国产大型直线振动筛技术现状及研发思路_李素妍

大型直线振动筛技术现状
振动筛大型化是指振动参数大型化和筛分 面积大型化，在满足一定振动参数前提下，筛 面宽度是决定物料通过量的参数，筛面长度 是决定物料筛分效率的参数，因此直线振动筛 的筛面宽度越宽，每小时通过的物料量就越大， 筛面越长其筛分效率就越高，常规上大型直线 振动筛是指筛面宽度超过 3 m、面积为 20 m2 以上的振动筛。 国外品牌影响
我国筛分机械的发展是 20 世纪 50 年代的事情，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，使振动筛技术发展缓慢，尤其是大型直线振动筛，可靠 性差，经常出现断梁裂帮等现象。尽管我国已在 19 世纪 80 年代引进了国外大型振动筛技术，并且陆续开发出若干大型 振动筛产品，但使用状况均不理想，无故障运行时间及大修 期分别在 2 000 h 和 4 000 h 左右，有些产品则更短，根本 无法与国外进口的同类产品相比。如筛框可靠性低、故障率 高、维护量大，使用寿命短 ；设计结构和方法落后，主机笨 重，运行动负荷大，基建投资高 ；振动原理落后，大部分采 用自同步原理，如图 1、2 所示 ；激振器结构不先进，密封 性差，轴承润滑不充分，寿命短 ；振动参数偏低（k ＜ 4 g）， 使其处理能力和筛分效率低 ；电机功率大，能耗高 ；产品制 造、加工、装配精度低，运行噪声高，大于 90 dBA。
在市场经济全球化的今天，已经进入中国市场的国外知名 筛分机械制造商，他们凭着先进的制造技术和管理经验，对国 内筛分机械制造企业构成很大的压力和威胁。我们不能再低价 格竞争，而应转变观念，运用创新的精神，产品结构应向高端 发展，才能接近或超过国际先进同类产品水平，在市场竞争中 站住脚。鞍重股份的新一代高端大型直线振动筛的研发成功， 结束了国外垄断国内市场大型直线振动筛的历史，为我国各大 选煤厂的需求，提供了大型、可靠、高质量的振动筛设备。该 产品不但可以替代进口而且出口，对我国振动筛行业技术进步 具有重大推动作用。
国外早在 16 世纪就开始研究并生产筛分 机械，到了 18 世纪欧洲工业革命时期，筛分 机械得到迅速发展。国外的大型直线振动筛 发展凭借其历史悠久、品牌优势和雄厚资金实
力，目前已发展到较高的技术水平。随着我国进入 WTO 之后，国内外市场竞争日趋激烈，国外不少振动筛知名品 牌进入中国市场，占据了中国相当一部分高端市场和煤炭 市场，最具代表性的是德国的申克公司、澳大利亚的约翰 芬雷公司。此外，进入中国的振动筛品牌企业还有美国康 威德（Connweld）、德国优斯特越狮（JOEST）、美卓矿 机（Metso）、（TRIO）杰弗朗机械、（Tyler）泰勒振动筛、 BIVITEC 宾得曲张筛、（Derrick）德瑞克高频细筛、美国通 用振动设备等企业。他们的产品其技术优势体现在振动参 数先进、处理量大、筛分效率高、设计重量轻、电机节能、 噪声低、运行可靠等使用寿命达 5 ～ 8 年以上。 国内技术现状
筛面是振动筛承受物料进行筛分的 部位，筛面的设计要考虑有利于物料运 行、透筛，更换方便，互换性好。本设 计筛板采用单元模块式布置，块状筛板 采用卡扣轨座式安装，避免螺栓安装磨 损，拆装互换方便，完全实现筛板的标 准化、通用化、系列化。
加工工艺 再完美的图纸方案设计，如果没有
先进的加工设备和合理的生产工艺，也 形成不了优秀的振动筛产品，现代大型 数控加工设备是保证大型振动筛制造 质量的基本保障。鞍重股份引进和运用 了国际上领先的加工设备—德国 DMG 数控加工中心，振动器上的所有零部件
2013.06 59
I 业 界 ndustry 专 题
图 3 箱式齿轮强迫同步振动器
行建模、优化、定型。本系列大型振动筛设计 采用 FEA 有限单元法和振型叠加法进行计算。 其振动筛最初定形是根据用户设计任务和技术 要求进行生产能力计算得到的，然后根据筛框 的刚度、强度和动态特性要求，初步选择筛框 的主要构件厚度和加强筋截面几何参数尺寸， 作为设计变量的初始值，并利用有限元建模技 术做出三维图形，最后建立振动筛结构优化数 学模型。利用这个数学模型对振动筛进行优化 迭代，经过如此反复循环计算，最后确定振动 筛筛框主要结构件尺寸和外形尺寸，使筛机更 可靠，结构更合理。
发展方向
中国的振动筛发展，经历了引进、 仿制、提高和创新四个阶段。振动筛生 产企业研发的大型直线振动筛要想在市 场竞争中立足，就必须转变观念，加大 力度克服上述现状，才能研发出大振动 强度、高可靠性的大型直线振动筛。鞍 山重型矿山机器股份有限公司是国内目 前唯一一家振动筛产品上市公司，在多 年的振动筛制造和经验积累基础上，针
结构原理 目前形成直线振动轨迹的原理有两种 ：一种是强迫同
步原理，另一种是自同步原理。自同步原理实现简单，制 造成本低，制造厂家不需掌握太高的技术含量便可实现生 产，国内市场上的中小型号直线振动筛大多是采用自同步 原理。对于筛面宽度超过 3 m、面积为 20 m2 以上的大型 直线振动筛，若采用自同步原理，筛机的可靠性明显降低， 出现筛箱弹簧四支撑点处振幅不一致“扭振”现象，扭振 会加速振动筛的侧板开裂、横梁断裂，使其使用寿命缩短。 另外，由于两个轴振动器的传动精度和阻尼不同，会引起 转速误差，出现振动方向角不稳定现象，影响物料处理能力。 自同步直线振动筛的振动器大部分都是采用甘油润滑，轴 承润滑不充分，使用寿命低。目前国际上比较先进的振动 筛制造商，大型直线振动筛几乎都是采用强迫同步原理（见 图 2），即振动源是采用带斜齿轮传动的箱式振动器，稀油 飞溅润滑，这种振动器不但轴承使用寿命长，而且抛射角 稳定，并且便于振动筛大型化发展。但这种振动器的密封、 润滑、加工和装配精度要求较高，其技术含量和制造成本 也很高，因此，国内大部分生产企业对此望而生畏。
60 Mining Equipment
M矿 业 装 备 领 域 的 商 业 技 术 读 物 ining Equipment
的使用寿命，国内外设计者都在此部件 上下了不少功夫。目前国内外下横梁的 结构有圆管梁、H 型梁、UC 型梁、棱 形梁、矩形梁等。鞍重股份大型振动筛 的下横梁结构采用的是矩形方梁，矩形 方梁不是型材方梁，而是用高强度钢板 折弯自制成型的矩形方梁，这样不但保 证了材料具有的力学性能，而且还能避 免由扎制型材带来的缺陷，大大提高了 振动筛横梁的使用寿命。
材质选择 大型振动筛的板材质量是机体可靠性的基本，我国早期振动
筛一般采用 A3 碳素钢，这种材料的可焊性良好，但弹性和冲击 韧性较低，后来通常采用 A5 普通碳素钢 ；对于有腐蚀性物料的 振动筛常采用不锈钢板 304（0Cr18Ni9），有高温要求的振动筛 采用的板材是 2520（06Cr25Ni20）。对于大型直线振动筛，目前 常采用 16Mn 或锅炉钢板（Q245R）。实践总结，振动筛采用板 材首先要焊接性好，另外冲击韧性、抗弯曲性、耐磨、耐腐蚀性 也要好，振动筛采用优质钢材不但可以提高其整体强度，而且还 能够减轻筛框的重量。鞍重股份的大型直线振动筛采用的是新型 材料—高强度板，其屈服强度大于 500 MPa，在保证筛框使用寿 命的前提下，设计重量比以往同型号筛机减轻了 25%，新材料的 采用是本次大型直线振动筛研制的核心技术的一部分。
企业对社会的科研开发能力利用不够， 社会开发与企业生产脱节，产学研成果 商品化率低。
企业新产品投产过程中，由于售后 跟踪服务不及时，对使用现场存在的问 题不能及时发现和改进，新产品难以得 到定型和提高。
振动筛国际市场的竞争，不仅是速 度和数量的较量，更重要的是科学技术， 质量和效率的角逐，虽然装备水平，工 艺技术和企业管理落后是影响我们筛分 设备制造业发展的重要因素，但筛分机 械产品几十年一贯制的现状，将严重影 响大型直线振动筛的技术提升和发展。
I 业 界 ndustry 专 题
国产大型直线振动筛技术现状及研发思路
□ 李素妍 徐文彬 张宝田 鞍山重型矿山机器股份有限公司
我国是全球产煤大国，煤炭也是我国的 主要能源，在未来相当长的时期内，我国仍将 是以煤为主的能源结构。作为煤炭洗选和洁净 利用系统环节中的主要设备，直线振动筛发挥 着重大作用，被广泛用于煤炭的脱水、脱介及 脱泥等作业。而大型直线振动筛可代替多台中 小型号直线振动筛组合使用，既减少占地面积， 又降低工程投资，并明显提高生产能力和筛分 效率，所以大型、高可靠性及高效率的直线振 动筛的国产化研制势在必行。
性能可靠 ：运行噪声低＜ 80 dBA，轴承温度＜ 65 ℃，故障 率低 ；
能耗低 ：比目前国内同等型号大型直线振动筛电机节能 20% ；
轴承寿命长 ：采用稀油飞溅润滑，轴承寿命达 2 万 h 以上 ； 筛框使用寿命长 ：设计使用寿命达 8 年以上。其综合机械性能及 技术已跨入国际大型直线振动筛的先进行列。
对上述不足，深入理论研究，并与重点大专院校产学研合作，采 用新材料、运用新技术，扩建场地，并完善工装、工艺设施，投 入巨资引进一批世界上技术领先的德国 DMG 数控加工装备，成 功的研发、制造出新一代高端大型直线振动筛，并形成系列化生 产，如图 2 所示。
研发思路
振动筛是在大振动强度、恶劣环境条件下，长期、连续运转 的一种矿山机械，其筛体零部件的强度要求和所承受的破坏力要 比常规机械高 3~5 倍，设计上除了要满足需求的筛分效率和处 理能力外，还要满足循环冲击负荷下筛框的可靠性和稳定性。另 外，振动筛是随着其型号的加大而制造难度递增，在一定振动强 度前提下 ：筛面宽度越宽，其横梁挠度变形就越大，若筛面宽度 增加一倍，其横梁的应变要增加 16 倍 ；筛箱的长度越长，其侧 板的横向摆动变形量就越大，这些都将严重影响振动筛运行的可 靠性，使其使用寿命缩短。如果在设计上过度的加大横梁和过度 的加厚板材，显然会提高振动筛筛框的刚度和强度，但会使设备 笨重，成本升高，经济性差，并增加动力和能源消耗。研发大振 动强度、高可靠性的大型直线振动筛，要考虑到以下四个方面。
影响。 企 业 研 究 开 发 投 入 不 足， 开 发
能力薄弱，科研开发费用占销售额比 重 太 低， 一 般 企 业 实 际 投 入 仅 有 1% 左 右， 而 工 业 发 达 国 家 大 型 企 业 都 在 5% 以 上， 有 的 高 达 10%。 企 业 从事研究开发工作的技术人员力量不 足，采用的设计方法和设计软件落后。