1 绪论

振动筛是工矿企业普遍应用的筛分机械，用作物料的筛分、分级、洗涤、脱介、脱水之用。筛分设备技术水平的高低和质量的优劣，关系到工艺效果的好坏、生产效率的高低和能源节省的程度，从而直接影响企业的经济效益。而振动筛以它结构简单、处理能力大、工作可靠等优点在所有筛分设备中占有绝对优势，其占有量约为95％。最近几年，各国对振动筛分技术的研究很重视，如强化振动参数，设备大型化，筛机零部件的三化，自同步技术的推广应用，新筛机的出现等都是围绕着振动筛发展起来的。下面就振动筛发展概况、品种规格、结构强度作一下阐述。

1.2.1国内外研究现状

1. 国外研究现状

筛分机械的研究和生产始于16 世纪。18 世纪欧洲工业革命期间，筛分机械发展迅速。到本世纪，筛分机械发展到了更高的水平。德国申克公司可提供260 多种筛分设备，STK 公司生产的筛分设备系列品种

较全，技术水平较高，KHD公司生产200多种筛分设备，通用性高，KUP 和海因勒曼都开发了双倾角筛分设备。RNO公司新研制DF11 双频筛采用不同速度的激振器。DRK公司开发了一种高速电机驱动的三路分配器进料。日本东海有限公司和RXR 公司开发了垂直料流筛，将旋转运动与旋转运动相结合，对细料一次分级特别有效。为了解决这个问题从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功旋流概率筛。前苏联研制了一种多用途兼有共振筛和直线振动筛优点的自同步直线振动筛。

2. 国内研究现状

由于工业发展缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国筛分机械的发展是本世纪近50 年的事情，大体上

可分为三个阶段。

(1) 仿制阶段：这期间，仿制了前苏联的ГУП 系列圆振动筛、BKT-11、BKT-OMZ 型摇动筛；波兰的WK-15 圆

振动筛、CJM-21 型摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功，为我国筛分机械的发展奠定了坚实的基础，并培养了一批技术人员。

(2) 自行研制阶段：从1966 年到1980 年研制了一批性能优良的新型筛分设备，1500 毫米×3000 毫米重型振动筛及系列，15m2、30m2 共振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，YK和ZKB 自同步直线振动筛系列，等厚、概率筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题，但是它们的研制成功基本上满足了国内需要，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。

(3) 提高阶段：进入改革开放的80 年代，我国筛分机也进入了一个新的发展阶段。成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列，完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、弛张筛、螺旋三段筛的研制，粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得成功。          

1.2.2种类和特点

振动筛分机械是利用振动的多孔工作面，将颗粒大小不同的混合物料按粒度进行分级，也常用于物料的脱水、脱介及清洗物料表面的污泥。它一般安装在给料设备的下边，给料机应均匀地供料。振动筛种类繁多，一般有以下几类。

1. 惯性振动筛

2.1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2.1所示：

图2.1 圆振动筛上物料运动

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。

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：

t                         （2-1）

t                            （2-2）

式中: A——振幅;

——轴之回转相角，=t;

       ——轴之回转角速度；

      ——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：

t                            （2-3）

t                            （2-4）

t                           （2-5）

t                          （2-6）

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。

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。筛面上质量为的物料颗粒动力平衡条件：

对质量为的颗粒受力分析（如图2-1）：

1、物料颗粒重力：

                                                         （2-7）

2、筛面对颗粒的反作用力，由

可以得到：

                                         （2-8）

式中为筛面倾角

3、筛面对物料颗粒的极限摩擦力为：

                                 （2-9）

式中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：

                                           （2-10）

将，用已知式子（2-9）与（2-5）替代，且（为滑动摩擦角），

简化整理得：

                                      （2-11）

式中，为正向滑始角。

令，则：            

                         （2-12）

式中称为正向滑动系数。由上式得知，正向滑动系数。

当的时候，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：

                         （2-13）

为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须取筛子转数。

临界条件为：

                                               （2-14）

将，用（2-9）与（2-5）替代，并简化后：

                                   （2-15）

式中：——反向滑始角

  ——反向滑动系数

则可以得到：

                                            （2-16）

由上式可以知道，反向滑动条件。

当时，可以求得使物料沿着筛面反向滑动的最小转数应该是：

                                           （2-17）

为了使物料颗粒沿着筛面产生正向滑动，必须使筛子转数。

颗粒产生跳动的条件是颗粒对筛面法向压力。

即，或者是。

由此可以得到：

                        （2-18）

式中：——物料跳动系数

  ——跳动起始角

——振动强度，

—— 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：

                                （2-19）

当时或者，则颗粒出现跳动。

当或时，则可求得物料开始跳动时的最小转数为：

                                            （2-20）

为了使物料产生跳动，必须取筛子的转数。

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。

物料颗粒从振动相角起跳，到振动相角跳动终止时，沿方向的位移为：

                =                           （2-21）

式中为物料颗粒起跳时沿方向的运动速度：

                                              （2-22）

由此，则：

                                      （2-23）

同一时间内,筛面位移为：  

                           （2-24）

物料颗粒在每个循环中,对筛面的位移为：

=      （2-25）

当筛子在近似于第一临界转数下工作时,即，则上式中方括号内的数值接近于零。

故得到：

                                        （2-26）

物料跳动平均速度：

                                 （2-27）

当时,则,,,

因此, 式（2-27）可以化简为：

                                               （2-28）

或者化简为：

                                                     （2-29）

由式（2-29）和式（2-18）,可以将式（2-27）化简为:

                                               （2-30）

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,,

所以：

                                         （2-31）

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

     本次设计2YA1548型圆振动筛是由激振器、筛箱、隔振装置、传动装置等部分组成。YA系列圆振动筛型号说明:

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。横梁常用圆形钢管、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、

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。

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。

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。

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4.1 振动系统力学模型图

 图4.1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�