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畢業(yè)設(shè)計報告(論文)
報告(論文)題目：
可變軌跡振動篩分
試驗臺設(shè)計與分析
作者所在系部： 機電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
作者所在班級： B13113
作 者 姓 名 ： 尹倩
作 者 學(xué) 號 ： 20134011340
指導(dǎo)教師姓名： 段新豪
完 成 時 間 ： 2017年6月
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
摘 要
振動篩分試驗臺通常由激振器、工作機體或平衡機體、彈性元件組成，激振器產(chǎn)生周期變化的激振力，使工作機體產(chǎn)生持續(xù)的振動；工作機體則是篩箱、臺面和平衡架體等；彈性元件包括主振彈簧、隔振彈簧和連桿彈簧等。激振器通常由偏心塊、主軸、軸承和軸承座組成。
我國的大多數(shù)振動篩只能實現(xiàn)一種篩分軌跡，至多可以實現(xiàn)兩種，這次我的設(shè)計是為了配合可調(diào)軌跡激振器設(shè)計了一個可調(diào)軌跡的振動篩分試驗臺，不同的振動軌跡則應(yīng)有不同的篩面傾角，所以此次設(shè)計中的篩面傾角是可調(diào)的能在0~25°調(diào)節(jié)，試驗在同一物料、同一激振力、同一篩面傾角和不同運動軌跡的情況下對物料篩分效率有何影響?；蛘咴囼炌晃锪?、同一激振力、同一運動軌跡和不同篩面傾角情況下物料篩分效率有何影響。
關(guān)鍵詞：振動篩 運動軌跡 可調(diào)支撐 篩分效率
Abstract
Vibrating screen test bench is usually composed of the exciter, the working body or the balance body, the elastic element, the exciter produces the periodic change excitation force, causes the working body to produce the continuous vibration; The working body is the sieve box, the table and the balance Such as the main vibration spring, vibration isolation spring and connecting rod spring. The exciter is usually composed of eccentric blocks, spindles, bearings and housings.
Most of China's vibrating screen can only achieve a screening trajectory, can achieve up to two, this time my design is to match the adjustable trajectory exciter design of a tunable vibratory screening test stand, different Vibration trajectory should have different sieve angle, so the design of the sieve angle is adjustable in the 0 ~ 25 ° adjustment, the test in the same material, the same exciting force, the same sieve angle and different trajectories In the case of material screening efficiency. Or test the same material, the same exciting force, the same movement trajectory and different sieve angle of the case of material screening efficiency of the impact.
Key words: Vibrating screen Movement trajectory Adjustable support
Screening efficiency
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.1.1 課題應(yīng)用情況 1
1.1.2 課題意義 1
1.2 振動篩分試驗臺的組成 1
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
1.3.2 國外研究現(xiàn)狀 3
1.4 本文的研究內(nèi)容 3
第2章 設(shè)計總體方案 5
2.1 設(shè)計任務(wù)分析 5
2.2 機架支撐方案設(shè)計 5
2.3 設(shè)計內(nèi)容分析 6
2.4 總體結(jié)構(gòu)簡圖 7
第3章 振動篩篩面物料運動理論 8
3.1 物料在篩面上的運動分析 8
3.2 物料滑行運動的理論 10
3.3 物料拋擲運動的理論 10
3.3.1 橢圓運動軌跡的拋擲指數(shù) 10
3.3.2 橢圓運動軌跡的拋離角與拋離系數(shù) 11
3.3.3 物料拋擲運動的理論平均速度 12
第4章 振動篩分試驗臺參數(shù)計算 13
4.1 運動學(xué)參數(shù)的確定 13
4.2 振動篩分試驗臺工藝參數(shù)的確定 14
第5章 主要零部件的設(shè)計和計算 15
5.1 篩面的設(shè)計和選擇 15
5.1.1 篩面的功用及結(jié)構(gòu)特點 15
5.1.2 篩面的分類及加工要求 15
5.1.3 篩面的設(shè)計及安裝 17
5.2 篩箱的設(shè)計 18
5.2.1 篩箱的功用及結(jié)構(gòu) 18
5.2.2 篩箱的設(shè)計尺寸 19
5.3 可調(diào)支撐的設(shè)計 19
5.4 振動機械的隔振理論及彈簧的設(shè)計 20
5.4.1 振動機械的隔振理論 20
5.4.2 彈簧的設(shè)計 20
第6章 主要零部件的校核 23
6.1 橫梁的校核 23
6.2 彈簧的校核 25
致 謝 27
參考文獻 28
第1章 緒論
1.1 課題背景
隨著我國社會主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，篩分機械的需求量日益增長，對產(chǎn)品的質(zhì)量的要求也越來越高。在這種市場需求的促使下，針對篩分機械及篩分技術(shù)有大量的研究工作正在進行著。
1.1.1 課題應(yīng)用情況
基于振動篩的三種不同的運動軌跡、采用不同的篩分方法、并針對國民經(jīng)濟中各行業(yè)的特殊要求、形成了各種形式的振動篩分設(shè)備、并使其在工業(yè)門得到廣泛應(yīng)用、在治金工業(yè)部門、選礦廠普遍采用振動篩對礦石進行預(yù)先篩分和檢查篩分、用振動篩對磨礦機的產(chǎn)品進行分級以提高精礦品位、在煤炭工業(yè)部門、用振動篩作為精煤和末煤的脫水、脫介、針對6mm以下含水7%~14%的潮濕細煤粒的分級采用了高頻細篩來解決脫水問題、在水利電力部門、火電廠對煤預(yù)先篩分是通過高頻振動篩來實現(xiàn)的、在水電站的建設(shè)工作中如三峽工程需要各種振動篩對沙石進行分級、在交通部門針對鐵路石渣的清沙和初泥進行篩選、及對瀝青混泥土的石頭進行篩選、其在高速工路建設(shè)中起著重要的作用、在化工部門、對于化工原料和產(chǎn)品的篩分、化肥和復(fù)合肥的分級、都離不開振動篩、此外、針對環(huán)保部門的垃圾處理及水煤漿在電廠的應(yīng)用、振動篩均成為關(guān)健篩分設(shè)備。
1.1.2 課題意義
在我國現(xiàn)有的振動篩中大多數(shù)都只能實現(xiàn)一種運動軌跡，而我們此次的設(shè)計的振動篩是可以實現(xiàn)三種運動軌跡，不同的運動軌跡有不同大小的激振力，篩面的傾斜角度也是可調(diào)的，是為了配合不同的運動軌跡做篩分試驗，尋找同樣的運動軌跡、激振力大小也一致的情況下，不同的篩面傾角有著不同的篩分效率，尋找最高的篩分效率。
1.2 振動篩分試驗臺的組成
振動篩分試驗臺主要有篩箱、篩網(wǎng)、振動器、減振彈簧裝置、底架、底板等組成。采用筒體式偏心軸激振器及偏塊調(diào)節(jié)振幅，振動器安裝在底板上，并由電動機通過三角皮帶帶動旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生慣性激振力，迫使篩箱振動。篩機側(cè)板采用優(yōu)質(zhì)鋼板制作而成，側(cè)板與橫梁采用焊接連接。
振動篩分試驗臺采用座式安裝。篩面傾角的調(diào)整可通過改變篩箱右側(cè)可調(diào)支撐高度來實現(xiàn)。
篩網(wǎng)是主要易損件。根據(jù)物料品種和用戶要求，可采用高錳鋼編織篩網(wǎng)、沖孔篩板和橡膠篩板，篩面有單層和雙層兩種，各類篩網(wǎng)均能滿足篩分效率高、壽命長、不堵孔的要求。
篩網(wǎng)的安裝也是此次設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，如何安裝才能使篩網(wǎng)使用壽命更長，如何安裝能使篩網(wǎng)的篩分效率提高。查閱資料，結(jié)合實際，便成了此次設(shè)計中采用的篩網(wǎng)固定方式，采用特制壓板將篩網(wǎng)橫向拉緊，中間在橫梁上固定一個特制墊塊，將篩網(wǎng)安裝成拱形。有利于篩網(wǎng)的使用壽命和篩分效率。
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
由于工業(yè)基礎(chǔ)差。研究能力和制造水平落后，在近50年，我國篩分機械走過從無到有，從小到大。從落后到先進的發(fā)展過程?？傮w上可分為四個階段。
1）：進口設(shè)備階段
解放以前，我國在選煤、采礦行業(yè)主要依靠人力來完成相應(yīng)的工作。在少數(shù)一些選煤廠和選礦廠主要采用一些固定篩和搖動篩。這些設(shè)備完全依靠進口。解放后，隨著新中國經(jīng)濟的發(fā)展的推動，開始在相關(guān)行業(yè)推廣應(yīng)用篩分機械。并在大部分洗煤廠、采礦廠和采石場使用一些慢速的搖動篩和老式的振動篩，并開始使用小型的直線振動篩。
2）：仿制階段
從50年代到60年代，我國開始從前蘇聯(lián)和波蘭等歐洲一些國家進口各種篩分機械。這期間，組織全國相關(guān)單位，測繪仿制了前蘇聯(lián)的ryn系列圓振動篩、BKT系列搖動篩。波蘭的wk-15圓振動篩、CJM-2l型搖動篩和WPl、WP2型吊式直線振動篩阿。研制出國產(chǎn)szz系列的自定中心篩、Sz系列的慣性篩和SSz系列的直線篩。這些篩分機械仿制成功以后的發(fā)展初步奠定了基礎(chǔ)，并培養(yǎng)了我國第一批技術(shù)人員。
3） ：引進提高階段
60年代初開始采用一些前蘇聯(lián)和波蘭引進的快速的搖動篩、脫水篩和振動篩技術(shù)。從70年代到80年代，我國從美國引進R.s公司的TABOR振動篩技術(shù)。從日本神戶制鋼所引進HLW型振動篩技術(shù)，從德國KHD公司引進USK和usL型振動篩。進入改革開放的快速發(fā)展的時期．我國篩分機的發(fā)展也進入了一個新的階段。在吸收成功研制了YA系列圓振動篩、ZKX系列直線振動篩、ZK系列振動篩。完成振動概率篩系列、旋轉(zhuǎn)概率篩系列，完成了箱式激振器等厚篩系列、重型冷熱礦篩系列、馳張篩，粉料直線振動篩、琴弦篩、旋流振動篩、立式圓筒篩的研制也取得成功。國外振動篩產(chǎn)品和制造技術(shù)的引進．提高了我國篩分機械設(shè)計制造人員技術(shù)水平，使他們從中學(xué)習到先進國家設(shè)計制造振動篩的理論、方法、設(shè)計技術(shù)和制造工藝。
4）：自行研制階段
我國制定了第一個煤用單、雙軸振動篩系列型譜，自主進行了ZDM(DDM)系列單軸振動篩和ZSMO)SM)系列雙軸振動篩的產(chǎn)品設(shè)計工作。并投人生產(chǎn)制造?；旧蠞M足了當時國內(nèi)中、小型選煤廠建設(shè)的需要。在此基礎(chǔ)上，通過采用自同步理論、塊偏心振動器、復(fù)合彈簧、環(huán)槽鉚釘?shù)认冗M技術(shù)，相繼開發(fā)了2ZKB2163直線振動篩，YKL545和2YK2145圓振動篩、YHL836重型振動篩、RQL224復(fù)合振動篩等4種基型新系列振動篩。又相繼開發(fā)YK和ZKB自同步直線振動篩系列、香蕉篩系列、重型冷熱礦篩系列、博厚篩、高頻振動篩系列。這些設(shè)備成功研制，標志著我國篩分機械走上了獨立發(fā)展的道路。
1.3.2 國外研究現(xiàn)狀
在16世紀，英國首先開始了篩分機械的研究，并誕生世界第一臺用于煤炭工業(yè)的固定篩。到了18世紀歐洲工業(yè)革命時期，篩分機械發(fā)展迅速。在19世紀初，一些礦山企業(yè)開始使用圓筒篩、搖動篩，有的地方出現(xiàn)一些簡單的振動篩分機械11J。近些年來，社會對能源和礦產(chǎn)急劇需求，從而使篩分機械迅速發(fā)展。目前，國外知名企業(yè)利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)，先進的制造工藝。不但生產(chǎn)出適用于多種行業(yè)、多種規(guī)格的振動篩。而且生產(chǎn)出了可靠性高，性能好的大型和特大型振動篩。這些振動設(shè)備具有世界領(lǐng)先的技術(shù)。代表目前行業(yè)的發(fā)展趨勢。Sandwich夾層金屬篩網(wǎng)由三層篩網(wǎng)組成，上兩層篩網(wǎng)起篩分作用，最下層篩網(wǎng)起支撐作用。多層結(jié)構(gòu)提高了篩網(wǎng)的強度，延長了篩網(wǎng)的壽命，防止了篩孔堵塞。日本的神戶制鋼所制造的大型振動篩，該設(shè)備重27噸，其篩面面積為27ln2，單層篩ZK3675分級能力為500t/h。國外振動機械企業(yè)注重產(chǎn)品的大型化、高效性、可靠性、專業(yè)性的研發(fā)方向。并根據(jù)不同的行業(yè)特點，提供不同的解決方案。提供全面系統(tǒng)的服務(wù)。但不得不看到是，進口設(shè)備價格較高，一般的設(shè)備價格是國產(chǎn)設(shè)備的3倍以上。在大型設(shè)備上通常是國產(chǎn)同等型號的8~10倍。
1.4 本文的研究內(nèi)容
本課題畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容為設(shè)計一個振動篩分試驗臺配合一個可變軌跡的激振器實現(xiàn)一個振動篩分試驗臺可實現(xiàn)三種運動軌跡，研究提供不同的激振力，在同一種物料下，不同運動軌跡，不同的篩面傾角帶來的不同的篩分效率。或者試驗同一物料、同一激振力、同一運動軌跡和不同篩面傾角情況下物料篩分效率有何影響。是為了以后在礦物選分中提供最優(yōu)方案。
第2章 設(shè)計總體方案
2.1 設(shè)計任務(wù)分析
該課題要求我們設(shè)計一款配合可變軌跡激振器使用的振動篩分試驗臺，該機主要用于試驗同種物料在同一頻率下，運動軌跡和篩面傾角不同帶來的什么樣不同的篩分效率，該機的自動化程度較高，效率高、結(jié)構(gòu)簡單；該機價格便宜、經(jīng)濟實惠，而且占地面積小。綜上所述，該設(shè)計題目的完成需要解決以下幾個主要的問題：
1) 確定何種總體結(jié)構(gòu)方案，以達到結(jié)構(gòu)簡單輕巧、滿足加工條件而效率高的目的。
2) 如何設(shè)計底座及機身部分，使它們能承受必要的重量，工作時能保持整個機器的平衡,使振動篩能平穩(wěn)的工作。
3) 如何設(shè)計改變篩面傾角，且滿足剛度和振動要求。
4) 彈簧的設(shè)計與校核。
5) 橫梁的設(shè)計與校核。
2.2 機架支撐方案設(shè)計
振動篩分試驗臺是利用振動的多孔工作面，將顆粒大小不同的混合物料粒度進行分級的機械。振動篩也常用于物料的脫水，脫介及清洗物料表面的污泥。此次設(shè)計的篩分試驗臺是結(jié)構(gòu)簡單，造價低，維修工作量少。從一般的結(jié)構(gòu)可以用不同的固定的方式將篩框進行固定。
現(xiàn)在總體布置設(shè)計如下兩種方案：
方案一：吊式振動篩，將振動篩用鋼絲繩固定在空中，彈簧與篩箱聯(lián)接在一起，利用激振器的振動使振動篩篩選。其方案圖如圖2.1所示。
圖2.1 吊式振動篩簡圖1
方案二：座式振動篩，利用機架支撐篩箱，并將機架用地腳螺釘固定在地基中，其方案如圖2.2所示。
圖2.3 座式振動篩簡圖3
分析：方案一采用鋼絲繩將振動篩固定在空中，其振動彈簧放在篩體兩鋼板外側(cè)的鋼板盒內(nèi)，其中方案一的鋼板盒與吊掛鋼絲繩下端與吊掛鋼絲繩下端直接固定，方案一主要存在的問題有：篩體由4根鋼絲繩固定在大倉頂板上，鋼絲繩下端與篩體兩側(cè)鋼板盒內(nèi)的彈簧聯(lián)接在一起。首先，安裝、維修等不方便，這兩種方案只是適用在特定的場合；其次，振動篩在工作過程中，由于吊掛鋼絲繩下端擺幅大于上端，因而下端穿過鋼板盒處容易摩擦而被割斷，所以大約每月就得跟換一次吊掛鋼絲，同時鋼板盒內(nèi)的尼龍墊磨損也相當?shù)目?。采用方案二的固結(jié)方式能夠克服方案一中的產(chǎn)生的根本問題，采用地腳螺釘固定，其比較簡單實用，適用的場合較廣，且耐用。綜上所分析比較，選用方案二的總體支撐方案。
2.3 設(shè)計內(nèi)容分析
通過對總體結(jié)構(gòu)方案的對比之后，總體結(jié)構(gòu)的支撐方案決定采用方案二，即采用座式振動篩分試驗臺。
通過上面的分析可以看出，該振動篩分試驗臺的設(shè)計主要分為以下幾個部分的設(shè)計：
（1）篩箱的設(shè)計。它要實現(xiàn)的主要功能是能承受較大的激振力，盡量減少其重量，加工此篩箱時仿形頭能把樣板的形狀勾畫出來，從而讓割槍切割出與樣板形狀一致的零件。
（2）支撐部件的設(shè)計。它的主要功能是支撐振動篩分試驗臺，保證整個機器工作時的平衡性和穩(wěn)定性。
（4）底座部分的設(shè)計。它的主要功能是支撐和固定立柱，保證整個機器工作時的平衡性和穩(wěn)定性。
（5）其它主要零件的設(shè)計及計算。
2.4 總體結(jié)構(gòu)簡圖
可調(diào)軌跡振動篩分試驗臺的總裝配結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-4所示，詳圖見附圖。它主要由底座、底板，篩箱、激振器、支撐部件、篩網(wǎng)這幾個零部件組成。底座用地腳螺栓固定；支撐部件用于支撐篩箱；支撐彈簧用于振幅的產(chǎn)生，激振器為振動篩分試驗臺上較為重要的部件，為振動篩分試驗臺的動力來源，使振動篩分試驗臺達到所要求的振動振幅。其他的輔助零件底板等也是振動的重要組成部件。
1：底架 2：彈簧 3：底板 4：可調(diào)支撐
5：篩箱 6：入料口 7：出料口 8：固定支撐
圖2-4 振動篩分試驗臺結(jié)構(gòu)示意圖
第3章 振動篩篩面物料運動理論
3.1 物料在篩面上的運動分析
振動篩運動學(xué)參數(shù)（振幅、振次、篩面傾角和振動方向角）通常根據(jù)所選擇的物料運動狀態(tài)選取。篩上物料運動狀態(tài)直接影響振動篩的篩分效率和生產(chǎn)率，所以為合理地選擇篩子的運動參數(shù)，必須分析篩上的物料的運動特性。
篩面上的碎散物料是由大小不同的顆粒組成，在這些物料中，只有最下層的物料與篩面直接接觸，受篩面運動的直接影響，其他部分只是間接的受篩面運動的影響。由于顆粒之間的雜亂無章的堆疊，使它們的運動互相干擾，因此，物料在篩面的運動情況較復(fù)雜。為了找出篩子工作參數(shù)與物料運動狀態(tài)的一些關(guān)系，不得不做一些簡化，研究單個顆粒在篩面上的運動，這種理想化的分析方法只能提供一些近似的結(jié)果。
此次設(shè)計的振動篩分試驗臺有三種運動軌跡：圓，橢圓和直線。由圖3.1分析篩面的位移方程式可用下式來表示：
（3-1）
（3-2）
其中:
式中：——y方向和x方向的振幅；
——y方向和x方向的初相角；
——角速度
——時間。
圖3.1橢圓振動機工作面的位移曲線
a) 工作面運動軌跡 b）y方向與x方向的位移曲線
求上式中的x和y對時間t的一次導(dǎo)數(shù)與二次導(dǎo)數(shù)，即得篩面沿x和y方向上的速度和加速度：
（3-3）
（3-4）
（3-5）
（3-6）
這些一般表達式能對橢圓運動過程進行分析，由上式可以看出圓運動軌跡和直線運動軌跡是橢圓運動軌跡的一種特殊情況。因此，只要對橢圓運動軌跡振動機物料運動的過程進行分析研究，所得結(jié)果也適用于圓運動軌跡和直線運動軌跡的振動篩分。
由運動特征，來研究篩子上物料的運動學(xué)。物料在篩面上可能出現(xiàn)三種運動狀態(tài)：正向滑動、反向滑動和跳動。
3.2 物料滑行運動的理論
橢圓運動軌跡的正向滑動和反向滑動，在橢圓運動軌跡中，由受力分析可知：慣性力和重力分力的合力與極限摩擦力相等，便得：
（3-7）
化簡得：名義正向滑始角和名義反向滑始角
（3-8）
由上式可知，若正向滑行指數(shù)時，物料不能出現(xiàn)正向滑動。當時，則有解，物料可以出現(xiàn)正向滑動。同理，當反向滑行指數(shù)時，物料不能出現(xiàn)反向滑動。當時，則有解，物料可以出現(xiàn)反向滑動。物料可能出現(xiàn)正向滑動的區(qū)間為，可能出現(xiàn)的反向滑動區(qū)間為
當?shù)臅r候，可以求得使物料顆粒沿著篩面產(chǎn)生正向滑動時最小轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)該為：
（3-9）
（3-10）
為了使物料顆粒沿著篩面產(chǎn)生正（反）向滑動，必須取篩子轉(zhuǎn)數(shù)。
3.3 物料拋擲運動的理論
3.3.1 橢圓運動軌跡的拋擲指數(shù)
物料顆粒產(chǎn)生跳動的條件是顆粒對篩面法向壓力。即， （3-11）
式中——名義拋始角；
——拋始角。
由此可以得到：
（3-12）
式中：D——拋擲指數(shù)。
當拋擲指數(shù)D<1時,無解，物料不能出現(xiàn)拋擲運動。
當時，物料可以出現(xiàn)拋擲運動。則可求得物料開始跳動時的最小轉(zhuǎn)數(shù)為：
（3-13）
為了使物料產(chǎn)生跳動，必須取篩子的轉(zhuǎn)數(shù)。
3.3.2 橢圓運動軌跡的拋離角與拋離系數(shù)
由于目前使用的振動篩采用拋擲狀態(tài)，因此要討論拋擲終止角，拋擲角及運動速度。
相對加速度對時間進行二次積分，即得相對位移為：
（3-14）
當（為物料的拋止角）時，，拋擲運動即告終止，由上式可化簡為：
（3-15）
（3-16）
式中：——拋離角。
轉(zhuǎn)化公式（3-16）為拋擲指數(shù)D與拋離系數(shù)的關(guān)系式，即：
（3-17）
按照式（3-15），（3-16），（3-17）可作出與及D與的關(guān)系曲線，則有名義拋始角已知時，可查出拋離角。
3.3.3 物料拋擲運動的理論平均速度
橢圓振動軌跡物料沿工作面方向的相對加速度可由此表示：
（3-18）
對進行二次積分，便可求得每次拋擲運動的相對位移為：
（3-19）
可得物料的理論平均速度：
（3-20）
第4章 振動篩分試驗臺參數(shù)計算
4.1 運動學(xué)參數(shù)的確定
振動機械的工作平面通常完成以下各種振動：簡諧直線振動、非簡諧直線振動、圓周振動和橢圓振動等。依賴上述各種振動，使物料沿工作面移動。當振動機械采用不同的運動學(xué)參數(shù)（振幅、頻率、振動角和傾角）時，便可使物料在工作面上出現(xiàn)下列不同形式的運動：相對運動、正向滑動、反向滑動和拋擲運動。
1.拋擲指數(shù)
在一般的情況下 ，根據(jù)篩子的用途選取，圓振動篩一般取=3～5，直線振動篩宜取=2.5～4；。難篩物料取大值，易篩物料取小值。篩孔小時取大值，篩孔大是取小值。本次設(shè)計振動篩分試驗臺，選取。
2.振動強度K
振動強度K的選擇。主要受材料強度及其構(gòu)件剛度等的限制，目前的機械水平K值一般在3～8的范圍內(nèi)，振動篩則多取3～6。本次設(shè)計選擇K=4。
3.篩面傾角
對于單軸振動篩的傾角為：作預(yù)先分級用
作最終分級用
對于圓振動篩一般取～，振幅大時取小值，振幅小時取大值。對于本次設(shè)計中篩面傾角是可調(diào)節(jié)的，范圍為
4.篩箱的振幅
篩箱振幅；是設(shè)計篩子的重要參數(shù)，其值必須適宜，以保證物料充分分層，減少堵塞，以利透篩。通常取=3～6mm，其中篩孔大者取大值，篩孔小者取小值。本次設(shè)計選取=3mm。
4.2 振動篩分試驗臺工藝參數(shù)的確定
選取設(shè)計振動篩工藝參數(shù)：
振動篩的工藝參數(shù)包括篩面的長度和寬度，此次設(shè)計的篩面的長度和寬度根據(jù)激振器的合適安裝為準，設(shè)計篩面長2m寬1m。篩面傾角在可調(diào)。
第5章 主要零部件的設(shè)計和計算
5.1 篩面的設(shè)計和選擇
5.1.1 篩面的功用及結(jié)構(gòu)特點
篩面是篩子的主要工作部件。對篩面的基本要求是：有足夠的強度，最大的有效面積（篩孔總面積與整個篩面面積之比），篩孔不易堵塞，在物料運動是與篩孔相遇的機會較多。
常用的篩面有篩板、篩網(wǎng)、條縫篩板和網(wǎng)狀絲布四種，前兩種主要用在煤炭的分級處理上，后兩種用在洗煤廠的脫水、脫泥和脫介質(zhì)中，正確地選用篩面，就能提高篩分的效果和工作的可靠性，從而發(fā)揮篩子應(yīng)有的能力。
為了保證篩面的工作可靠性，篩面固定的方法，也有很大的影響，這對金屬絲或金屬條所以制成的篩面表現(xiàn)的尤為突出。因為如果篩網(wǎng)的固定比較松弛，篩子振動時，篩網(wǎng)就要產(chǎn)生局部的抖動，使篩絲產(chǎn)生局部的繞曲，嚴重時要導(dǎo)致篩絲的斷裂。通常鋼絲只能承受1～2百萬次的反復(fù)彎曲。
5.1.2 篩面的分類及加工要求
篩面按材料及加工方法不同可以分為：篩板、篩網(wǎng)、條縫篩板、網(wǎng)狀絲布。
（1）篩板
篩板是最牢固的一種篩面，主要用在大塊物料的篩分上。根據(jù)一般選煤廠使用的經(jīng)驗，篩孔在25毫米以上的大塊分級，應(yīng)當采用篩板，這樣篩面的壽命較長，對篩分效率都影響不大。篩板的開孔率一般為40%左右。
煤用篩篩板的材料一般采用和16Mn、16 MnCr等鋼板，鋼板厚度常用6毫米，根據(jù)工作條件的不同可以適當增厚或減薄，篩板的加工可以用鉆孔或沖孔等方法。常用的篩孔形狀是圓形，個別情況下也采用長方形。應(yīng)用長方形篩孔時，其長邊應(yīng)與物料運動方向一致，而且只能用沖孔的加工方法加工方法。為了避免篩孔堵塞、可以將篩孔造成底部擴大的圓錐形，這樣，篩孔由顆粒的入口到出口逐漸擴大，有利于物料的透篩。對沖孔的篩板來說，這種擴大在沖制過程中可以自然形成。在一般情況下，沖孔比鉆孔簡便，所以在有條件是，應(yīng)采用沖孔方法。
為了使篩板有足夠的強度而且開孔率盡可能大，圓形篩孔幾乎總是作菱形的排列。這樣排列的篩板，其開孔率可以用下列計算：
（5-1）
（3-1）式中，——開孔率，%；
D——篩孔直徑，mm；
S——篩孔間的最短距離，mm，按
經(jīng)驗，S的大小可以用公式確定。
篩板一般是在篩面兩側(cè)用木楔壓緊進行固定的。木楔遇水膨脹，可以把篩面壓的很緊。這種方法簡單可靠。為了防止中間部分發(fā)生松動，可用螺栓或V型螺栓壓緊。
（2）編織篩網(wǎng)
篩網(wǎng)的優(yōu)點是開孔率大，可達總篩面就的70%。但是與篩板比較，牢固性較差，使用壽命較短，所以一般只用在細粒度的分級上。在選煤廠往往用于篩孔小于13毫米的煤炭分級。
篩網(wǎng)最常用的材質(zhì)是低碳鋼，它只適用于硬度較低的物料，我國許多礦用篩網(wǎng)采用鋼，也有用鉛絲篩網(wǎng)。如果物料硬度高，可采用高碳鋼或合金鋼。采用不銹鋼和65Mn鋼絲造成的篩網(wǎng)，使用壽命能夠延長幾倍，雖然價格較高，但總的看來在經(jīng)濟上是有利的。篩網(wǎng)的篩孔絕大部分是方形，一般用編織而成。編織篩網(wǎng)的缺點是表面不可采用波紋狀的篩絲。為了減少連接處的篩絲凸起，可以把此處篩絲壓平，這樣既可以減少物料沿篩面運動的阻力，也可以延長篩網(wǎng)的壽命，編織篩網(wǎng)的構(gòu)造如圖5.1所示。
平紋編織篩網(wǎng) 斜紋編織篩網(wǎng)
圖5.1 編織篩網(wǎng)圖
（3）條縫篩板
條縫篩板廣泛地應(yīng)用在煤炭的脫水、脫泥和脫介質(zhì)中。我國選煤廠用條縫篩板的材質(zhì)有銅和不銹鋼兩種。不銹鋼篩板比銅篩板價格高
2～3倍，但是它的強度大、耐磨，使用壽命比銅篩板高2～3倍，脫水和脫介質(zhì)的效果也比較好。但是也要綜合考慮成本和經(jīng)濟效率等綜合因素的影響。
（4）網(wǎng)狀絲布
網(wǎng)狀絲布一般用于煤泥脫水，它類似編織的粗布，開孔率可達40～50%。網(wǎng)狀絲布的種類很多，常用的材質(zhì)有不銹鋼、紫銅、黃銅和尼龍等。絲布的材質(zhì)對其使用壽命影響很大，當用作煤泥或末精煤脫水時，銅絲布大約只能用兩個月，而不銹鋼和尼龍絲布的強度較大、耐磨，使用的壽命比銅絲絲布高約三倍。
5.1.3 篩面的設(shè)計及安裝
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，此次設(shè)計用平紋編織篩網(wǎng)，1mm低碳鋼鋼絲編織而成，篩孔大小。振動篩生產(chǎn)能力的計算雖然有不少試驗公式，但由于篩分過程的影響因素很多，生產(chǎn)上還是以類似條件下的單位面積生產(chǎn)率來計算。
根據(jù)篩子的單位面積生產(chǎn)率，可用下式計算篩子的生產(chǎn)能力[7]：
（） （5-2）
式中，Q——振動篩的處理能力；
——篩面工作面積，即 (B為篩面的寬度，Ｌ為篩面長度。一般篩面的長度是一定的，篩分機的處理能力主要是由篩面寬度來調(diào)節(jié))；
——.單位處理量。
查表2-7得單位處理量為：12計算得：約為1
篩面安裝一般利用篩框兩邊的特制夾板從橫向拉緊然后用螺栓固定在篩箱上如圖5.2篩網(wǎng)安裝方式。為了使篩分物料能夠均勻的分布在篩面上，篩網(wǎng)往往安裝成拱形，而且篩網(wǎng)拉緊可提高其使用壽命，在工作中應(yīng)注意其張緊程度。
5.2篩網(wǎng)安裝方式
5.2 篩箱的設(shè)計
5.2.1 篩箱的功用及結(jié)構(gòu)
篩箱是篩子的承載部件和參振部件，由篩框及固定在它上面的篩面組成。典型的振動篩分試驗臺的篩框結(jié)構(gòu)。它是由側(cè)板、后擋板、橫梁組合而成。側(cè)板是用鋼板制成，利用橫梁將兩塊側(cè)板聯(lián)接起來，使篩框成整體結(jié)構(gòu)。為了加強側(cè)板的剛度，在適當部位鉚接角鋼以補強。橫梁采用無縫鋼管。
由于振動篩分試驗臺是在高頻振動下工作，篩框不僅承受篩分物料的重量，而且還要承受很大的激振力。因此，篩框的結(jié)果要牢固，不但要有足夠的強度，還要有足夠的整體剛度，使篩框不致因發(fā)生變形而損壞。對于大面積的振動篩，這個問題尤為重要。
側(cè)板和橫梁是篩框的主要受力構(gòu)件。由于篩箱是借助側(cè)板支承所以側(cè)板承受物料和篩箱的重量，并將激振力傳遞到篩框的各個部分。側(cè)板一般用6～16mm的鋼板和角鋼組合而成。
橫梁承受篩板和物料的重量級它在工作中的慣性力。橫梁可以采用槽鋼、工字鋼、無縫鋼管、箱形梁和壓型梁等幾種。采用鋼管做橫梁，由于他在各個方向的慣性矩相同，所以受力狀態(tài)較好，它特別適用于做圓形運動的篩箱。但是，由于鋼管在與側(cè)板鉚接時比較困難，所以其使用受到了一定的限制。箱橫梁一般是由兩根槽鋼對接而成，它有利于承受兩個方向的力量，所以目前一些大面積的篩箱經(jīng)常采用。壓型梁永鋼板熱壓而成，可以制成所要求的形狀，在兩的轉(zhuǎn)角處要呈圓角，避免受力后產(chǎn)生的應(yīng)力集中，它也用在受力較大的大面積篩箱上。應(yīng)當注意，由于梁的彎矩個長度平方成正比，所以從強度觀點來看，篩箱的寬度不宜過大，目前一般篩箱的寬度，很少大于2.5米。
篩箱的剛度是指它抵抗變形的能力。在篩子工作時，篩框受振動產(chǎn)生的高頻慣性力可使局部構(gòu)件發(fā)生動力變形，這種變形往往是橫梁或側(cè)板斷裂的一個重要原因。所以，加強篩框結(jié)構(gòu)的剛度、特別是連接部件的剛度是個重要的問題。在橫梁間設(shè)置縱向小梁、橫梁上鋪設(shè)篩板、橫梁與側(cè)板相接處采用較大的彎鋼以代替角鋼等都是提高篩箱整體剛度的有效措施。
篩框結(jié)構(gòu)常用的連接方式有鉚接和焊接兩種。焊接結(jié)構(gòu)施工簡便，但是由于焊縫復(fù)雜、內(nèi)應(yīng)力開裂甚至造成構(gòu)件的斷裂 。
實踐表明，鉚接結(jié)構(gòu)的篩框，其損壞一般比焊接結(jié)構(gòu)要少一些。根據(jù)兩種連接方法的特點，對于振動強度較小的小型篩箱（長度小于4m），可以考慮焊接，大型篩箱最好采用鉚接，或者采用鉚焊聯(lián)合聯(lián)接，即重要的地方（如橫梁與側(cè)板的連接）用鉚接，次要的地方采用焊接。
5.2.2 篩箱的設(shè)計尺寸
對于此次設(shè)計的振動篩分試驗臺，其屬于小型振動篩，振動的強度較小，所以采用焊接處理，其篩網(wǎng)的型號尺寸為：，篩面的面積為2，均分為4小塊（），用角鋼焊接成框架并將篩網(wǎng)用特制壓板從橫向拉緊，然后用螺栓將壓板固定在篩箱上，篩網(wǎng)安裝成拱形，有利于物料的運動，提高篩分效率。其部件結(jié)構(gòu)圖如附圖所示，其中側(cè)板為Q235鋼板，厚度為7mm。
篩箱的底側(cè)用六根直徑45mm內(nèi)徑40mm的空心圓鋼管焊接而成，滿足設(shè)計強度要求。
5.3 可調(diào)支撐的設(shè)計
為了滿足此篩分試驗臺的應(yīng)用，試驗不同的篩面傾角有什么不同的篩分效率，從而在以后的物料篩分中選擇最優(yōu)的篩面傾角。
調(diào)節(jié)方式：
左側(cè)支撐高度不變，調(diào)節(jié)右側(cè)支撐的高度，改變篩面傾角。右側(cè)可調(diào)支撐如圖5.2所示。
1：支撐下部 2：固定塊 3：支撐上部
圖5.2可調(diào)支撐結(jié)構(gòu)示意圖
5.4 振動機械的隔振理論及彈簧的設(shè)計
5.4.1 振動機械的隔振理論
1）：振動機械按照頻率比（即工作頻率與固有頻率之比）的大小可分為兩類：
1. 非共振振動機械，其頻率比遠大于1，即。
2. 近共振振動機械，其主振系統(tǒng)的頻率比，最常用的范圍是。
此次設(shè)計中采用的是非共振振動機械，其中。
2）：非共振振動機械有兩種常用的隔振方案
大多數(shù)的振動機械，如果不對他們采取適當?shù)母粽翊胧┗蚱胶獯胧涂赡軐⒑艽蟮膭虞d荷傳遞給基礎(chǔ)，使地基和建筑物產(chǎn)生有害的振動，使機器難以投入使用。
1. 一次隔振系統(tǒng)（圖5.3a）。在振動體和基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)架之間加隔振彈簧。
2. 二次隔振系統(tǒng)（圖5.3b）。在一次隔振彈簧的外部，再增加一個隔振質(zhì)量和二次隔振彈簧。
a:一次隔振系統(tǒng) b：二次隔振系統(tǒng)
圖5.3最常用的兩種隔振系統(tǒng)
一次隔振系統(tǒng)較為簡單，目前在工業(yè)部門得到了較為廣泛的應(yīng)用，當一次隔振系統(tǒng)的隔振效果不能滿足要求時才采用二次隔振系統(tǒng)，不過采用多次隔振系統(tǒng)后，機器的構(gòu)造也就越發(fā)復(fù)雜，它的重量也會隨之增大，不利于振動篩分。
此次設(shè)計中，由于振動機械較小，一次隔振系統(tǒng)便能滿足使用要求。所以此次設(shè)計采用一次隔振系統(tǒng)。
5.4.2 彈簧的設(shè)計
彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形。彈簧在各類機械中應(yīng)用十分廣泛，主要用于：1）控制機構(gòu)的運動，如制動器、離合器中的控制彈簧，內(nèi)燃機氣缸的閥門彈簧等；2）減振和緩沖，如汽車、火車車廂下的減振彈簧，以及各種緩沖器用的彈簧等；3）儲存及輸出能量，如鐘表彈簧、槍閂彈簧；4）測量力的大小，如測力器和彈簧秤中的彈簧等。
按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等四種。
螺旋彈簧是用彈簧絲卷制成的，由于制造簡便，所以應(yīng)用最廣。在一般機械中，最為常用的是圓柱螺旋彈簧。在此次畢業(yè)設(shè)計中我選用的是圓柱螺旋壓縮彈簧。
（1）彈簧所受作用力
參振重量：，kg （5-3）
式中，——篩箱重量，kg；
——激振器重量，kg；
——隔震裝置上底板和支撐裝置重量，kg；
——物料重量，kg；
；
——物料結(jié)合系數(shù)，取0.2；
——篩面的長度，m；
——各層篩面上料層平均厚度的總和，m；
經(jīng)估算得：
。
參振質(zhì)量
； (5-4)
——重力加速度；
計算得
。
計算總彈簧剛度
(5-5)
——角速度；
計算得
在振動篩工作時，彈簧承受的最小作用力和最大作用力。
(5-6)
(5-7)
z——彈簧個數(shù)；
計算得：
，。
（2）彈簧絲直徑
彈簧的許用應(yīng)力應(yīng)根據(jù)工作條件來確定。因彈簧在一般的載荷條件下工作，可以按第Ⅲ類彈簧來考慮?，F(xiàn)選用硅錳彈簧鋼（），許用切應(yīng)力。
根據(jù)強度條件計算來確定彈簧絲的直徑?，F(xiàn)取旋繞比C=6得：
改取標準值，中徑，取標準值，計算得內(nèi)徑外徑。
（3）彈簧的圈數(shù)n
根據(jù)剛度條件，來計算彈簧的圈數(shù)n。
由文獻[14]中表16-2 ，取，則彈簧的圈數(shù)為：
壓縮彈簧兩端圈磨平取
得圈
第6章 主要零部件的校核
6.1 橫梁的校核
橫梁的校核是求在該橫梁上最大的剪應(yīng)力與正應(yīng)力最大值是否小于此橫梁的許用應(yīng)力值。查表可知
(6-1)
(6-2)
(6-3)
——圓環(huán)內(nèi)外徑之比；
——剪力，；
——梁的面積，；
——梁的最大彎矩，；
——橫截面對中性軸的彎曲截面系數(shù)，。
橫梁材料為熱軋無縫鋼管，外徑45mm內(nèi)徑40mm設(shè)計長度尺寸為1100mm。橫梁焊接在篩框側(cè)板上，所以橫梁承受物料重量和及其自重及其激振器提供的激振力等作用力。篩上物料重量和橫梁自重可以視為一個均布載荷作用在橫梁上，激振力視為一個集中力作用在橫梁上。橫梁的受力分析如圖6.1所示。
圖6.1 橫梁的受力分析
假設(shè)物料在整個篩面上重量所以在每根橫梁上的物料重量
橫梁自重根據(jù)公式
所以，激振力。
由受力分析圖作出以下剪力圖（圖6.2）和彎矩圖（圖6.3）
圖6.2 剪力圖
圖6.3彎矩圖
由圖可知：
剪力最大，彎矩最大
由公式5-1，5-2，5-3可算出
由此可知此橫梁滿足要求。
6.2 彈簧的校核
1）彈簧疲勞強度驗算
由彈簧材料內(nèi)部產(chǎn)生的最大最小循環(huán)切應(yīng)力：
（6-4）
（6-5）
得：
疲勞強度安全系數(shù)計算值及強度條件可按下式計算：
（6-6）
——彈簧材料的脈動循環(huán)剪切疲勞極限
——彈簧疲勞強度的設(shè)計安全系數(shù),取=1.3~1.7
按上式可得：
所以此彈簧滿足疲勞強度的要求。
2）彈簧靜應(yīng)力強度驗算
靜應(yīng)力強度安全系數(shù)計算值及強度條件為：
式中—彈簧材料的剪切屈服極限，
—靜應(yīng)力強度的設(shè)計安全系數(shù)，=1.3-1.7
所以得：
所以彈簧滿足靜應(yīng)力強度。
綜上所述此彈簧滿足使用要求。
致 謝
大學(xué)中對我最后一次的考驗——畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲了，在這次畢業(yè)設(shè)計中我遇到了很多次磕絆，有好多細節(jié)和要求我都需要考慮，還要查找很多資料，所以圖書館成了我的常去之地。在我設(shè)計振動篩分試驗臺時，為了保證篩箱能夠?qū)崿F(xiàn)角度調(diào)節(jié)，我修改了多次，考慮了多種方案，最終從操作的合理性、經(jīng)濟性、實際性方面和支撐的剛性等問題從段新豪教授的啟發(fā)中，最終設(shè)計了此次可調(diào)支撐。
雖然畢業(yè)設(shè)計很辛苦，需要我們擁有耐心和毅力，但在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我能堅持尋找最合理的方案，我感到萬分榮幸，在設(shè)計過程中段新豪教授給予了我很大的幫助和支持，并提供了很多設(shè)計靈感，在平時和同學(xué)和互相討論，才使我能順利完成這次畢業(yè)設(shè)計。在這次畢設(shè)中我接觸了以前從未接受過的振動機械的學(xué)習，了解了振動機械在工業(yè)中的諸多運用。
感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師——段新豪老師的諄諄教誨，感謝您在忙碌的教學(xué)工作和生活中抽出時間來給我們解答各種問題，悉心指導(dǎo)，提出了許多寶貴意見。您嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我們工作、學(xué)習中的榜樣，您循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。此外老師細心的指導(dǎo)和平易近人的作風讓我最感動，讓我收獲最大的是她對學(xué)問的一絲不茍的態(tài)度和對知識精益求精的追求。每一個細微的知識都嚴格要求，使我能順利完成設(shè)計任務(wù)。
最后，衷心地感謝段老師以及評閱設(shè)計和參加答辯的各位專家、教授。
在此，我向你們表示衷心的感謝！
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