资源描述
1 引言
1.1 概述
筛子分机械是近20年来得到迅猛发展的一种新型机械。它广泛应用于冶金、建材、化工、粮食、矿山等各行各业中，尤其是矿山和冶金企业。在冶金行业，筛分机可以用来选矿，如对矿石、焦炭进行筛分作业；在煤炭行业可以用来对煤炭进行分级、脱水、除泥等工艺处理；在建筑、建材、水电、交通等行业可对石料进行分选；在轻工和化工部门可用以对化工原料及产品进行筛分。
目前我国火力发电厂的燃料主要以煤为主。作为燃煤电厂的锅炉均是煤粉炉。煤由煤矿运到电厂后，一般经过破碎设备将煤破碎到一定粒度，然后再通过锅炉的制粉设备将煤制成所需的细度，供锅炉燃烧用。
为了提高破碎机得破碎效率和节省电能，在破碎前应首先进行分级筛分。粒度合格的煤可直接送入锅炉的原煤仓中，大于合格粒度的煤送入破碎机，经破碎合格再送入原煤仓中。因此在大中型火力发电厂输煤系统中一般都要设置筛分，破碎设备来满足上述要求。
目前国内电厂使用的筛分设备品种繁多，概率筛是近年来发展起来的一种新型筛机（国外称摩根森筛）.这种筛的特点：筛面倾角大，物料前进速度快，多层筛网（一般用几层筛面重叠布置），同时完成产品的分级筛分；大筛孔概率原理透筛，筛孔尺寸总比实际尺寸分级粒度大的多。上述特点使筛机体积小，占地面积小，重量轻，功率损耗小，生产效率高，不易堵筛网，噪声较震动筛低，密封性好，粉尘小。但是概率筛由于筛面层数多，因此较其他筛机高度大，由于采用筛孔尺寸大于物料分级粒度的尺寸，不可避免有些大于分级粒度的物料混入筛下。因此，概率筛是属于近似筛分（其筛分完全可以满足目前电厂燃煤的要求）。[1]
1.2 筛分机械发展方向
综合国内外筛分机械发展现状，筛分机械将向以下几个方向发展
(1)向大型化发展 工业的现代化进程促使企业规模增大，生产能力大大提高。如从前我国选煤厂生产200-300万t/a就是大型的，而现在出现1200万t/a的选煤厂，这就需要大型筛分机与之配套。
(2) 向重型超重型筛发展。大的矿业工程需要处理大块物料，法国素梅斯塔公司生产的振动筛可处理直径达到
1m以上的大块物料。
(3) 向理想运动轨迹振动筛发展。以提高各区段的筛分效率和整个筛机生产率为目标，寻找一种以理想运动方式为基础的新型筛分机成为筛分设备发展的一个新方向。较为理想的筛面运动是：在垂直方向上，入料端的振幅大于出料端的振幅，沿长度方向上，从入料端到出料端，物料运动速度递减。在此理想情况下，可以创造良好的透筛环境。该理想筛机的筛分效果要优于一般的筛分机械。
(4) 向共振振动筛发展。以减轻整机重量、隆低成本、提高使用寿命和可靠性为目标，提出新型的共振振动筛机。该筛机是以质体ml为工作体，而激振器安装在质体m2上。该新型筛机体大大简化，参振质量可以减少30%-50%，激振力也可以随之减小，由此可以保证强度和刚度，降低振动噪音，并可以得到良好的减振效果。
(5) 向标准化、系列化、通用化发展。这是便于设计、生产和降低成本的有效途径，德国KHD公司生产的USL和USK筛机的侧板、筛板、栋梁、传动轴均已实现标准化、通用化、振动器也只有三种，同属德国的申克公司生产的冷、热烧结矿筛和等厚筛只有两种标准，可见三化程度之高。
(6) 应用自同步技术。采用双电机自同步技以代替齿轮强迫同步，可简化结构，降低噪音，从而简化了机器润滑、维护和检修等经常性的工作，减少设备故障。
(7) 振动可度增大。筛机的振动过程逐渐强化，以取得较大的速度和加速度，从而提高生产能力和筛分效率。
(8) 向空间发展。针对细物料，先后出现了旋流振动筛、锥型振动筛、蝶型振动筛、旋转概率筛等，既减少占地面积，又提高生产能力和筛分效率。
(9) 向难筛分物料筛机发展。对于d<1mm、含水7%到14%的细湿物料的干筛以及水煤筛、垃圾处理等，筛分难度很大，德国海因勒曼公司生产的弛张筛，物料运动速度达
1.3m/s,筛分效率达90%到95%。为解决难筛分物料筛分开创了先河。
(10) 共振筛系列发展停滞，振动筛系列日益壮大。
1.3 振动筛的发展趋势及现状
1.3.1振动筛的发展趋势
基于振动筛的三种不同的运动轨迹、采用不同的筛分方法、并针对国民经济中各行业的特殊要求、形成了各种形式的振动筛分设备、并使其在工业部门得到广泛应用、在治金工业部门、选矿厂普遍采用振动筛对矿石进行预先筛分和检查筛分、用振动筛对磨矿机的产品进行分级。以提高精矿品位、在煤炭工业部门、用振动筛作为精煤和末煤的脱水、脱介、针对6mm以下含水7%~14%的潮湿细煤粒的分级采用了高频细筛来解决脱水题、在水利电力部门、火电厂对煤预先筛分是通过高频振动筛来实现的、在水电站的建设工作中如三峡工程需要各种振动筛对沙石进行分级、在交通部门针对铁路石渣的清沙和初泥进行筛选、及对沥青混泥土的石头进行筛选、其在高速工路建设中起着重要的作用、在化工部门、对于化工原料和产品的筛分、化肥和复合肥的分级、都离不开振动筛、此外、针对环保部门的垃圾处理及水煤浆在电厂的应用、振动筛均成为关健筛分设备。
1.3.2振动筛发展现状
工业的发展对振动筛的品种和质量要求愈来愈高、从而使振动筛的发展提高到了一个新的阶段、综合国内外筛分机的状况、筛分机向以下几个方向发展：
A、向高效率高产量化发展：工业的现代化进程促使企业规模增大、生产能力大大提高、需要高效高产能筛分机与之配套。
B、向标准化、系列化、通用化发展：这是便于设计、组织专业化生产、保证质量和降低成本的途径。
C、振动强度的增大：筛机的振动过程逐渐强化、即提高筛机的振动参数、以取得较大的速度和加速度，从而提高生产能力和筛分效率。
D、向轻型、环保、结构简化方向发展：80年代的老式振动筛、换网特别不方便、压网螺栓每层就有48支、换一个网时间最少要4个钟、且高目数的粉体容易从螺栓处泄漏出去。
2 ZGS重型振动筛原理和结构
2.1 工作原理
目前我国已经生产了ZGS系列自同步概率筛。这种筛是由两台振动电机反向旋转，由于电机两端的偏心质量产生的不平衡力（惯性力）驱使筛机按一定方向作往复振动，当两台振动电机做同步、反向旋转时，其偏心块所产生的激振力在平行于电机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向迭为一合力，因此筛机的运动轨迹为一直线。两电机轴相对筛面在垂直方向有一倾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在筛面上被抛起跳跃或向前作直线运动，从而达到对物料进行筛选和分级的目的。由于振动电机是直接固定在筛机体上，中间不通过弹性连接，从而构成单质点强迫振动系统；筛机处于远离共振区状态下工作，因此上筛机对负荷变化不敏感，运转平稳，产生的不平衡力相互叠加和抵消使筛机处于直线往复振动，构成筛机直线振动轨迹。当物料由筛机入口落入第一层筛面，大于第一层筛面孔距的大颗粒物料在筛面的振动下加速了分离作用，余下的中小粒度物料以同样的道理被第二，三层筛面重新分离。一二三层筛面上的大物料同时进入碎煤机入口被破碎，而通过第三层筛面的筛下物即为合格产品流入下道工序。[2]
2.2 结构特点
概率筛主要由减震系统和筛机体两大部分组成。
（1）减震系统
ZGS系列自同步概率筛采用吊挂减压系统，由减震弹簧，索具螺旋扣
和钢丝绳通过绳夹把筛机体吊在支架上，弹簧起减震做用。
（2）筛机体
筛机体由筛箱，振动电机和筛面组成。
1、筛箱是筛机的主要受力和工作部件，它由侧板，顶板，加强肋和加强横梁等部件组成，采用焊接结构。为提高筛机的使用寿命，在侧板上嵌有10~14mm的耐磨橡胶板，筛箱和落煤管之间用尼龙帆布和螺丝连接。
2、振动电机是筛机的振动源。两台振动电机特性必须一致，要求转动灵活，与筛箱上的电动机底座连接牢固。
3、筛面是筛机的主要易损部件，一般分三层，采用焊接或螺钉连接，筛条用∮20和∮30的圆钢制作（采用圆钢做筛条结构简单，维修方便）筛机侧板采用优质钢板制作而成侧板与横梁激振器底座采用高强度螺栓连接，结构合理，坚固耐用。[2]
2.3：检修及调整
(1)减振系统的吊装
按要求把减振系统装在支架上，用钢丝绳和绳夹把筛机吊挂起来，然后调整素具螺旋扣，使筛机入口水平，四个减振弹簧受力均匀(可通过四个弹簧压缩的高度来测定)。如果高度基本一致，则受力一致。前后两个减振器的弹簧压缩高度允许有误差存在，但前后两组中，每组两个弹簧必须调整到高度一致。当弹簧损坏需要跟换时，要求整组弹簧同时跟换。
（2）筛面安装注意事项
1、筛面在安装时两端与筛机的横梁之间要垫5~6mm的橡胶板，紧固螺钉时要垫弹簧垫圈，并用双螺母锁紧，以防松动。
2、筛面长度应小于两横梁之间的距离1~2mm，这样便于施加适当的预紧力。
3、自作筛面时，应注意筛面结构。筛面结构选用A3,20号钢均可，焊条应采用507或506型，焊接时要注意焊接位置。
4、对于采用橡胶弹性筛条时，拉紧预紧螺母外，还要在筛条中间支撑梁上采用粘接措施。粘接筛条之后，筛机需要放置一星期后在使用气温高时放置3~4天即可。
（1）振幅的调整要求及方法
在空载时把筛机的振幅调整在4~5mm或根据煤质情况适当加大或缩小振幅（如煤质粘或处理量大，采用大振幅，一般不超过6mm；如煤质较松散或处理量小，采用小振幅工作），这样可以提高机器的使用寿命，并减小噪音。
调整振幅的方法是改变电机两端的偏心重合角度，但必须使两台电机上的四组偏心块重合角度一致，否则会引起摆动。调整好的偏心块必须锁紧螺母，在最后调整到所需的振幅上，再把止退垫圈锁死。振幅大小可直接观察振幅牌上的刻度线，两条线交点的横坐标所指示的数字即为调整的振幅值.
[2]
2.4 ZGS重型振动筛结构方案的拟订
2.4.1 振动筛的构造
惯性振动筛是靠固定在其中部的带偏心块的惯性振动器驱动而使筛箱产生振动的。
惯性振动筛按振动器的形式可分为单轴振动和双轴振动筛。
单轴振动筛是由单轴振动器回转时产生的惯性力迫使筛箱振动。筛箱的运动轨迹为圆形或椭圆形。单轴振动筛一般用于物料的分级。
单轴振动筛可分为纯振动筛和自定中心振动筛。这两种振动筛只是振动器的结构略有不同。纯振动筛的轴承中心与偏心轮中心位于同一直线上。当筛子工作时偏心轮就随筛箱一起振动。这样就必然引起弹簧 的反复伸缩，从而使橡胶很容易损坏，因此纯振动筛的振幅较小，一般均不小于3毫米。自定中心振动筛的偏心轮中心位于轴承中心与偏心块的重心之间，并使中心线位于偏心块与振动机体合成的质心上，使保持下列关系[1][3]
MA=mr
式中： M=振动机体的质量
A=筛箱的振幅
m=偏心块的质量
r=偏心块的重心至回转中心的距离
这样当两种筛子工作时偏心轮的中心线就随筛箱一起振动，而只做回转运动，即偏心轮的中心在空间的位置几乎保持不变。由于自定中心振动筛能克服偏心轮的振动现象，因而可以增大筛的振幅。近年来，自定中心振动筛获得了广泛的使用。
在选矿中，为了筛分粗粒度大比重的物料，通常是采用自定中心坐式振动筛。坐式重型振动筛的振动器也是采用皮带轮偏心式。振动器采用自移式偏心重的消振装置，因此防止了启动和停车时经过共振区振幅急剧增大的现象。筛箱是用钢板与型钢焊接成的箱形结构，筛面采用铸钢条，因而结构坚固。
双轴振动筛是一种直线振动筛。筛箱的振动是由双轴振动器来实现的。振动器有两根主轴，两轴上都装有相同偏心矩的偏心质量。两轴之间用一对速比为1的齿轮连接。因两轴的回转方向相反，速度相等，所以两偏心重量所产生的离心惯性力在一个方向上互相抵消，因而于此垂直的方向上的离心惯性力的合力使箱体沿直线方向振动。由于振动方向线与水平线以一定的倾角，因而筛箱一般是安装成水平或倾斜的。双轴振动筛在选煤厂常用
故在本此设计中选用双轴直线振动筛分机，矿用双轴振动筛的基本参数如下表。
表2-1矿用双轴振动筛的基本参数
型号
筛面尺寸宽长(mm)
面积
层数
安装形式
入料粒度mm
筛孔尺寸mm
ZGS1224
1224×2400
2.9
1/2
坐式
〈100
6.8.10.13.16.20.25 30.40
图2-1 振动筛外观图
图2-2概率筛结构示意图
1，减振弹簧 2，调节装置 3，钢索 4，上筛板 5，中筛板 6，下筛板 7，振动电机
2.4.2 振动器的结构
双轴振动筛的振动器有纯振动式振动器，轴承偏心式自定中心振动器和偏心轮偏心式自定中心振动器。目前多采用偏心轮偏心式自定中心振动器，振动器偏心重量的配置方式及优缺点。
结构特点：偏心重量分别布置在电动机轴之间的传动轴上
优点 a.传动轴中心弯距最大b.偏心重量可调振幅可调c.圆盘直径较小
缺点a轴和偏心重制造较复杂b宽度尺寸大c结构复杂
2.4.3筛箱
筛箱由筛框，筛面及其压紧装置组成，筛框是由侧板和横梁构成。侧板采用厚度为6~16毫米的A 或20号钢板制成。横梁常用圆形钢管，槽钢，方形钢管或工字钢制造。筛框必须要有足够的刚性。筛框各部件的连接方式有焊接和高强度螺栓连接。焊接结构施工方便，但焊缝复杂，内应力较大，在强烈的振动负荷作用下，往往发生焊缝开裂，甚至造成断裂。为了消除焊接结构的内应力，可采用回火处理。焊接结构适用于中小型振动筛。高强度联结螺栓连接可靠，可以使筛框在现场装配，特别适用于大型振动筛。
在本次设计中选择高强度联结螺栓联结。
2.4.4 支承方式
振动筛的支承方式有吊式和坐式两种。
2.4.5隔振装置[3][4]
振动筛的隔振装置常用的有螺旋弹簧，板弹簧和橡胶弹簧，其优点缺点见下表
表2-2 各种弹簧的优缺点
种类
螺旋弹簧
板弹簧
橡胶弹簧
优点
1. 刚度可以设计很小消振性好
2. 结构紧凑外形尺寸较小
3. 不需要紧固件
4. 工作可靠
横向刚度大，可消除横振
1外形尺寸小
2刚度较大隔振性能好
缺点
横向刚度小，筛子易发生横振
1. 外形尺寸大
2. 安装较困难
3. 折断事故较多
1. 不适合于大振幅
2. 动负荷大
根据振动筛振幅较大的特点，隔振装置宜采用圆柱螺旋弹簧。
2.4.6传动装置
振动筛通常采振动电机传动装置，它的结构简单，可以任意选择振动电机的转数，但运动时负荷时大时小，可能导致筛孔堵塞。近年来振动筛也有才用电机直接驱动的。电机可以保持振动器的稳定转数，而且使用寿命很长，但振动器的转数是不可调的。
2.4.7消振装置
双轴振动筛起动与停止时由于通过共振区，机体的振幅会急剧地增大，从而引起弹簧的严重过载，使寿命降低，皮带也易损坏，同时还危及厂房建筑物。因此，必须设法消除筛子在起动和停车时产生的共振现象。目前采用的消振方法要有以下三种：
1自移式偏心重
2电机反制动
3弹簧限位
根据设计要求选用自移式偏心重。
3 横梁的强度及刚度的校核
3.1筛体的横梁强度的校核 [5]
根据设计的要求选用的横梁为45矩形钢，受力情况下图2-1所示。式校核横梁的强度。其许用应力为100MPa
图3-1 横梁的受力示意图
解1：求支座反力，设支反力RA、RB如图所示，由平衡条件∑mB=0、∑FY=0 可得
RA=RB=ql/2
2列剪力方程和弯矩方程 距梁左端A为x的任意横梁截面上的剪力和弯矩为
Q（x）=RA-qx=ql/2-qx ①
M（x）=RAx-qx2/2=qlx/2-qx2/2 ②
3画剪力图和弯矩图由式①可知剪力图是一条斜直线，如上图所示，由式②知，弯矩图是二次抛物线，要多确定曲线上几点，才能画出这条曲线。
横梁的计算简图表示为图。由图可以看出此横梁受到的是均部载荷，其跨度l=2.4m
从图中可以看出截面上弯矩 Mmax最大为：[5]
Mmax=ql2/8
q=800×1.2
=960KN/m
Mmax=960×2.42/8
=691.2KN
所以此截面可能是危险截面。因此就对此截面进行校核[5]
σ=Mmax/Wz
因为是矩形钢所以Wz为：
Wz=bh2 /6
=1.2×(0.01)2/6
=2×10-5
σ＝691.2/2×10-5
=34.56MPa
因为34.56＜100所以横梁是安全的，具有较强的承载能力。
3.2 横梁的刚度校核
横梁的刚度计算是一项重要的工作，计算横梁的刚度实际上是计算横梁的横向振动的固有频率，横梁横向振动的固有频率与工作频率一致时就会使横梁的弯曲振动显著增大，严重的是，当出现较大弯曲振动时，会使它的振幅和振动方向发生明显变化，在横梁不同位置上物料平均筛分速度有着显著的差异。某些部位物料急剧跳动，物料快速向前运动，另一些部位，物料仅轻微滑动，有时甚至会出现反方向的运动，使机械难以正常工作。因此在设计与调试时，必须避免横梁的弯曲振动固有频率与工作频率相接进。
横梁的固有频率的计算按下面公式计算 [6]
式中 E为弹性模量，根据查表得E=2.06×105[9]
Ʈ a=bh3/12
=1.2×(0.01)3/12
=0.0000001
=1×10-7
≈0.009124=9.124×10-3＜＜100.48
所以该横梁的刚度符合要求
4 振动筛整体结构的设计
4.1 机械的选择及尺寸的确定
筛面是筛分机械是基本工作部分，其上有许多尺寸和形状一定的孔眼，这些孔眼称为筛孔。在一个筛面上筛分物料时，可获得两种产品，透过筛孔的物料称为筛下产品，在筛面上的物料称为筛上产品。
筛分机械上所用的筛面一般按被筛物料的粒度和筛分作业的工艺要求可以采用棒条筛面，编织筛面，波浪形筛面，板状筛面，条逢筛面和非金属筛面等。
根据本次设计的要求选用板状筛面。
板状筛面通常由厚度为5到8毫米的钢板或钢板的厚度一般不超过12毫米。
筛子的形状有圆形，方形和长方形。长方形筛孔的筛面与圆形筛孔的筛面比较，它的优点较多，筛面重量轻，生产能力大，处理含水较多的物料时能减少筛面堵塞现象。但是长方形筛孔的筛面只能在对筛分产物粒度的要求并不特别严格的情况下使用。
板状筛面上的筛孔的排列方法如图3-1。圆形筛孔一般布置在等边三角形的顶点。方形筛孔可按直角等腰三角形斜面排列。长方形筛孔通常与筛面的纵横排成一定角度。筛孔的距离应考虑筛面的强度和开孔率（筛面的有效面积）的大小，根据设计要求选择圆形筛孔。
图4-1 筛板
孔距一般按经验公式确定：当筛孔a=10~100毫米时，则孔距t=1.25a
a选择值=20。
板状筛面的开孔率按下式计算：[10][14]
fo=90.7a2 /t2 =58%
板状筛面的优点是比较牢固，刚度较大，使用寿命教长；缺点是开孔率小，约为40%~60%，板状筛面一般用于中等粒级的物料的筛分，筛孔尺寸通常为12~50毫米
根据设计要求和场地的条件限制筛分机为坐式安装筛体尺寸为2400×1200mm
4.2 筛面的长度及宽度的设定
筛面的长度和宽度根据给定的生产率要求的筛分效率和物料的筛分特性，可以计算出需要的筛面面积。
计算出筛面面积后可计算筛面的宽度。通常，式中物料层的厚度h<4a a为筛孔尺寸。
一般的说，当给料端物料层的厚度给定之后，筛面的宽度直接影响筛子的生产率，而筛面的长度直接影响筛分率。通常，矿用振动筛的筛面长度一般为4米左右，长度比约为2。用于最终分级，脱水和脱介的煤用振动筛筛面长度为6米左右，长度比约为1.5~2.5。筛面宽度受结构限制，不宜太宽。筛面宽度以1.25米最小。矿用振动筛按0.3米的间隔增加。
5 振动电动机的选择
5.1 选择电动机应考虑的问题
（1）根据机械的负载性能和生产工艺对电动机的启动、制动、反 转、调速等要求，选择电动机的类型。
（2）根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制，过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式，所选电动机功率留有余量，符合率一般取0.8～0.9。过大的备用功率会使电动机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩，效验强度的生产机械造价提高。
（3）根据使用场面的环境条件，如温应，温度，灰尘，雨水，瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等，考虑必要的保护方式，选择电动机结构形式。
（4）根据企业的电网，电压标准和对动因数的要求确定电动机的电压登记和类型。
（5）根据生产机械的最高转速对电力转动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械机构系统复杂程度，选择电动机的额定转速。
除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性，设备的供货情况，各品备件的通用性，安装检修的难易，以及产品价格，建设费用，运行和维修费用，生产过程中前后期电动机功率变化关系等因素。[11]
5.2 电动机类型的选择
电动机类型根据负载情况下看，本次设计是在恒功率下进行工作的，因此选择类型为调励磁的变速直流电动机式带在机械变速的交流异步电动机。
由于本次设计有很多因素影响，因此在电动机类型选择方面要考虑到很多因素，特别是环境条件，环境条件的选择电动机型号如表
表5-1电动机型号的选用条件
环境条件
要求的防护形状
可选择的电动机类型举例
正常条件
一般防护型
各类普通型电动机
湿热带或潮湿场所
温热带型
1湿热带型电动机
2普通型电动机防潮处理
干热带或高温车间
干热带型
粉尘较多的场所
封闭型管道通风型
户外露天场所
气候防护型外壳防护等级不低于IP23，接线应为IP54封闭型电动机外壳防护等级
IP54
户外有腐蚀性及爆炸性气体
户外防腐，防爆型防护等级不低于IP54
YBDF-WF
电动机额定转速速根据机械的要求选定的。在确定电动机额定转速时，必须考虑机械减速机构的传动比值，两者互相配合，经过技术、经济全面比较才能确定。通常电动机转速不低于500r/min，因为当功率一定时电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低，如选用高速电动机，势必加大机械减速机构的传动比，致使机械传动部分复杂起来。
本次设计的额定转速为960 r/min，
则电动机功率的计算如下 [12]
根据设计的要求和给顶的数据选定M＝0.6×2.9＝1.74吨＝1740kg
m受到主振弹簧允许变形量的限制。
预估m/M=0.7则m=0.7M=0.7×1740=1218kg
采用两台2.5Kw的电动机。故实际电动机的安装功率为2×3.0＝6Kw。
5.2.1电机上的偏心块的选择：
1，该型号的电机是外加偏心块组成，当电机旋转时，偏心块产生激振力通过电机传递给振动机械。
2、振动电机只需调节两端外侧的偏心块,使之于内侧偏心块形成一定的夹角，就可无级调整激振力。
[13]激振力:Fm=G/g×r×ω2
G：偏心块质量
g：重力加速度
r：偏心块质心与回转轴的距离
ω：电机旋转角频率
[14] 振幅：S＝1.8/(N/100)2×Fm/G
Fm：激振力（N） G：参振重量 N：转速 S：双振幅（mm）
图5-1偏心块的运动合力示意图
综上所述，选择型号为ZY20-30-6，额定功率为3.7Kw的振动电动机符合设计要求，所以选择此型号为振动筛的振动源。
6 弹簧的选择及设计
6.1弹簧的选择
6.1.1弹簧材料及许用应力
弹簧多在变应力下工作，其应力不允许超过屈服极限，因此对材料要求具有高的疲劳极限，屈服极限和一定的冲击韧性。对热成型的大型弹簧要求材料要有良好的淬透性，低的过热敏感性和不易脱炭等。
热轧弹簧钢主要以圆钢、扁钢和方钢等产品供应，其直径或厚度一般为5～50mm，多用于制造大型弹簧，如车辆的悬挂弹簧，这类弹簧，这类钢材在制造弹簧时一般采用加热成型，然后经淬火处理。
冷拉（轧）弹簧钢主要以钢丝和钢带等形状供应碳素弹簧钢丝多为淬火的冷拉钢丝，多用于制造小型弹簧，冷卷成型后，只需进行退火处理，硅锰、铬钒、硅铬等合金弹簧钢丝为退火状态供应的冷拉钢丝。
本次设计要求弹簧适用于在高频率振动下工作，要有较好的振动吸收和隔音效果，所以在本次设计中选用橡胶弹簧。[3]
6.1.2橡胶弹簧的特点和选材
橡胶弹簧丝利用橡胶的弹性变形实现弹簧作用的，由于它具有以下优点，所以在机械工程中应用日益广泛。
（1）形状不受限制，各个方向的刚度可以根据设计要求自由选择，改变弹簧的结构形状可达到不同的大小的刚度要求。
（2）弹性模数比金属小。可得到较大的弹性变形，容易实现理想的非线性特性
（3）具有较大的阻尼对于突然冲击和高频振动的吸收及隔音具有良好的效果
它的缺点丝耐高低温性和耐油性比金属弹簧差，但随着橡胶弹簧工业的发展，这一缺点会逐步得到了改善。
本设计中选用的橡胶材料为聚氨酯橡，聚氨酯橡胶材料的机械性能如下表。
表6-1橡胶的参数
型号
牌号
拉断应力
相对伸长率
硬度肖氏A
聚氨酯橡胶
8290
9
450
90+3
8280
8
450
83+5
8295
10
400
95+3
8270
7
500
75+5
8260
5
550
63+5
随着橡胶工业的迅速发展，橡胶弹簧的材料也由普通橡胶向高强度、耐磨、耐油和耐老化的聚氨酯橡胶发展，聚氨酯橡胶是聚氨基甲酸酯橡胶的简称，它是一种性能介于橡胶与塑料之间的弹性体与环氧塑料一样，是一种高分子材料。
与其它普通橡胶材料相比较，聚氨酯橡胶材料主要有以下特点：
1硬度范围大，调整不同配方，可以获得肖氏硬度20～80A以上，因此对不同要求的弹簧有着广泛的可选性。
2耐磨性可提高5～10倍。
3强度为普通橡胶的1～4倍，可达600kgf/cm2
4弹性高，采育变形小，相对伸长率达600％时。残余变形仅为2%~4%.
5耐油性能好，其耐矿物油的能力优于普通橡胶，为天然橡胶的5～6倍，除此之外，它具有耐老化，耐臭氧，耐辐射等良好的性能，同时还具有理想的加工性能。[14]
6.1.3橡胶的剪切拉压特性
橡胶式样在剪力作用下其因表面对变形不超过100％时，剪切载荷与变形关系符合胡克定律见下图
图6-1橡胶的剪切示意图
因此，在承受剪切载荷时橡胶材料载荷与变形的关系通常采用下式表示 [7]
P=GALf/h(N)
式中 AL－承载面积，mm2
G－剪切弹性模量，MPa
橡胶材料在拉伸或压缩载荷下（如图5-2所示）载荷与变形的关系是非线性的，对受拉压的弹簧而言，只有在相对变形不超过15％的情况下才近似符合胡克定律。
图6-2 橡胶的拉伸和压缩示意图
工程中从橡胶弹簧的疲劳强度考虑，通常将其相对变形控制在＜15％，所以在一般情况下，橡胶弹簧在拉伸与压缩时的变形与载荷关系也可以近似地用下式表示：[2]
P=EALf/h
6.1.4橡胶材料的剪切弹性模量G及弹性模量E
橡胶材料的剪切弹性模量G主要取决于橡胶材料的硬度不因橡胶的种类或成分的不同而有明显的变化，对于成分的不同而硬度相同的橡胶，其G值之差不超过10％，在使用范围内G和E的关系可用下面公式计算。
G=0.117e0.03HS(MPa) E=3G
图6-3 橡胶的弹性模量的示意图
橡胶弹簧的表现弹性模量Ea为：
对于拉伸橡胶弹簧Ea≈E=3G
对于压缩橡胶弹簧，其表现弹性模量不仅取决于橡胶材料本身，而且与弹簧的形状，结构尺寸等有很达的关系。
通常压缩橡胶弹簧的表现性模量用下式表示：[7]
Ea=iG
式中i－表示几何形状影响系数
圆柱形橡胶弹簧i=3.6(1+1.65S2)
圆环形橡胶弹簧i=3.6(1+1.65S2)
矩形橡胶弹簧 i=3.6(1+2.22S2)
S=橡胶弹簧承载面积AL与自由面积AF之比
本次设计采用圆柱形橡胶弹簧。
6.2 弹簧的设计
隔振弹簧刚度 [4]
选取隔振弹簧k的频率z＝4
激振圆频率ω=πn/30=3.14×960/30=100.48
∑K=(M+m)ω2/z2
=(1740+1218)×100.482/16
=1087.58KN/m
隔振弹簧采用8角均匀布置，则每只弹簧的刚度为：
K＝∑k/8=1087.58/8=135.9kN/m
主振弹簧的刚度
选择频率比z＝0.9，查表取得:[3]
则 ke=mω2/z2
=1218×(100.48)2/0.92
=15181.739kN/m
如果主振弹簧为分段性弹簧选取e/B=0.4软特性弹簧k=600kn/m，即采用6只刚度为100kn/m的弹簧连接两个质体，则硬弹簧刚度则按下式计算
在此设计的振动筛采用硬弹簧则：
K=14988kN/m
7 样机的试验和试制总结
根据上述分析设计，所研制的产品的主要参数为:
(1) 最大筛分量:Q=40t/h
(2) 物料松散度:γ=0.3t/m3
(3) 机器噪音:D≤75dB(A)
(4) 实际功耗:N≤2.6kw
(5) 激振力:pj=12000×2N
(6) 动载荷:Pd=2000N
(7) 振动电机转速:n=960r/min
(8) 筛分物料粒度:d=φ10mm～φ100mm
工程实践证明:非线形振动理论用于振动机械的设计，特别是对于变质量系统的振动输送，能产生极其显著的工作效果，从节能，减耗，高效，降噪，降低成本等诸方面均可受益，是一个具有极大潜在能力的科技开发领域，该技术的应用和开发，将会给振动机械行业带来巨大的经济效益。[4]
致 谢
转眼间，我已将告别三年的大学生活。毕业设计是我们每个毕业生离学校前一个必修课题。它对我们既是一个挑战，也是一个机遇。经过一个多月的努力，我将本次毕业设计的任务完成了。在设计中，遇到许多困难，充分表现出我们在以往的学习过程中在这方面知识的欠缺和经验不足。在本次设计中我得到了老师和同学的帮助，才使得我们的设计顺利进行。特别是王文堂老师的指导和向其他组的逯伟同学请教相关的专业知识，在此我向他们表示最诚挚的感谢。
最后，我们再一次感谢在设计中给予我们指导的王老师以及全体评委老师，祝愿您们的事业蒸蒸日上！
参考文献
[1] 李启衡.粉碎与磨矿.北京：冶金工业出版社，1980
[2]山西省电力工业局.燃料设备检修技术.水利电力出版社，1984
[3]季文美.机械振动.北京：科学出版社，1985
[4]唐敬麟.破碎与筛分机械设计选用手册[M].北京：学工业出版社.2001年.420-669
[5]张春梅，刘静香.工程力学.北京：北京理工大学出版社，2008
[6]徐锦康.机械优化设计.北京：机械工业出版社，2000，175
[7]徐起贺.机械设计基础.北京：科学出版社，2007
[8]徐起贺，张庆良.机电技术专业英语.北京：科学出版社，2010
[9]成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，1997.
[10]编辑委员会.运输机械设计选用手册.北京：化工出版社，1999，406，413，419
[11]邵群涛.电机拖动基础.北京：机械工业出版社，2008
[12]徐起贺，刘静香，程鹏飞.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，2008
[13]刘明保，李宏德，王志伟. 实用机械设计[M]. 吉林：吉林科学技术出版社，2003.
[14]振动与冲击手册编辑委员会.振动与冲击手册.北京：国防工业出版社，1988
[15]郑兆昌主编.机械振动：上册.北京：机械工业出版社，1980,1988.
[16]李长胜，照敬云.AutoCAD2008中文版实习教程.2008
（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
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