等篩孔的中心是等邊三角形。
曬孔間的距離應考慮曬面強度和開孔率的大小。板狀曬面的開孔率一般在50%左右各種曬板的開孔率計算如下：
圓形孔成三角形排列是，其開孔率應為一個圓形孔的面積和長方形面積之比：
方形的開孔率為：
長方形的開孔率：（邊長為a×l）
式中：a——篩孔尺寸；
s——孔間距離
由上述各式可見，長方形的篩孔，開孔率最大，方形空，次之，成三角形排列的圓形孔曬面的開孔率最低。
本篩板選用長方行篩孔的板狀篩面。
5.2 篩面固定方法的確定
篩面的張緊程度對篩面的使用壽命影響很大。不同種類的篩面，固定方法也不相同，歸納為4類：木楔壓緊，；拉鉤張緊，螺栓固定和斜板壓緊。
5.2.1木楔壓緊
沖孔篩板和條縫篩面可用木楔固定在篩框上。在篩箱的兩側壁上，對稱的焊接兩條長角鋼，在其上方間隔一定距離焊有一段短角鋼，并與長角鋼各呈傾斜。篩面支撐在兩角鋼之間，用木楔和木條壓緊。木楔遇水后膨脹，可以把篩面牙的很緊，此方法簡單可靠，更換篩面方便。如圖所示：
圖5.4木楔壓緊示意圖
5.2.2拉鉤拉緊
對編制篩網或小于6mm的篩板，可以將篩網或篩板末端彎成鉤型；如果篩絲直徑過小，則用薄鋼板與橡膠墊把篩網邊緣包住，在彎成鉤形。然后用拉鉤及螺栓固定，如下圖所示：
圖5.5拉鉤拉緊示意圖
5.2.3螺栓壓緊
直接用螺栓壓緊在篩筐上的連接方式適用于篩絲較粗大的編織篩網，以及厚度大于8mm的篩板，棒條篩面，橡膠篩面和其他篩面的中部固定。螺栓的形式以前常用U形，這種結構簡單，可靠，但拆裝麻煩，近年來改為J形螺栓，較U形螺栓使用方便。U形如下圖所示：
圖5.6螺栓壓緊示意圖
5.2.4斜板壓緊：
該方法是通過篩框兩側幫上的螺栓，斜板等將篩面兩邊固定在篩框上。通常用于中等粒級的篩分的薄鋼板沖孔篩面，橡膠和聚氨脂篩板的固定。
圖5.7斜板壓緊示意圖
綜合以上固定方式的優(yōu)缺點，選擇木楔壓緊的方式。
5.3篩框的設計
各種篩分設備可以結構相同卻大同小異。出現的問題是基本相仿。對于我們當前使用的振動篩，主要的問題是梁斷和幫裂。
側幫是用鋼板制成，利用橫梁將兩塊側板連接起來，使篩框成為剛制整體結構。側板用以傳遞激振力，它在中部鉚有座圈，激振器就連接在座圈上，為了加強側板的剛度，在座圈附近采用雙層鋼板，并在適當的位置鉚接角鋼以補強。下橫梁采用槽鋼，上橫梁采用無縫鋼管，并用壓板和木楔塊將它古緊。后擋板中間有拆卸的后蓋板，供清洗和檢查篩面之用。
篩框才用可焊性良好的、A3普通碳素鋼；橫梁采用型鋼制作。
篩框的強度除了本身材料有關，還與連接方法有很大的關系。篩框結構最常見的連接方法有兩種：鉚接和焊接。焊接結構制造簡單，但易產生內應力，篩子在強烈振動下易在焊接縫出開列，所以適用與振動強度較小的篩箱。鉚接結構制造的尺寸準確，沒有內應力，對振動有較好的適應性。但工藝復雜制造技術高。故選擇焊接。
5.4本章小結
振動篩選擇了板狀篩面，對比了圓孔篩板，長方體篩板，方孔篩板的利弊，最終確定了長方體篩板。由于木楔遇水后膨脹，可以把篩面牙的很緊，此方法簡單可靠，更換篩面方便。隨意本次設計選擇了該固定篩面的方法。
結 論
在此次設計的過程中，使我基本熟悉了選煤機械的開發(fā)過程，對我國現階段選煤廠振動篩設備有了大體了解，尤其是座式直線振動篩的結構有了更深了理解。在本次設計當中，我完成了振動篩運動參數和動力參數的計算，電機和聯(lián)軸器的選型，篩框的設計，減振裝置的設計，激振器的結構設計及其傳動軸和偏心塊的設計等。實現了雙電機自同步直線振動篩的設計，且達到了設計合理、結構簡單、安裝容易、檢修方便且制造容易的特點。
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致 謝
經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導師老師。任老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是任老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩任老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。我要感謝我的母?！邶埥こ虒W院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝。