国家自然科学基金创新群体项目 (50921002) 方向之 大型振动筛可靠性理论及筛分过程动力学

1. 国家自然科学基金创新群体项目(50921002)方向之国家自然科学基金创新群体项目(50921002)方向之 大型振动筛可靠性理论及筛分过程动力学 从动力减振器出发，研究筛面的支撑方式，发明了弹性支撑多自由度悬挂结构筛面，如图14所示。提高了筛分效率，同时筛体加速度小、振动强度低、可靠性高、动力消耗小。 • 多自由度弹性悬挂结构筛面 高可靠性煤用超静定大型振动筛解决了煤炭筛分作业中大型振动筛可靠性低这一世界性难题，丰富和发展了选矿机械理论与实践，简化了选煤厂设备布局，实现大型选煤厂一条生产线和一台设备的格局，减少了人员定岗、提高了生产效率。高可靠性煤用超静定大型振动筛已成功地在全国多家煤炭企业获得了应用，仅统计6家企业的使用情况，年新增经济效益1.95亿元 料层变化及颗粒的粒度分布 筛面颗粒速度分布 图15 筛分过程的DEM模拟 成果展示： 第三方评价： 本项目的研究成果得到了中国工程院院士陈予恕，中国振动工程学会常务理事、振动利用工程专业委员会主任段志善等同行专家的高度评价，论文被国内外学者所引用。 教育部科技司专家验收意见为“中国矿业大学发明并研制出世界上第一台大型超静定振动筛，有效提高了大型振动筛的稳定性和可靠性”；江苏省科学技术厅鉴定意见认为：“超静定网梁激振结构是一种创新，具有国际先进水平”；中国煤炭工业协会的技术评议意见为“首次将超静定网梁体激振结构和包容体结构理论应用于大型振动筛，是振动筛发展上的重要创新，对推动大型振动筛国产化具有重大意义” 推广应用： 高可靠性煤用超静定大型振动筛在云南省东源煤电集团后所煤矿使用，用于精煤和中煤脱介。从2002年至今10年来的工业生产证明，该振动筛具有性能稳定，可靠性强，累计产生经济效益12664 万元。 高可靠性煤用超静定大型振动筛在山西国阳新能股份有限公司二矿使用，代替了原有的 2 台等厚筛，进行 8mm筛分。超静定大型振动筛性能稳定可靠，筛分效果好，筛分效率达 86% ，末煤灰分下降 0.2%，提高了煤炭质量，销售利润增加，经济效益显著，累计新增经济效益 5270万元。 高可靠性煤用超静定大型振动筛在淮北矿业集团股份有限公司朱庄矿用于原煤10mm 分级，筛分效率高，处理能力大，可靠性高，运行平稳，偏摆极小，噪声低，近三年累计新增经济效益9380万。 目前，高可靠性煤用超静定大型振动筛已成功地在全国多家煤炭企业获得了应用，仅统计2009年-2011 年6 家企业的使用情况，累计新增经济效益5.298 亿元。 中国煤炭工业协会科学技术一等奖1项，美国专利2项，德国专利1项，澳大利亚专利2项，中国发明专利3项。 筛面颗粒的粒径分布 (b) 筛面颗粒速度分布 图12 圆振动筛分过程DEM模拟 筛面与筛体通过弹性材料连接构成多自由度弹性悬挂筛面，筛面的固有频率设计为工作频率，筛面产生共振，筛面加速度大、振动强度高；而筛分机和弹簧组成的固有频率远离工作频率，筛面加速度较筛体加速度提高20%，有效地提高了筛体的可靠性、降低了功耗。 (a) 静定结构振动筛箱体应力分布图 (b) 单组超静定结构振动筛箱体应力分布图 (c)双组静定结构振动筛箱体应力分布图 图17 静定结构和超静定结构大型振动筛动态特性分析与对比 • 双组超静定结构大型振动筛的研制 基于大型振动筛超静定结构设计理论，研制了高可靠性超静定大型振动筛，如图16所示 图13 直线振动筛分过程的EDEM模拟 基于离散元法的振动筛分过程数值模拟研究。分析了筛面颗粒群的运动特征，讨论了振幅、振动强度及筛面倾角对圆振动筛分效率的影响规律。结果如图12所示：圆筛分过程中，筛面颗粒群的平均运动速度幅值沿筛面长度方向具有递增的变化规律。当筛面的振幅、抛掷指数及筛面倾角分别取为3～3.5mm、2.7和15°时，圆振动筛分过程的效率最佳。 图13为360mm×600mm直线型振动筛模拟，随着筛面倾角、筛面振幅、振动频率的增大，筛分过程达到稳定状态所需的时间越来越短，筛分效率也越来越低。煤炭筛分效率η和煤炭颗粒在筛面长度方向的运动速度v与筛面倾角α、筛面振幅A以及振动频率f之间关系的数学模型分别为： η=1.389-0.01485 α-0.04505A-0.068234f v=-0.62358+0.012263α+0.04125A+0.047549f 1.筛箱 2.激振器 3.后支座 4.前支座 5.小矩形筛 6.激振梁 5-1横梁 5-2 挡板 5-3 弹性体 5-4 筛杆 5-5 约束杆 图14 弹性支撑多自由度悬挂结构筛面 高可靠性超静定大型振动筛具有运行平稳、可靠性高、寿命长、处理量大、筛分效率高等优点。筛体结构简化，加工工艺简单，整机可分组件组合安装，便于运输，维修方便。超静定大型振动筛满足了现代大型选煤厂筛分工艺要求，解决了大型选煤厂的筛分技术难题，大大简化了筛分工艺，实现了生产系统配套一对一模式。 1.筛箱 2.矩形封闭梁 3.筛箱侧板 4.超静定连接板 5.Y型超静定组合加强梁 6.横梁 7.弹性支撑体8.矩形封闭梁 9.联轴节 10.激振器 11.双组超静定网梁激振体 12.超静定组合承重梁 13.筛板 14.轮胎式柔性联轴节 15.电动机 图16 双组超静定大型振动筛示意图