本文作者：张日祯（大同市焦煤矿有限责任公司）
摘要: 介绍了振动筛的减振原理,指出了选择振动器轴承时应注意的问题。
大同市焦煤矿有限责任公司以生产原煤为主,煤种为石炭二叠纪煤,含矸率高,灰分大,发热量低,煤质差,给煤炭销售带来很大困难。为此,2003年8月安装了干选系统。其流程为,首先使用2YA1536型振动筛对原煤进行筛选。通过对该振动筛的安装、使用、观察,认为有必要对振动筛的减振问题和激振器轴承的选用作以下分析。
1、振动筛的减振分析
1、振动原理
振动筛是靠振动源一一激振器使筛子产生一定振幅和频率而筛分物料的。见图1,
当电机通过联轴器驱动轴O和偏心质量m旋转时,偏心质量产生的离心惯性力(激振力)p为:
式中:m一一偏心块或偏心轴的偏心质量;
Yc ——偏心质量的质心距轴心线O之距离;
ω1一—偏心质量的回转角速度,即筛子的振动频率。
激振力p通过轴承外圈和轴承座传递给筛箱,从而对筛子的参振质量M(筛箱、筛网、物料和激振器质量之总和)产生选煤工艺要求的振幅和频率。参振质量为2t的小型筛,一般情况下所需的激振力至少为80kN一90kN。如此大的激振力如果直接通过4个支座(或悬点)传递给基础,一般情况下支撑基础是难以承受的,更何况选煤厂的振动筛在许多情况下是安装在楼层底板上的,因此振动筛在筛箱和基础之间的支座上必须设置隔振用的减振装置,即减振弹簧。
1、2减振弹簧减轻能力的分析
减振弹簧的减轻能力用传递率来衡量,即
式中: A一-参振质量M的振幅,mm
K—减振弹簧的刚度,N/mm。
A是选煤工艺要求的振幅,对不同大小的筛子略有差别,
一般单振幅为3mm~5mm。
从式(1)知,比值越小,传递给基础的荷载越小,弹簧越软(刚度越小)。但弹簧太软又支撑不住振动筛,而弹簧刚度K太大(太硬),减振效果又不好,甚至还会使工作中的筛子从弹簧座中跳出,酿成事故。确定弹簧刚度K有两种方法。
1、2、1频率比法
由振动筛的振幅一频率曲线(见图2)可知,振动筛
的工作频率ω1必须远离共振频率ω。(振动筛系统的固有振动频率)才能正常工作,一般为:ω1/ω0=3~5。
又由振动系统的固有振动频率
得到减振弹簧的总刚度为:
1、2、2压缩量法
在现场也可用较简便的方法估算弹簧刚度是否合适(利用弹簧静压缩量δ和参振质量M),即将振动系统的固有频率公式简化为:
一般振动筛的固有频率为180r/min~2oor/min,对应压缩量为20mm~30mm,远大于振动筛的工作振幅3mm~5mm,故在筛子启动和停机时筛箱不会跳出弹簧。因此,对中小型筛取δ=20mm~40mm,平均取δ=30mm。在现场根据30mm这个数可判断筛子所用弹簧是否合适,很直观、很方便。
弹簧总刚度为:K=Mg/δ N/mm。
1、3地基承受力的确定
当参振重量为2t时,用上述两方法计算,弹簧总刚度约为1000N/mm,每支点K1=250N/mm左右,对基础作用力约为250×5=1250N,传递率为10%左右。这个力基础完全可以承受。
1、4弹簧的选择
弹簧总刚度K确定后,每个弹簧的刚度为K1=K/4。然后可用机械设计手册中弹簧刚度的计算公式算出弹簧丝径d。振动筛所用弹簧的弹簧指数C(D中径/D)一般取8,有效工作圈数一般为5,总圈数为7。弹簧材料为60Si2Mn,热处理硬度为HRC45一HRC50。
振动筛除用钢制弹簧外还用橡胶弹簧和复合弹簧。钢制弹簧制造容易,使用寿命较长,应用普遍,但它在工作中产生的噪声大,对环境的污染也较大,一旦失效断裂后会造成设备跌落或伤及人员。橡胶弹簧的弹性变形较大;在制造中通过改变天然胶和合成胶的配比、硫化温度、硬度可得到很好的刚度;而且工作中不会突然断裂,产生的噪声也小得多,在筛子启动和停机越过共振区时的共振振幅也比钢弹簧小。复合弹簧是在钢制弹簧外面包一层橡胶,具有钢弹簧和橡胶弹簧的共同优点,寿命长、噪声小、对环境的污染小、安全可靠
2、振动筛轴承的选择
振动筛的激振器和筛子一起振动,振动频率高(一般750r/min一1400r/min),连续工作,负荷大,故容易发热。
振动筛轴承受有很大的径向力,国内外厂家都选用受纯径向力的圆柱滚子轴承(2000型)或主要承受径向力的调心滚子轴承(3000型)。
由于激振器的偏心质量(偏心块或偏心轴)产生的径向力相对轴承内圈是静止的,内圈沿轴向又被相关零件轴向定位,故内圈与轴的配合较松,一般采用间隙配合(g6、f6配合,我们采用js6配合)。轴承外圈相对于负荷方向旋转,为防止外圈相对座孔滑动而导致轴承温度急剧升高,确保内圈和轴一起旋转时滚动体在保持架中可灵活自转,外圈与座孔的配合要采用较紧的过渡配合或过盈配合(N6、P6,我们采用K6配合)。
滚动轴承的径向游隙对轴承的寿命、温升和噪声的大小等有很大影响。轴承的负载能力是随径向游隙的大小而变化的,轴承样本中标定的额定动负荷和静负荷是径向游隙为零时的数值。轴承的径向游隙分为2组、0组、3组、4组和5组。O组径向游隙为正常组,2组为小游隙组,3、4、5组径向游隙逐组增大。
轴承径向游隙与下列因素有关:①轴承与轴、座孔为过渡配合时,内圈膨胀,外圈收缩,导致径向工作游隙减小:②在运转中因温升使轴承内、外圈及其相关零件受热膨胀导致径向游隙减小;③工作时,通常球轴承在运转温度下径向游隙应接近于零,而滚子轴承在正常工作温度下应有一定的径向游隙。
对于一般机械,球轴承当轴承内圈与轴承配合为J5~K5,外圈与座孔配合为J6时;滚子轴承当轴承内圈与轴配合为k5~m5,外圈与座孔配合为K6时,轴承的径向游隙一般采用正常组游隙。
振动筛轴承,由于其工况特点,外圈与座孔配合应较紧,宜采用有较大原始径向游隙的轴承。根据设计资料和我国经验,宜采用3组和4组有较大径向游隙的G级精度的轴承。3组和4组轴承的径向游隙见表1和表2。
一般规定振动筛轴承工作寿命不小于10000h。轴承润滑材料宜选用钾基润滑脂。这种润滑脂耐水、耐高温。每24h给轴承注油一次。注油量不可过多,每个轴承注100g~200g即可,过多也会引起轴承发热。
参考文献
[1]徐教.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1996:523一525.
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