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振动筛筛分效率的探讨

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《装备制造技术杂志》2014年第九期

1虚拟样机法模拟

在产品的设计开发过程中,把分析技术和分散的零部件结合在一起,通过计算机建造出产品的模型,然后对产品在投入使用后出现的各种工作情况进行仿真分析,对产品的整体性能进行预测,最终对产品设计进行改进,进而提高产品综合性能的技术称为虚拟样机技术。美国MSC公司开发出的ADAMS[7]软件,是目前最优秀的机械系统动态仿真软件之一。采用ADAMS软件,可在各种各样的虚拟环境中对系统的运动进行真实地模拟,然后通过对设计缺陷进行不断修改,直到最终获得最优方案。

2数学模型

直线振动筛的模拟如图1所示。在对振动筛建模时,进行了简化处理,忽略次要因素,对影响振动筛的机械性能较大的部分(筛箱、筛面)进行重点建模,从而确保系统的本质特征和性能可通过建立的模型反映出来。对于球形颗粒的干接触模型模拟筛网上的颗粒相互之间的碰撞作用的数学模型,Oda[8]进行了改进,图2即为其数学模型。图中,dn和kn分别表示阻尼和法向刚度;dt和kt分别为切向阻尼和刚度;dr和kr分别为滚动阻尼和刚度。另外,还可以通过颗粒离散元法的基本原理求得颗粒间的法向作用力、切向作用力、切向力矩和滚动摩擦力矩。

3筛分效率的影响因素

影响振动筛的筛分效率的因素有多种,如:筛面的结构参数、物料的性质、振动筛的振动参数[9]。

筛面的结构参数(1)筛面的长度和宽度。通常来说,筛面的长度对筛分效率产生着直接影响,而筛面宽度对生产率产生着直接影响。筛面越长,物料在筛网上停留的时间就越长,透筛几率增大,所以筛分效率就越高。与此同时,筛面长度对筛分能力、筛面宽度对筛分效率也有一定程度的影响,通常筛面的长宽比一般为2~3。选择合适的筛面长度对筛分效率很重要,之所以如此是因为:刚开始时,筛面的细粒级物料相对较多,透筛概率高,随着时间的延长,筛面上的细粒级物料逐渐减少,留在筛面上的物料的粒径大多接近于筛孔尺寸,这些颗粒称为难筛物料。当物料在筛面上停留的时间延长,难筛物料也很难透筛,从而导致振动筛的工作效率降低。(2)筛孔的形状和尺寸。选择什么样的筛孔形状取决于筛下产品和筛分粒度的要求。与其他形状的筛孔相比,对于相同粒径的颗粒,透过圆形筛孔的筛下物料的粒径较小。当筛孔为长方形时,筛面的有效面积较大,且筛面的质量轻,生产能力高,与此同时,透过筛孔的相同尺寸物料的粒径较圆形和正方形筛孔稍大。所以,为提高筛分效率,选择什么样的筛孔形状,应当针对不同的筛分物料。(2)物料粒径和筛孔的相对尺寸。物料粒径与筛孔尺寸的比值d/a叫做相对粒度。显然,相对粒度越大,透筛概率越低,当相对粒度逐渐接近于1时,物料的透筛概率就逐渐近于零,因此,通常把相对粒度为0~0.7的物料称为易筛物料,相对粒度为0.7~1的物料称为难筛物料。在筛分物料中易筛物料的含量越大,透筛概率越大,筛分效率就会越高;反之,筛分效率越低。为了提高筛分设备的筛分效率,应尽可能的增大易筛物料的含量,降低难筛物料的含量。筛孔面积与筛面面积之比叫做有效面积系数,有效面积系数越大,透筛概率就越高。因此在设计和选择筛分设备时,应合理控制物料的级配,同时选择有效面积系数较大的筛面,这对筛分效率的提高具有十分重要的实际意义。(4)振动筛的振动参数。振动筛的振动参数包括振幅、振动频率、筛面倾角和振动方向角,除了各自对振动筛的筛分效率产生不同的影响外,这四个参数的共同影响还可以归纳一个参数———抛掷强度,也叫作抛掷指数。根据生产经验,当抛掷强度为3~3.3时,物料跳动的周期刚好等于筛面的一个振动周期。因此,当筛面每振动一次时,物料就抛掷一次,此时的物料是最容易透过筛面的,这种对于提高振动筛的筛分效率和减少能量消耗和十分有利。但是,这是基于单颗粒物料的跳动的基础而获得的参数。实际上,对于颗粒群来说,由于颗粒之间摩擦的存在,在选取抛掷强度时,应当选择较高的抛掷强度。1)安装倾角筛面与水平面的夹角即为安装倾角,又称为筛面倾角。筛面倾角减小,筛上物料的抛掷强度就减小,物料的运动速度也减小,但物料在筛面停留时间增长,就会增大颗粒的透筛概率,从而使筛分效率增大。反之就会使处理量减小,从而降低筛分效率。为确保振动筛的筛分效率在一个比较理想的范围内,通常,直线振动筛的筛面倾角在0°~8°,圆振动筛的筛面倾角一般在15°~25°。2)振动方向角上层筛面与振动方向线的夹角叫作方向角。振动方向角越大,每次做抛掷运动时,物料移动的距离越短,在筛面前进的速度越慢,物料得到的筛分越充分。振动方向角越小,每次抛掷时,物料前进的距离越远通过筛面的时间就越短,因此物料得到的筛分就不充分,筛分效率越低。通常情况下,直线振动筛的振动方向角采用45°,圆振动筛的振动方向角采用90°。3)振动频率和振幅当振动频率增大时,物料在筛面上的跳动次数也会增加,从而使物料的透筛概率随着增加,这样会使物料的筛分速度加快,进而提高筛分效率。当振幅增大时,筛孔堵塞的现象会明显减少,同时对于物料的分层也是有利的。选用的振幅多大,应当根据被筛物料的粒度及其性质来决定。粒度较大的物料,应当选用较低的频率和较大的振幅;粒度较细的物料,应当选用较高的频率和较小的振幅。

4结束语

目前,我国的筛分机械正朝着大型化的方向发展。筛分机械的大型化可为生产带来很多益处,筛机的大型化可以使得其数量减少,同时也会减少设备费用及其管理费用[10]。筛机大型化的发展,将会推动通用化和标准化的发展,此外还会带动整个筛分机械制造业的发展。针对颗粒筛分理论的研究,目前多采用球形颗粒,而关于复杂形状的颗粒对于筛分效率的影响的研究较少。因此,需对真实物料颗粒的模拟方法进行进一步的发展。另外,还要开发出复杂形状的颗粒之间精确、快速的碰撞检测方法,需进一步的开发能快速而精确地计算出颗粒之间液桥力、黏附力等微观作用力的颗粒接触力学模型,这样才能进一步的提高研究的精度。(3)在对筛分效率进行分析时,ADAMS软件和离散元软件只采用其中一个,之所以如此,是因为目前尚无关于这两者软件二次开发的成熟研究成果。因此,今后需要在ADAMS软件和离散元软件二次开发的方向进行深入的研究,把二者有机的结合起来,然后才能对振动筛的筛分效率进行进一步的研究。

作者:刘东坡尹志新李福斌单位:广西大学机械工程学院

装备制造技术杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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