山東新巨龍選煤廠選用美國CONN-WELD（康威德）公司生產(chǎn)的單層香蕉篩，以完成原煤的50mm與300mm一次性分級。在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)大塊物料經(jīng)常堵塞300mm的篩孔，每臺(tái)香蕉篩需要1名工人用鉤子處理堵塞的篩孔，浪費(fèi)了大量人力，并且惡劣的工作環(huán)境還會(huì)損害工人的健康。為了解決這個(gè)問題，經(jīng)過研究分析之后，設(shè)計(jì)了一種新型的防堵塞的分級香蕉篩。

1  方案設(shè)計(jì)

    煤用分級香蕉篩的作用是將礦井毛煤分成不同的粒級。為了提高香蕉篩的處理能力與篩分效率，往往通過激振器對篩機(jī)施加振動(dòng)。新巨龍選煤廠所使用的康威德香蕉篩主要由篩箱、橫梁與激振系統(tǒng)組成。篩機(jī)的主要工作部件是篩面，康威德香蕉篩的篩面主要由3行開孔50mm的篩板與2行開孔300mm的篩板組成^[1]。50mm的篩孔的形狀包括膠囊形和圓形，呈菱形分布，300mm的篩孔形狀為圓形，開孔率約為30%。

1.1方案的提出

    由于香蕉篩5行篩面的傾角由入料端到排料端逐漸減小，靠近排料端的開孔300mm的篩孔傾角很小，篩機(jī)對物料的拋射作用不明顯，形狀很不規(guī)則的難篩粒(300～450mm)很容易堵塞篩孔。加之300mm篩孔開孔率低，發(fā)生堵塞之后會(huì)嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)。

    改變篩機(jī)的傾角或篩面的傾角是可以避免堵塞發(fā)生行之有效地方法。但是，改變篩機(jī)的傾角需要改變篩機(jī)的支撐高度，不但施工困難，而且影響正常生產(chǎn)。改變篩面的傾角需要更改篩機(jī)的結(jié)構(gòu)，不僅難以操作，而且會(huì)對篩機(jī)的性能產(chǎn)生不良的影響。

    正是在一些容易想到的方案不便實(shí)施的情況下，筆者創(chuàng)造性的提出用一種新型篩面更換為開孔300mm的沖孔篩板。這種篩面必須滿足3個(gè)條件：一是不易堵塞；二是開孔率高；三是制造維護(hù)簡單。在眾多篩面形式中選擇了能滿足這3個(gè)條件的棒條篩。擬出的第1個(gè)方案是用棒條篩更換為開孔300mm的篩板，將棒條篩固聯(lián)在香蕉篩的橫梁上，隨著篩機(jī)一起振動(dòng)，并且保持一定的傾角；第2個(gè)方案也是用棒條篩更換掉開孔300mm的篩板，但是棒條篩不與篩機(jī)接觸，彼此間的距離大于篩機(jī)共振狀態(tài)下的最大振幅；第3個(gè)方案是在第2個(gè)方案的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步增加大塊物料在小傾角的棒條篩上的輸運(yùn)能力，將棒條全部更換為螺桿，螺桿以一定的角速度旋轉(zhuǎn)；第4個(gè)方案是在第3個(gè)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，即篩面與篩機(jī)之間沒有接觸，將棒條與螺桿間隔排列，棒條固定不動(dòng)，螺桿以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。

 

 

1.2方案的分析與確定

    由于香蕉篩在振動(dòng)的條件下工作，第1個(gè)方案中棒條篩面與篩機(jī)固聯(lián)在一起，隨篩框一起振動(dòng)，工作效果比固定篩要好，但是在交變應(yīng)力作用下棒條很容易發(fā)生斷裂。第2個(gè)方案相當(dāng)于一個(gè)篩縫寬300mm的固定篩對大塊物料進(jìn)行分級，這個(gè)方案能很好的避免棒條因受到交變應(yīng)力的作用而斷裂，但是，由于沒有振動(dòng)，固定棒條篩的輸運(yùn)能力與抗堵塞能力都不足。第3個(gè)方案與第4個(gè)方案都不與篩機(jī)接觸，避免受到交變應(yīng)力的影響，并且能很好的提高篩面對大塊物料的輸運(yùn)與抗堵能力。但是，第3個(gè)方案全部采用螺桿，由于螺桿比棒條更容易磨損與斷裂，制造成本也比較高等一系列原因，應(yīng)該盡量少用螺桿。所以，考慮到既要不影響工作效果，又要制造維護(hù)簡單，最終選取了第4個(gè)方案作為最終設(shè)計(jì)方案。

2  技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1  篩面構(gòu)形設(shè)計(jì)

    棒條與螺桿間隔排列，棒條固定在2根橫梁上，2根橫梁分別通過兩端的支架與法蘭聯(lián)接在篩機(jī)的漏斗與地面上。整個(gè)篩面不與篩機(jī)接觸，兩者之間的距離要大于篩機(jī)的在共振情況下出現(xiàn)的最大振幅，防止篩面與振動(dòng)的篩機(jī)接觸而損壞。每一根螺桿通過與橫梁固聯(lián)的軸承座中的軸承實(shí)現(xiàn)周運(yùn)動(dòng)。螺桿的一端與傳動(dòng)系統(tǒng)的鏈輪聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)鏈帶動(dòng)螺桿以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。在螺桿的螺旋運(yùn)動(dòng)下，非阻礙粒(≥450mm)很快離篩，易篩粒(≦225mm)也很快透篩。難篩粒(225～300mm)與阻礙粒(300～450mm)如果形狀不規(guī)則很容易堵塞篩縫，螺桿的周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)對堵塞的物料施加一個(gè)力矩，使物料翻轉(zhuǎn)，可以透篩的則透篩，不可以的則被螺桿推動(dòng)成為篩上物。

    筆者設(shè)計(jì)的分級香蕉篩防堵塞篩面螺桿的傳動(dòng)系統(tǒng)有些復(fù)雜，但是篩機(jī)的抗堵能力與輸運(yùn)能力都有所增加。通過1個(gè)只有1根螺桿與2個(gè)棒條的簡易篩面試驗(yàn)得知，發(fā)生堵塞后，此篩能自動(dòng)將堵塞物清理出來，而且物料沒有堆積現(xiàn)象的發(fā)生。

    通過這個(gè)簡易的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)螺桿不與棒條在同一個(gè)平面，物料就不會(huì)發(fā)生偏移，能夠很好地沿著一個(gè)篩縫移動(dòng)。所以，將螺桿相對于棒條下移了一段距離，螺桿與棒條構(gòu)成一個(gè)倒置的等腰三角形，很好地避免了物料的偏移現(xiàn)象。但是，這樣的布置使物料的篩分不嚴(yán)格，為了使透篩的物料不大于300mm，螺桿到相鄰2個(gè)棒條的距離取300mm。需要避免大塊堵塞在2個(gè)棒條之間接觸不到螺桿的現(xiàn)象的發(fā)生，2個(gè)螺桿之間的距離取300～600mm之問，這要根據(jù)大塊物料的粒度特性進(jìn)行選擇。

2.2  螺桿構(gòu)形設(shè)計(jì)

    常用螺紋按照牙型的不同分為三角螺紋、矩形螺紋和梯形螺紋。此篩面所用螺桿選擇三角螺紋很容易磨損，矩形螺紋對物料的輸運(yùn)能力比較強(qiáng)，但是不如梯形螺紋的抗堵能力強(qiáng)。

    圖2(a)為等腰梯形螺桿截面圖，螺紋由一根螺旋線形成，牙型角α為30°。與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對中性好。螺桿需要具有很強(qiáng)的耐磨性^[2]，所以，螺桿的材料應(yīng)選取耐磨性好的錳鋼等耐磨鋼。

 

    由于此種螺桿應(yīng)用的特殊陛，螺桿尺寸的確定需要綜合考慮許多因素。小徑d_l主要是進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算中作為螺桿危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。大徑d的確定主要考慮到篩面的開孔率與工藝效果。中徑d₂近似等于螺紋的平均直徑。螺紋的導(dǎo)程s=np(n為螺旋線數(shù)目，P為螺距)，這里取n=l，所以此種螺桿的導(dǎo)程為螺距P。螺紋升角ψ為螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，在螺紋的不同直徑處，螺紋的升角各不相同。螺紋升角是進(jìn)行物料受力分析的主要參數(shù)之一。計(jì)算時(shí)，通常按螺紋中徑d₂處計(jì)算，即

ψ=arctans/πd₂= arctan np/πd₂                    (1)

    由式(1)可知，當(dāng)n與d₂以一定時(shí)，要獲得較大的導(dǎo)程S，必須增大螺紋升角ψ(螺距一定，通過增加螺旋線數(shù)目也可以使導(dǎo)程增加)。當(dāng)螺桿與螺母構(gòu)成螺旋副時(shí)，升角ψ增大到一定值后，再增大ψ值螺紋副效率增大也不顯著，因此一般ψ值不大于25º。筆者所要設(shè)計(jì)的螺桿作用是輸運(yùn)物料與解決堵塞問題，如果螺距太小，螺桿旋轉(zhuǎn)一周，物料移動(dòng)距離太短，如果增加轉(zhuǎn)速，螺桿的磨損也會(huì)加重，并且大塊物料只有接觸到螺旋的側(cè)面才會(huì)受到螺桿的推動(dòng)作用，所以需要根據(jù)入選物料粒度特點(diǎn)，增加螺紋升角ψ，繼而增大螺距。

2.3  螺桿受力分析

    當(dāng)物料堵塞在棒條與螺桿之間時(shí)，螺桿對物料的作用力如圖2(b)所示。F為螺紋作用于物料的垂直于螺紋側(cè)面的法向力，F(xiàn)在笛卡爾坐標(biāo)系的x軸、Y軸與z軸上的分力分別為軸向力F₁、圓周力F₂與徑向力F₃。

    軸向力F_l推動(dòng)物料移動(dòng)，圓周力F₂可以促使能透篩的物料盡快透篩，徑向力F₃可以與物料重力或擠壓作用產(chǎn)生的力形成一個(gè)力矩^[3]，使堵塞的物料翻轉(zhuǎn)出來，不再堵塞篩孔。F₁、F₂ 、F₃的表達(dá)式分別為

F₁=F cosψ sinα，    (2)

F₂=F sinψ，          (3)

F₃= F cosψ sinα，   (4)

式中：α為牙型角α=30º；ψ為螺紋升角，(º)。

    由式(2)～(4)可知，當(dāng)α為90º時(shí)，即螺紋為矩形時(shí)，在螺紋升角ψ相同的情況下對物料起翻轉(zhuǎn)作用的只小于牙型角為30º的梯形螺紋的F₃。當(dāng)α一定時(shí)，螺紋升角ψ越大則軸向力一與徑向力F₁越小，圓周力一越大，螺桿抗輸運(yùn)能力與堵塞能力相應(yīng)的降低，當(dāng)ψ為90。時(shí)，螺桿變成了棒條。所以，螺紋升角需要綜合考慮物料特性和實(shí)際生產(chǎn)的需要選定一個(gè)合適的值，實(shí)現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效果。

2.4  棒條構(gòu)形設(shè)計(jì)

    棒條的截面形狀多種多樣，為了保證棒條不同的點(diǎn)到螺桿的距離皆為300mm，并且耐磨性好，這里選用圓鋼作為固定棒條。棒條需要有一定的剛度與強(qiáng)度，同時(shí)也要考慮到開孔率的問題，選擇棒條的直徑需要結(jié)合實(shí)際而定。

3  結(jié)論

    為了解決分級香蕉篩實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的大塊物料堵塞篩孔的問題，進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行了簡易的驗(yàn)證性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，螺桿棒條篩能夠很好地解決篩孔堵塞問題。筆者提出的新型篩面為選煤廠工程技術(shù)人員提供了一種新的解決分級篩篩孔堵塞問題的方法，香蕉篩生產(chǎn)廠家可以考慮生產(chǎn)安裝有此種篩面的分級香蕉篩。[中國選礦選煤網(wǎng)]