振動篩篩分效率的探討范文

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《裝備制造技術雜志》2014年第九期

1虛擬樣機法模擬

在產品的設計開發過程中，把分析技術和分散的零部件結合在一起，通過計算機建造出產品的模型，然后對產品在投入使用后出現的各種工作情況進行仿真分析，對產品的整體性能進行預測，最終對產品設計進行改進，進而提高產品綜合性能的技術稱為虛擬樣機技術。美國MSC公司開發出的ADAMS[7]軟件，是目前最優秀的機械系統動態仿真軟件之一。采用ADAMS軟件，可在各種各樣的虛擬環境中對系統的運動進行真實地模擬,然后通過對設計缺陷進行不斷修改，直到最終獲得最優方案。

2數學模型

直線振動篩的模擬如圖1所示。在對振動篩建模時，進行了簡化處理，忽略次要因素，對影響振動篩的機械性能較大的部分（篩箱、篩面）進行重點建模，從而確保系統的本質特征和性能可通過建立的模型反映出來。對于球形顆粒的干接觸模型模擬篩網上的顆粒相互之間的碰撞作用的數學模型，Oda[8]進行了改進，圖2即為其數學模型。圖中，dn和kn分別表示阻尼和法向剛度；dt和kt分別為切向阻尼和剛度；dr和kr分別為滾動阻尼和剛度。另外，還可以通過顆粒離散元法的基本原理求得顆粒間的法向作用力、切向作用力、切向力矩和滾動摩擦力矩。

3篩分效率的影響因素

影響振動篩的篩分效率的因素有多種，如：篩面的結構參數、物料的性質、振動篩的振動參數[9]。

篩面的結構參數（1）篩面的長度和寬度。通常來說，篩面的長度對篩分效率產生著直接影響，而篩面寬度對生產率產生著直接影響。篩面越長，物料在篩網上停留的時間就越長，透篩幾率增大，所以篩分效率就越高。與此同時，篩面長度對篩分能力、篩面寬度對篩分效率也有一定程度的影響，通常篩面的長寬比一般為2~3。選擇合適的篩面長度對篩分效率很重要，之所以如此是因為：剛開始時，篩面的細粒級物料相對較多，透篩概率高，隨著時間的延長，篩面上的細粒級物料逐漸減少，留在篩面上的物料的粒徑大多接近于篩孔尺寸，這些顆粒稱為難篩物料。當物料在篩面上停留的時間延長，難篩物料也很難透篩，從而導致振動篩的工作效率降低。（2）篩孔的形狀和尺寸。選擇什么樣的篩孔形狀取決于篩下產品和篩分粒度的要求。與其他形狀的篩孔相比，對于相同粒徑的顆粒，透過圓形篩孔的篩下物料的粒徑較小。當篩孔為長方形時，篩面的有效面積較大，且篩面的質量輕，生產能力高，與此同時，透過篩孔的相同尺寸物料的粒徑較圓形和正方形篩孔稍大。所以，為提高篩分效率，選擇什么樣的篩孔形狀，應當針對不同的篩分物料。（2）物料粒徑和篩孔的相對尺寸。物料粒徑與篩孔尺寸的比值d/a叫做相對粒度。顯然，相對粒度越大，透篩概率越低，當相對粒度逐漸接近于1時，物料的透篩概率就逐漸近于零，因此，通常把相對粒度為0~0.7的物料稱為易篩物料，相對粒度為0.7~1的物料稱為難篩物料。在篩分物料中易篩物料的含量越大，透篩概率越大，篩分效率就會越高；反之，篩分效率越低。為了提高篩分設備的篩分效率，應盡可能的增大易篩物料的含量，降低難篩物料的含量。篩孔面積與篩面面積之比叫做有效面積系數，有效面積系數越大，透篩概率就越高。因此在設計和選擇篩分設備時，應合理控制物料的級配，同時選擇有效面積系數較大的篩面，這對篩分效率的提高具有十分重要的實際意義。（4）振動篩的振動參數。振動篩的振動參數包括振幅、振動頻率、篩面傾角和振動方向角，除了各自對振動篩的篩分效率產生不同的影響外,這四個參數的共同影響還可以歸納一個參數———拋擲強度，也叫作拋擲指數。根據生產經驗，當拋擲強度為3~3.3時，物料跳動的周期剛好等于篩面的一個振動周期。因此，當篩面每振動一次時，物料就拋擲一次，此時的物料是最容易透過篩面的，這種對于提高振動篩的篩分效率和減少能量消耗和十分有利。但是，這是基于單顆粒物料的跳動的基礎而獲得的參數。實際上，對于顆粒群來說，由于顆粒之間摩擦的存在，在選取拋擲強度時，應當選擇較高的拋擲強度。1）安裝傾角篩面與水平面的夾角即為安裝傾角，又稱為篩面傾角。篩面傾角減小，篩上物料的拋擲強度就減小，物料的運動速度也減小，但物料在篩面停留時間增長，就會增大顆粒的透篩概率，從而使篩分效率增大。反之就會使處理量減小，從而降低篩分效率。為確保振動篩的篩分效率在一個比較理想的范圍內，通常，直線振動篩的篩面傾角在0°~8°，圓振動篩的篩面傾角一般在15°~25°。2）振動方向角上層篩面與振動方向線的夾角叫作方向角。振動方向角越大,每次做拋擲運動時，物料移動的距離越短,在篩面前進的速度越慢,物料得到的篩分越充分。振動方向角越小,每次拋擲時，物料前進的距離越遠通過篩面的時間就越短,因此物料得到的篩分就不充分,篩分效率越低。通常情況下，直線振動篩的振動方向角采用45°，圓振動篩的振動方向角采用90°。3）振動頻率和振幅當振動頻率增大時,物料在篩面上的跳動次數也會增加，從而使物料的透篩概率隨著增加，這樣會使物料的篩分速度加快，進而提高篩分效率。當振幅增大時，篩孔堵塞的現象會明顯減少，同時對于物料的分層也是有利的。選用的振幅多大，應當根據被篩物料的粒度及其性質來決定。粒度較大的物料，應當選用較低的頻率和較大的振幅；粒度較細的物料，應當選用較高的頻率和較小的振幅。

4結束語

目前，我國的篩分機械正朝著大型化的方向發展。篩分機械的大型化可為生產帶來很多益處，篩機的大型化可以使得其數量減少，同時也會減少設備費用及其管理費用[10]。篩機大型化的發展,將會推動通用化和標準化的發展，此外還會帶動整個篩分機械制造業的發展。針對顆粒篩分理論的研究，目前多采用球形顆粒，而關于復雜形狀的顆粒對于篩分效率的影響的研究較少。因此，需對真實物料顆粒的模擬方法進行進一步的發展。另外，還要開發出復雜形狀的顆粒之間精確、快速的碰撞檢測方法，需進一步的開發能快速而精確地計算出顆粒之間液橋力、黏附力等微觀作用力的顆粒接觸力學模型，這樣才能進一步的提高研究的精度。（3）在對篩分效率進行分析時，ADAMS軟件和離散元軟件只采用其中一個，之所以如此，是因為目前尚無關于這兩者軟件二次開發的成熟研究成果。因此，今后需要在ADAMS軟件和離散元軟件二次開發的方向進行深入的研究，把二者有機的結合起來，然后才能對振動篩的篩分效率進行進一步的研究。

作者：劉東坡尹志新李福斌單位：廣西大學機械工程學院