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井下煤矸分离机弹性筛面变直线振动筛的研究

时间:2017-07-10  来源:中国振动筛网  浏览次数:316

  井下煤矸分离机弹性筛面变直线振动筛的研究杜长龙,江红祥,刘送永(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221008)筛面变直线振动筛。基于拉格朗日法建立了振动筛的五自由度振动模型,获得筛面上任一点的运动学方程,基于此,进行了激振力位置和方向角对筛面运动行为和抛射物料强度影响的研究,并确定激振力作用位置和方向角佳区域分别为-0.ll  基金项目:江苏省高校科研成果产业化推进资助项目(HB2011 -31);中国博士后特别资助项目(21104583);江苏省博士后基金项目目前我国的矸石堆积量已超过30亿t,废弃的煤矸石污染水质、空气,而且侵占了大量的土地,对生态和环境构成了严重的破坏。因此,在井下进行煤矸选择性破碎分离是实现奸石井下填充的前提,其对减少矸石上井和地面环境污染有重要的意义。

  已有很多学者对井下煤矸选择性破碎分离的理论以及装备进行研究:马立强等在对井下矸石来源分析的基础上,建立了井下煤矸分选系统,但该系统分选煤奸颗粒的粒度范围有限,仍有相当比例的矸石随煤流运送至井上;徐龙江利用鼠笼式选择性分离装备对井下煤矸进行选择性破碎分离,其煤矸的选择性破碎效果较好,但该装备未能有效融合筛分装置;刘瑜等168基于煤和矸石物理机械特性差异提出了井下冲撞式煤矸分离方法,并从理论和,其工作过程为:煤矸混合物由入料口进人分离机,经破碎装置进行选择性破碎,使得大部分煤破碎而大部分矸石不破碎;破碎后的煤和矸石存在粒度差异,经过筛分装置进行分级处理;粒度小的煤为筛下物由分离机机身下的输送机运出,粒度大的矸石为筛上物由出料口经另一输送机运出。本文提出的煤矸分离机弹性筛面变直线振动筛与普通直线振动筛的结构类似,但双振动电机的产生的激振力不经过筛箱质心,且筛杆与筛框间隙安装充填弹性好、压缩性大的弹性体,提高了筛面抛料强度和筛分性能。

  筛面上任一点的运动行为不尽相同,其是由随筛箱质心的平动和绕筛箱质心的转动合成的,而激振力的位置和方向角直接决定振动筛的动力分配方式和筛分效率。

  2弹性筛面变直线振动筛的动力学模型弹性筛面变直线振动筛动力学简化模型如所示。

  以筛箱质心为原点建立直角坐标系,为双振动电机合成激振力,振动方向角为0,激振力作用线的与质心所在水平线相交于。由于筛杆的转动惯量和振动筛系统的阻尼一般都很小,故忽略了筛杆的转动惯量和筛分装置阻尼对振动模型的影响,且假设每根筛杆与筛框的相对运动相同,则系统的动能71和势能为在广义坐标系中,利用拉格朗日法建立弹性筛面变直线振动筛的振动微分方程组1111为r =.3kg;n为筛杆数量/为参振质量的转动惯量,y=15.5kgHi2,为双振动电机合成大激振力,F=3000为激振角频率,w=16.2rad/s;cf为激振电机的作用位置,为筛框方向的位移,m;0为振动方向角,rad;0为筛框摆角,md4,ych为支撑弹簧方向的弹簧杜长龙等:井下煤矸分离机弹性筛面变直线振动筛的研究杆支承弹性体ty方向的刚度九=1 4N/m;为支撑弹簧与质心在方向的距离5m,t=01m;为筛框方向的加速度,m/s2;x2,y2为筛杆方向的加速度,m/s2;汊为筛框摆角角加速度,rad/s2.对式(2)求解可得质心0在方向和0S摆动方向振动微分方程的稳态解:=士+4)3激振位置与方向角区域的确定变直线振动筛突出的特性是筛面上任一点的运动情况均不相同,筛面的运动行为直接决定振动筛的筛分效率和抛射物料强度,而激振力作用位置和方向角决定振动筛面的动力分配方式,故确定佳激振力作用位置和方向角区域对提高弹性筛面变直线振动筛的筛分性能有至关重要的作用。振动筛要同时保证筛分效率以及顺利出料,故一般振动筛筛面理想的运动方式要符合两点要求:筛面人料端垂直方向的振幅应大于出料端垂直方向的振幅;沿筛面长度方向上,物料的运动速度或振动幅度应从入料端至出料端呈递减状态。变直线振动筛筛面任意一点的轨迹都可由相对质心的平动附加一个转动得到,故得到质心处的运动方程后即可求出筛面任意一点的运动方程。根据式(3)即可得到筛面上任一点P(,yP)的运动方程为假定振动筛的质心位于并将激振力振动方向角设定为45.,单独分析激振力作用线与质心间的距离A对振动筛筛面运动方式的影响,为激振电机安装在4个不同作用位置时,振动筛面的运动行为。当=时,振动筛面上任一点的运动行为完全相同,此时弹性筛面变直线振动筛转化为普通的直线振动筛;当<时,振动筛面的振动幅度由入料端逐渐递减至出料端,筛面的运动方式比较理想;当>时,振动筛面的振动幅度由人料端逐渐递增至出料端,不符合振动筛分要求。但激振力位置过于靠近人料端((d))导致出料口出现物料回抛现象,其不利于筛分和出料,故激振力作用位置存在一个佳的作用区域。

  振动筛在保证拥有理想的筛面运动方式的同时,还应保证振动筛面具有足够的物料抛射强度。井下煤矸分离机的筛分装置抛射强度设计原则:人料端对大块物料进行筛分,同时考虑减少不必要的能量消耗和提高筛分机效率以及考虑到弹性筛面对抛射强度的增强作用,其范围取3<<6;出料端对小块物料进行筛分,为避免物料只出现轻微抛掷运动而增加槽体磨损现象,同时考虑到弹性筛面对抛射强度的增强作用,抛射强度取1<‘<2.为了确定振动筛佳激振力作用位置和方向角,分别对人料口和出料口抛射强度随激振力作用位置和方向角变化情况进行模拟,如所示。从中可见,入料端与出料端物料抛射强度范围内参数集合的交集即为振动筛佳激振力作用位置和方向角区域,近似取-. 4试验验证由上文研究分析可知,弹性筛面变直线振动筛的佳激振力位置和方向角区域为-0.11碎后煤矸高效分离,且可以避免堵料现象发生。在激振力作用位置=- 1m和方向角0=45°时加工弹性筛面变直线振动筛试验样机,其测试试验台如所示,主要由变直线振动筛、信号采集放大仪器、信号处理计算机以及传感器等组成。信号采集、处理以及分析均采用北京东方振动和噪声技术所开发的筛面抛射强度分布INV306U智能信号采集处理分析仪和CoinvDASPV10工程版平台测试分析软件。本文试验采样频率为1000Hz,加速度传感器的灵敏度为4.95mV/g.对点的x,y方向加速进行测试,并经过两次积分后得到0点的运动轨迹曲线如所示,对比(a)可见,点运动轨迹的理论和试验测的结果相符的很好,证明了振动筛五自由度振动模型以及筛面任一点运动轨迹方程的正确性。

  试验台物料40kg以及50~100mm物料20kg)进行振动筛分试验,待振动筛开机稳定后采用人工连续给人料的形式,筛分结果如所示,可见弹性筛面变直线振动筛可以有效的实现煤矸混合料的粒度分级,且筛上物出料容易,说明所提出的井下煤矸分离机弹性筛面变直线振动筛对于破碎后煤矸混合料的筛分是有效、可行的。

  5结论提出一种弹性筛面变直线振动筛,建立了振动筛的五自由度动力学模型,得到了筛面上任一点的运动方程,通过试验验证了动力学模型和筛面上任一点运动方程的正确性,为弹性筛面变直线振动筛的研究提供了科学依据。

  在筛面上任一点运动方程的基础上,以得到理想的筛面运动方式和物料抛射强度为目标,确定了振动筛佳激振力作用位置和方向角区域,为变直线振动筛设计提供理论指导。

  通过对不同粒度煤矸混合料进行筛分试验说明本文提出的振动筛能够有效的实现破碎后煤奸的分级处理,同时解决了目前煤矸分离机易于堵料问题,其对实现煤矸分离机在井下工业应用,矸石井下填充以及煤矿绿色开采具有重要的意义。

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