新鮮出爐（滾動篩和振動篩的優缺點）圓筒篩與振動篩的比較，

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篩分設備是將顆粒大小不同的混合物料，經過篩網按粒度大小分成若干不同粒度級產品的機械設備，在煤炭分選過程中主要用于原煤分級、選后產品脫水、脫泥等環節。隨著我國經濟的增長和可持續發展的需要，我國的煤炭篩分設備朝大型、高效以及節能環保的方向發展。

煤炭工業生產中常用的篩分設備主要有：固定篩、滾軸篩、平面搖動篩、振動篩等。固定篩由于結構簡單，主要用于大塊煤的篩分；滾軸篩和平面搖動篩由于其自身的缺陷，已經基本被振動篩所取代；振動篩作為一種常見的工程機械，廣泛用于煤炭的分級、脫泥、脫水以及脫介等，由于其操作簡單，運行可靠，工作效率高等優點，在我國眾多的工業生產領域中得到了廣泛的發展和應用。振動篩種類多樣，按照運動軌跡可分為圓振動篩、直線振動篩、橢圓運動振動篩；按照篩分理論可以分為概率篩、等厚篩等；按照動力學特性可分為線性非共振式振動篩和非線性振動篩等。改革開放以來，隨著技術的進步以及篩分理論的深入研究，出現了很多新型的篩分設備，并被應用到生產中，極大地促進了工業生產的發展，提高了企業經濟效益。

振動篩的發展歷程

改革開放伊始，我國國產的振動設備仍不成熟，此時煤炭洗選通常需要兩套系統，一套用于正常生產，一套用于緊急情況的備用；而振動篩作為易損設備和煤炭分級脫水的關鍵設備更是需要在每個系統中采用一臺生產、一臺備用的方式來保證生產的連續性，振動篩分設備完善度和可靠性亟待提高。

改革開放使得經濟飛躍式發展，煤炭作為第一大資源，開采量和入選量劇增。20世紀70年代末到80年代，冶金和煤炭系統不斷從美國、德國和日本等國家引進先進的振動篩產品，以圓振動篩和直線振動篩為主，上海寶山鋼鐵引進日本神戶制鋼所和川崎重工株式會社制造的用于煤炭分級、焦炭篩分的振動篩；山東兗州礦務局興隆莊選煤廠引進美國ＲS公司的TI傾斜篩和TH水平篩；河北開灤礦務局引進德國KHD公司的USK圓振動篩和USL直線振動篩；錢家營礦選煤廠引進了波蘭米克烏夫采礦機械廠制造的PWK圓振動篩、PWP直線振動篩。國外先進篩機的引進很大程度地提高了國內振動篩制造水平。20世紀80年代，鞍山礦山機械廠將從美國ＲS公司引進的篩機制造技術轉化為國產的YA系列圓振動篩和ZKX系列直線振動篩，又在1996年引進了德國KHD公司USK系列圓振動篩和USL系列直線振動篩的改進型產品的制造技術，其中USL直線振動篩寬度可達4.5m，這表明我國中、大型振動篩制造技術有了很大的提高。

20世紀80年代初90年代末，我國應用典型的振動篩主要是YA、YK系列圓振動篩和ZKX系列直線振動篩(圖1)。YA系列圓振動篩采用軸偏心式激振器，其兩側與篩框側板相連，中間是偏心軸，兩端各有一盤軸承，軸承外部是大皮帶輪，另一側是飛輪，皮帶輪和飛輪的內部有偏心塊，方便調整振幅。由于偏心軸的偏心距較小，為了達到所需的激振力，偏心軸的質量就要相應的增加，這就導致軸偏心式激振器成本較高。YK系列圓振動篩是以德國USK型振動篩為基礎設計的，使用塊偏心式激振器，其結構簡單，便于安裝、制造與維護。此外，與YA系列不同的是，YK系列使用瓣形聯軸器將振動的篩箱與固定的傳動系統隔離，傳動系統不會受到篩箱振動的影響，避免皮帶時緊時松引起的疲勞損壞。ZKX系列直線振動篩使用齒輪強迫同步的箱式激振器，箱式激振器有結構緊湊、更換容易和潤滑性好的優點，但是缺點是對齒輪的材質和加工精度的要求較高，否則會產生較大的噪聲。當振動篩較大時，用兩個激振器來提供所需的激振力，兩個激振器的軸通過同一個皮帶輪與電機連接。

圖1  三種典型的振動篩

21世紀初，我國從德國引進申克香蕉篩(圖2)。香蕉篩使用箱式激振器產生直線激振力，使篩面上的物料連續做斜上拋運動。香蕉篩采用變傾角的篩面，入料端篩面傾角大，物料運動速度快，物料層高只達通常篩分的1/3～1/4，同時，入料中的大塊物料快速通過陡坡實現物料快速分層，使細粒物料更早接觸篩面；接近出料端篩面傾角逐漸變小，運行速度隨之減慢，篩上物料也因透篩而減少，使得篩面物料保持相等的厚度，有利于增加難篩物料的透篩概率。香蕉篩處理量大、篩分效率和可靠性高，在選煤廠常用于脫泥、脫水、脫介，在國內推廣很快，并吸引了許多國內學者對其進行研究。

圖2  香蕉篩

弛張篩是在2010年前后快速發展起來的另一種高效、可靠的物料篩分設備，主要有Liwell弛張篩和振動弛張篩兩種，其結構如圖3所示。之前國內學者在黏濕細粒物料干法篩分上做出了大量研究，研制出了節肢篩、概率篩、螺旋輥軸篩、旋轉概率篩、琴弦篩、博后篩等一系列篩分設備，一定程度上提高了對黏濕細粒物料的篩分能力，但是始終未能取得顯著效果。弛張篩的出現突破性地解決了細粒篩分的問題，由于彈性篩面發生周期性拉伸或彎曲，可以防止堵住篩孔，又能提供煤炭篩分所需的作用力，使篩面上的煤炭迅速松散分層，從而有效地進行6mm以下的干法篩分。

圖3  兩種弛張篩

香蕉型弛張篩是近年來出現的一種新型篩分設備，其在香蕉篩和振動弛張篩的基礎上改進，對兩者的優點進行了結合。香蕉型弛張篩的篩梁按照香蕉型分布，使篩面自入料端到出料端傾角依次減小，具備香蕉篩處理量大、篩分效率高的特點；同時柔性篩面的連續弛張運動使篩面的振動強度大，可以使物料充分地松散、分層，提高了透篩效率。香蕉型弛張篩在寺河礦選煤廠用于3mm干法脫粉并取得了成功，大大提高了處理能力，增加了經濟效益。

振動篩的創新發展

2.1 篩分理論的創新

隨著篩分技術的發展，對篩分理論的研究不斷深入，設計生產了許多新式篩分設備。

概率篩分理論是用統計的方法，研究由不同粒度的顆粒構成的散物料群在篩面上的透篩概率建立的篩分理論。20世紀80年代，為了解決外在水分7%～14%的細粒煤粒難以篩分的問題，煤炭行業研發了煤用概率篩。煤用概率篩采用傾角為30°～60°的篩面，相比在水平或微傾斜的篩面上篩分物料，平均速度大約可提高3～4倍。由于平均速度明顯加大，料層減薄，這就有利于物料顆粒迅速透過篩孔，大大提高了篩分機的產量。由于采用大篩孔的設計，篩孔不易發生堵塞，也相應增大了篩面的有效面積，進而增大了物料顆粒的透篩概率和篩分機的篩分效率。原煤外在水分增加(＞7%)，對概率篩分過程的篩上產物回收率和篩分效率影響極微，而對篩上產物的限下率影響較大。適當增加篩面長度，可使篩上產物限下率減低，基本達到產品質量要求。

等厚篩分技術是一種在薄料層中進行，并以篩上物料層高均衡或漸增為特點的篩分技術，可以通過改變各段篩面傾角或振幅大小來實現。1977年，等厚篩分技術開始應用于國內選煤工業，為解決長期存在的煤炭深度干式篩分問題提供了一種有效的、能夠精確篩分的先進技術。20世紀80年代，利用普通振動篩串聯組成的篩分機組實現等厚篩分，逐漸發展成為參數合理、外形尺寸較小的直線等厚篩。直線等厚篩的特點是整個篩面由兩三段折線篩面組成，從入料端到出料端的傾角逐漸減小，物料運動速度也隨之逐漸減小，篩面上料層厚度基本相等，以此實現等厚篩分。香蕉篩也是應用變傾角等厚篩分技術的新型篩機，其在等厚篩的基礎上做出了一系列的改進，結構更加合理。改變各段篩面的振幅也是一種等厚篩分技術的應用。中國礦業大學提出的大跨距雙軸不平衡激振變振幅等厚篩分法，使用單一篩面，在篩機入料端和出料端分別設置兩個大小不同的激振力，利用兩端激振力差實現使篩面從入料端到出料端振幅遞減．進而實現等厚篩分。由于入料端振幅大，物料可以迅速鋪開，物料層較薄，出料端振幅小，整個篩面的物料層厚度基本相等。該設備設計結構簡單，篩分效果和篩面利用率高，得到了良好的工業應用。

2.2 振動理論的創新

傳統圓振動篩和直線振動篩通常選取頻率比(工作頻率與篩機固有頻率之比)＞3.5，工作在遠共振區，振幅平穩，但缺點是能耗較高。近年來，應用反共振理論和近共振理論的振動篩越來越得到廣大學者的注意。

反共振理論很早就被應用于解決隔振問題，劉杰等曾提出利用反共振原理設計振動機械的觀點，并提出了原點型和跨點型兩類反共振機械。反共振振動篩的優點是能滿足振動機械所需的振動強度，同時又使機體傳給基礎的動載荷較小，整機結構簡化，不需要額外的減振裝置就能達到減振的目的，降低了能耗和運行時的噪聲。但是，振動機械運行在反共振點附近時的振幅不穩定，物料質量的變化會引起上下質體質量比和反共振頻率比的變化，從而造成共振點漂移。劉杰等設計了以機體的振動幅值為輸入，以電動機轉速為控制對象的控制系統，該系統采用PID控制，可以提高動態性能并減小靜差，在物料質量波動20%以內的情況下，可以維持振幅的基本穩定。

非線性共振篩工作在共振點之前的近共振區，當激振頻率在工作頻率附近時，較小的激振力就可以產生很大的振幅，減少裝機容量以降低能耗。非線性共振篩結構復雜，由兩個篩箱構成，每個篩箱可分別用圓柱橡膠彈簧連接箱體和地面，兩個篩箱之間有纖維板彈簧和間隙橡膠彈簧連接，產生分段的非線性剛度，整個篩機由入料端的曲柄連桿機構推動。非線性共振篩由于其突出的節能效果而具有廣泛的應用前景，但目前國內研究較少，有待進一步探索。目前，另一種近共振設備振動弛張篩的應用十分廣泛。

2.3 篩機結構的創新

弛張篩是在結構上做出了革命性創新的篩機，它用橡膠柔性篩面代替了傳統的剛性篩面，在細粒篩分上取得了顯著的效果。較早出現的弛張篩是Liwell弛張篩，其結構如圖4所示，它由兩個篩框組成，其中篩框II放在篩框I內部，篩框II用橡膠彈簧支撐在機架上，并通過吊掛板將篩框I和篩框II平行吊掛在一起，同時吊掛板又起到導向的作用，使篩框I和篩框II之間小幅值平行運動，篩框的驅動是靠偏心軸，偏心軸通過軸承座安裝在篩框II中，電機通過皮帶輪帶動偏心軸轉動，偏心軸上的連桿不斷推拉篩框I，使篩框I和篩框II產生相向和相背的交替運動，安裝在篩框上的橫梁帶動篩板也交替地拉緊和松弛。

圖4  Liwell弛張篩結構示意圖

國內使用較多的是另一種弛張篩—振動弛張篩。振動弛張篩外形與圓振動篩類似，不同點在于圓振動篩支撐篩面的橫梁全部都與側板鉚接，是一個整體，而振動弛張篩支撐篩面的橫梁有一半與側板鉚接成固定篩框，另一半橫梁通過側板上的方孔在主篩框外部用兩根邊梁連接成浮動篩框，固定梁與浮動梁間隔分布，橡膠篩面一邊連接在固定梁上，一邊連接在浮動梁上，浮動篩框用橡膠彈簧連接在固定篩框上，構成一個雙質體振動系統，由電機帶動安裝在固定篩框上的激振器產生激振力，固定篩框和浮動篩框相對運動帶動篩面做連續弛張運動。振動弛張篩還是一種近共振設備，因此它既是結構上的創新，又是振動理論上的創新。弛張篩最大的特點就是以較小的激振力使篩面獲得大而穩定的振幅，使篩面物料跳得高，松散迅速，增大了細粒物料與篩面的接觸機會，提高了篩分效率和處理能力。同時，柔性篩面連續彎曲，篩孔變形防止堵孔，也能防止細粒黏濕物料粘附在篩面上。振動弛張篩基本解決了粘濕細粒物料深度篩分的問題，在國內得到了迅速推廣。

超靜定網梁激振結構振動篩也是一種在篩機結構上有很大創新的新型設備，其將超靜定結構應用在篩機的激振器上，用多根管梁、2根激振器梁和鋼板構成網梁狀超靜定激振元，并以串聯的形式使用激振元，因此單個激振元提供激振力不需要很大，體積也隨之減小。目前，振動篩大型化設計的難點是隨著篩機的增大，結構剛度和強度達不到所需要求，會導致側板變形、開裂，篩梁斷裂，篩機壽命短，可靠性差等一系列問題。超靜定網梁結構具有很高的結構剛度，應用在大型振動篩上大大提高了篩箱的結構剛度和穩定性。

振動篩的發展趨勢

3.1 應用現代化設計方法

振動篩的大型化對提高大型選煤廠的處理能力具有重要意義。在振動參數可以滿足生產要求的前提下，提高篩面寬度和篩面長度可以增大篩面處理能力和篩分效率。但是篩面寬度越寬，篩機的橫梁撓度變形就越大；篩箱的長度越長，其側板的橫向擺動變形量越大，這些都會導致振動篩的可靠性差，使用壽命短。

以往設計主要是考慮應力應變的靜強度設計方法，按照經驗選型或設計承重梁和加強梁等，忽視了振動篩振動的動態結構特性。實際上，由于梁跨度很大，激振器強交變載荷和物料沖擊的聯合作用下的激振器大梁、承重梁或加強梁的彈性變形都將引起側板的彎扭變形，進而導致篩體結構整體剛度的減弱及可靠性的降低。目前，動態設計開始被廣泛使用。動態設計是在靜強度設計的基礎上，利用ANSYS、ADAMS等軟件對振動篩交變載荷下的動力響應進行模擬仿真，結合實際動態測試結果，識別結構局部易損處，再對此處的結構、材料完善來提高整體的可靠性。對于振動篩的結構設計，使用SolidWorks等三維建模軟件進行零部件的設計和振動篩裝配，會更加直觀。

3.2 注重環保節能

經濟飛速發展的同時，能源的消耗量大大增加，帶來的環境問題也愈加嚴峻，反過來制約著經濟的發展。振動篩的設計需要更多地考慮對環境的影響，主要包括降噪、防塵和節能。目前降低噪音的主要方法是隔聲、吸聲、消聲和減振。振動篩的噪聲主要來源于物料與篩面的撞擊聲、金屬彈簧的振動噪聲以及激振器的噪聲。通過使用橡膠彈簧和聚氨酯篩板可以有效地降低噪音，在激振器上安裝保護罩也有一定效果。振動篩分還會產生大量揚塵，使用防塵罩或防塵布進行密封可以避免污染車間環境和生態環境。一些新式設備比如弛張篩，應用近共振振動理論，在節能方面效果比較突出。

3.3 智能化

隨著“中國制造2025”概念的提出，智能化已經成為新一輪工業革命的主題，智能化選煤廠的建設就要求生產設備的智能化。通過對物聯網、大數據和云計算的應用，可以實現振動篩智能控制，根據給料的不同來調整參數，柔性的對不同入料進行篩分；構建專家系統，對現場復雜的情況進行判斷，實現實時監測和故障診斷，可以提前發現即將出現的問題并加以處理，保證產品的質量，避免因為設備損壞造成巨大損失。

3.4 標準化

提高振動篩分機械的標準化、系列化、通用化水平，是便于設計、組織專業生產、保證質量和降低成本的途徑。零部件實現標準化、通用化，就可以組織專業化生產，大大降低成本，提高企業效益。實現標準化也是實現選煤廠自動化、智能化的前提條件。

展　望

我國的振動篩分設備在過去的40年內發展十分迅速，在各方面都有了長足進步，但是許多先進技術都是在引進國外技術的基礎上進行分析研究得到的，而且我國大型化設備的可靠性相比國外先進產品仍有所不足。現階段，我國國力強盛，國家大力支持科研創新，廣大學者應該深入研究篩分理論和振動理論，充分利用現代化設計方法和新興科技，深度創新，研制結構形式更加合理的大型高效篩分機械。

原文引自

作者簡介

王新文(1961—)，男，河北唐山人，教授，博士，從事振動理論的研究及其應用方面的工作。

引用格式

王新文，龐錕鋒，于馳.改革開放以來我國振動篩分設備的發展［J］.選煤技術，2019(1)：37－42.

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