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冲程式振动筛筛面利用的理论与实践
发布时间：2013-04-29 09:17 来源：未知
前 言
筛子与筛分机都是人类历史上最古老的一些工具。有关它们最早的文献记载，可追溯到公元前1500年。在埃及底比斯的一座寺院中就有一个筛子绘制在装饰品中。由编织的芦杆或穿孔的陶瓷容器制成的碗盆形筛子作为筛子表面。后来的几幅有根据的筛子图画，则是由Agricola G在1558年提供的。
工业上制造的筛面，确切地说，制造的编织筛网则是在1838年由总部设在德国德累斯顿市的L．Heyymann公司开始的。大约直到20世纪前半时期，大多数筛面都是由金属材料制成的（例如金属丝筛网）。到了20世纪后半时期，才见到了关于橡胶、聚氨酯和其他合成材料筛面的报道，并且也是从那时起它们才开始得到更加普遍的使用。现在，筛面已是机械加工和选矿工业部门中最常用的一些设备。它们已被广泛地用于矿石、煤炭、非金属矿物、化工、回收物资、食品和医药等工业部门，例如用于物料的筛分、分离和脱水等。
在筛分中，所选择的筛面和筛分机本身，都必须与物料的性质、要求达到的分离粒度、分离效率以及某些特定的操作条件相匹配。因此，为了满足不同的使用目的，已研制出多种筛面和筛分机方案。下面论述了半透性分离或筛面的功能作用，虽然也考虑过其他几种筛分方法，但重点还是介绍了冲程式振动筛分法。文中也指出了为实施或确保达到上述功能，依据所需达到的筛分效率和单位处理能力选择筛面配置的几个重要部件和原则。
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1、筛面的主要功能
1.1概述
在筛分过程中，半透性的分离表面（也就是筛面）起着两个主要功能：
1)按颗粒粒度分离物料；
2)在配置着筛面的一些筛分机上输送各粒级的物料（见图1）。
给料在筛面上按粒度分离的过程中，主要分离单元（第一项主要功能）产出细粒级和粗粒级产品。在这一过程中，目的（在理想的情况下）就是要确保筛下颗粒在朝着筛孔移动时不受阻碍和顺利地通过筛孔。筛孔必须保持不堵塞，例如由于销钉状的、黏性的或球形的颗粒等引起的堵塞。只有某一高度料层中的细颗到达筛面时，筛下产品才能通过筛孔，它们才有可能得到分离。为此，各种粒度的物料必须在筛面上输送（第二项主要功能）。给料在筛面上的输送是很有必要的，一方面是为了在筛面与物料颗粒之间，另一方面是在物料颗粒之间（疏松物料）产生不同的运动。随着筛分机与筛面的类型不同，场力（重力或离心力）、惯性的振动诱导力和冲击力、摩擦力和流体力的影响也不同，这些力会使筛下产品在分离界面方向产生离析．并最终根据几率定律使筛下产品通过筛面。筛上产品则是越过分离面，并进入到粗粒物料中。在筛分黏性的或难筛的物料时，很高的筛分加速度或Kv值有助于提高去团聚作用和除去那些堵塞筛孔的颗粒。因此，体积力FM（筛分力）必须大于粘附力FH、阻力FK和库仑摩擦力rf之总和。评价分离过程质量的判据有分离精度和筛分效率。对于定量输送效率的评定来说，物料的单位通过能力是一个重要的判据。
从上述解释就可理解，筛面的主要功能之间是相互牵连的，并且它们一起决定着筛分过程的效率。为了确保有效的筛分，必须系统地协调好这些功能之间的相互关系。下面论述了筛面的选择和给料类型对所需达到的分离粒度的依赖关系。
1.2用特定类型筛面按粒度分离给料
在选择筛板或筛面时，需要考虑的因素有给料类型、粒度和颗粒的形状分布、颗粒的表面性质、水分含量、流动特性以及反射性能、所使用的筛分机类型及其特性、以及要求达到的分离粒度和要达到的处理物料能力。
图2示出了筛分不同的给料可用的几种可能的筛面和筛分粒度范围。给料的范围从易流动的含有很少量接近筛孔尺寸颗粒的物料、接近筛孔尺寸颗粒含量较高的黏性微湿物料，直到水分含量很高的非流动物料。每种筛面都被安装在特定的筛分机上，并与这种筛分机配套，以有效地输送各粒级的物料。
光滑表面的钢筛板(图2A)有着由冲压、钻的、机械加工的或由激光或水喷射切削的筛孔（例如由Steinhaus和其他公司生产的圆孔形、方孔形或其他形状筛孔的筛板）。它能比较准确地用于分离那些有着立方形的但仍属圆柱状颗粒的、易流动的中等粒度到粗粒的物料。这些筛面已被用于振动筛中。
普通的和斜纹编织的有着特殊方孔和条孔的金属丝筛网（图2B）（例如由Havey&Boeckef、Hein、Lehmann、Isenmann、Meister和G. Steinhaus公司提供的产品），已在化工、矿山、非金属矿和食品工业中，用于对接近筛孔尺寸颗粒含量较少的易流动物料进行细筛和中筛。
在接近筛孔尺寸颗粒含量很高的难筛物料（例如潮湿的矿石、非金属矿、煤炭、化工产品等）的中筛中，细线网筛面（图2C和图3）已被用于间接振动筛上。
波浪形垂直于筛分水平面的光滑的D型细线网筛面（图3a和b），适用于以较低的分离精度和很高的物料通过速率，来筛分黏性的、潮湿的、立方形物料。如果筛孔宽度小于10 mm、水分含量不超过8%的条件下，它们可用于筛分煤炭。
水平波浪的S型细线网筛面（有近似的方形孔）以及交替状水平波浪和光滑的Tria型细线网筛面（图3c和d），可用于筛分潮湿和黏性物料（例如煤炭、矿石、化工产品和食品），它可达到相当高的分离精度。在上述这些筛面上，由高耐磨的合成材料（例如特种聚氨酯）构成的横向连接，这种连接的筛面的自清洗作用和筛面的使用年限比细丝编织的横向连接要好。若给料中大约含有10%的粒度至少达到筛孔宽度5倍的具敲击性能颗粒，就能确保上述这种细线网筛面的自清洗作用。
为了用细线网筛面替代由圆孔或方孔组成的冲孔筛面，图9中的一些数值（见第3节）可作为选择筛孔宽度的初步依据。
橡胶或聚氨酯筛板（图2D）都适于安装在间接振动筛上，用以干或湿的含有接近筛孔尺寸颗粒的黏性物料（例如矿石、非金属矿、再生物料等）的细筛和中筛。对某些可能有着很高含量接近筛孔尺寸颗粒的、湿的和黏性物料，可采用软质橡胶(肖氏硬度35。)筛面，而对于一些磨蚀性的物料，则可使用硬度较大的橡胶（例如肖氏硬度604）筛面。这种选择方案同样也适用于聚氨酯筛面，可生产出肖氏硬度从35～904的铸模的、锥形扩张口的、筛孔宽度小于2mm到0.15 mm的筛面。
上述各种筛面已被用作嵌入式钢材加固筛面（如图4和图5所示），或是作为经钢丝绳的纵向或十字形加固的拉力筛面用于间接振动筛中（图6）。加固或嵌入式钢丝的措施已被用以确保筛面的承载能力，并因此而实现它的第二项主要功能（见3.2节图11）。对于部分已用旧的或有缺陷的筛子，十字拉力筛面能快速、容易和低成本的更换筛面。尽管预计它的费用约比钢质筛面高出10倍，但由于上述这几种筛面的使用年限要长10～20倍，以及它们很低的噪音水平，所以其重要性正在显示出来。
在德国非金属矿物工业部门使用的筛分机中，60%以上都配置有聚氨酯筛面。金属丝筛面主要用在那些间歇操作和生产能力较小的企业中。细线网筛中(图2C)，水平波浪筛面(S-细线网筛，图3C)占30%～50%。在用敲打筛面筛分中等粒度的不流动的很湿的物料（例如再生物料、木质的、渣状的物料）时，已采用经钢丝加固的或没有加固的冲孔的橡胶或聚氨酯筛网（见图2C和图7）。
配置着圆柱形悬臂顶梁（固定在横梁上）的悬臂顶梁筛面(图2F)，已用于对特别难筛的、黏性的、潮湿的、不流动的物料（施工场地的混合废料、再生物料等）进行中筛和粗筛。它们已越来越多地用于以不同品牌提供的一些阶梯或排列的间接振动筛分机中。虽然达到了很高的物料处理能力，但分离效率有所降低。悬臂顶梁筛面也能用作固定的格筛，例如以很低的分离精确度用于筛出粗粒级中的难筛物料。
1.3在某些筛分机上输送各粒级的物料
物料在某些筛分机上输送的情况示于图1。在本评述中，只指定了几种筛分机，它们都是基于冲程式振动筛分的原理进行操作的。作者在文献中已论述过与筛面优化有关的一些问题，以及颗粒在冲程式振动筛分机和其他筛分机上的运动情况。
根据筛分机的用途不同，相当多的筛面类型、多种改进过的筛分机以及大量的筛面/筛分机组合方式都已在不同现场使用。在下面的第2至第4节中，比较详细地论述了某些设备部件和筛面配置原则，以便在冲程式振动筛分过程中实现筛面的上述两项主要功能。
2、为实现筛面的主要功能所需的设备部件与筛面配置原则
最重要的部件和配置原则就是筛面的几何形状、筛面材质和特定的机械设计原则。
图1列出了与筛面主要功能1和2有关的、能提高筛分效率和处理能力的设备部件和配置原则，重点针对冲程式振动筛的情况，分析了它们在某些筛面和筛分机中的应用。首先可以确定，存在着大量的设备部件和配置原则，它们之间有时还会存在着复杂的相互关系。因此，如果不对其他部件进行分析，就很难分析一个部件或原则对于可达到的分离效果和处理能力的影响。然而在示于图1中的矩阵中，曾试图查明和评价应用上述部件和原则对筛分性能的影响（方形与圆形的图例）。表中列出的不同筛面的筛分效率和处理能力（方形和圆形图例）与每个配置部件和筛分机类型有关。每一列中都包含一些关于各个配置部件的适用性和筛分效率指标。在下一节中将论述与筛面几何形状有关的配置因素。
3、筛面的几何形状
关于筛面的几何形状、筛孔形状和它们的横截面形状、筛孔宽度Z、筛面厚度s与筛孔宽度l的比值以及筛面倾角p等，都是影响分离效率和处理能力的特别重要因素。另外，阶梯式筛面能提高处理能力。
