山東新巨龍選煤廠選用美國CONN-WELD（康威德）公司生產的單層香蕉篩，以完成原煤的50mm與300mm一次性分級。在生產過程中，發現大塊物料經常堵塞300mm的篩孔，每臺香蕉篩需要1名工人用鉤子處理堵塞的篩孔，浪費了大量人力，并且惡劣的工作環境還會損害工人的健康。為了解決這個問題，經過研究分析之后，設計了一種新型的防堵塞的分級香蕉篩。

1  方案設計

    煤用分級香蕉篩的作用是將礦井毛煤分成不同的粒級。為了提高香蕉篩的處理能力與篩分效率，往往通過激振器對篩機施加振動。新巨龍選煤廠所使用的康威德香蕉篩主要由篩箱、橫梁與激振系統組成。篩機的主要工作部件是篩面，康威德香蕉篩的篩面主要由3行開孔50mm的篩板與2行開孔300mm的篩板組成^[1]。50mm的篩孔的形狀包括膠囊形和圓形，呈菱形分布，300mm的篩孔形狀為圓形，開孔率約為30%。

1.1方案的提出

    由于香蕉篩5行篩面的傾角由入料端到排料端逐漸減小，靠近排料端的開孔300mm的篩孔傾角很小，篩機對物料的拋射作用不明顯，形狀很不規則的難篩粒(300～450mm)很容易堵塞篩孔。加之300mm篩孔開孔率低，發生堵塞之后會嚴重影響正常的生產。

    改變篩機的傾角或篩面的傾角是可以避免堵塞發生行之有效地方法。但是，改變篩機的傾角需要改變篩機的支撐高度，不但施工困難，而且影響正常生產。改變篩面的傾角需要更改篩機的結構，不僅難以操作，而且會對篩機的性能產生不良的影響。

    正是在一些容易想到的方案不便實施的情況下，筆者創造性的提出用一種新型篩面更換為開孔300mm的沖孔篩板。這種篩面必須滿足3個條件：一是不易堵塞；二是開孔率高；三是制造維護簡單。在眾多篩面形式中選擇了能滿足這3個條件的棒條篩。擬出的第1個方案是用棒條篩更換為開孔300mm的篩板，將棒條篩固聯在香蕉篩的橫梁上，隨著篩機一起振動，并且保持一定的傾角；第2個方案也是用棒條篩更換掉開孔300mm的篩板，但是棒條篩不與篩機接觸，彼此間的距離大于篩機共振狀態下的最大振幅；第3個方案是在第2個方案的基礎上，為了進一步增加大塊物料在小傾角的棒條篩上的輸運能力，將棒條全部更換為螺桿，螺桿以一定的角速度旋轉；第4個方案是在第3個方案的基礎上進一步改進，即篩面與篩機之間沒有接觸，將棒條與螺桿間隔排列，棒條固定不動，螺桿以一定的角速度旋轉。

 

 

1.2方案的分析與確定

    由于香蕉篩在振動的條件下工作，第1個方案中棒條篩面與篩機固聯在一起，隨篩框一起振動，工作效果比固定篩要好，但是在交變應力作用下棒條很容易發生斷裂。第2個方案相當于一個篩縫寬300mm的固定篩對大塊物料進行分級，這個方案能很好的避免棒條因受到交變應力的作用而斷裂，但是，由于沒有振動，固定棒條篩的輸運能力與抗堵塞能力都不足。第3個方案與第4個方案都不與篩機接觸，避免受到交變應力的影響，并且能很好的提高篩面對大塊物料的輸運與抗堵能力。但是，第3個方案全部采用螺桿，由于螺桿比棒條更容易磨損與斷裂，制造成本也比較高等一系列原因，應該盡量少用螺桿。所以，考慮到既要不影響工作效果，又要制造維護簡單，最終選取了第4個方案作為最終設計方案。

2  技術設計

2.1  篩面構形設計

    棒條與螺桿間隔排列，棒條固定在2根橫梁上，2根橫梁分別通過兩端的支架與法蘭聯接在篩機的漏斗與地面上。整個篩面不與篩機接觸，兩者之間的距離要大于篩機的在共振情況下出現的最大振幅，防止篩面與振動的篩機接觸而損壞。每一根螺桿通過與橫梁固聯的軸承座中的軸承實現周運動。螺桿的一端與傳動系統的鏈輪聯接，電動機通過傳動鏈帶動螺桿以一定的角速度旋轉。在螺桿的螺旋運動下，非阻礙粒(≥450mm)很快離篩，易篩粒(≦225mm)也很快透篩。難篩粒(225～300mm)與阻礙粒(300～450mm)如果形狀不規則很容易堵塞篩縫，螺桿的周轉運動會對堵塞的物料施加一個力矩，使物料翻轉，可以透篩的則透篩，不可以的則被螺桿推動成為篩上物。

    筆者設計的分級香蕉篩防堵塞篩面螺桿的傳動系統有些復雜，但是篩機的抗堵能力與輸運能力都有所增加。通過1個只有1根螺桿與2個棒條的簡易篩面試驗得知，發生堵塞后，此篩能自動將堵塞物清理出來，而且物料沒有堆積現象的發生。

    通過這個簡易的試驗發現螺桿不與棒條在同一個平面，物料就不會發生偏移，能夠很好地沿著一個篩縫移動。所以，將螺桿相對于棒條下移了一段距離，螺桿與棒條構成一個倒置的等腰三角形，很好地避免了物料的偏移現象。但是，這樣的布置使物料的篩分不嚴格，為了使透篩的物料不大于300mm，螺桿到相鄰2個棒條的距離取300mm。需要避免大塊堵塞在2個棒條之間接觸不到螺桿的現象的發生，2個螺桿之間的距離取300～600mm之問，這要根據大塊物料的粒度特性進行選擇。

2.2  螺桿構形設計

    常用螺紋按照牙型的不同分為三角螺紋、矩形螺紋和梯形螺紋。此篩面所用螺桿選擇三角螺紋很容易磨損，矩形螺紋對物料的輸運能力比較強，但是不如梯形螺紋的抗堵能力強。

    圖2(a)為等腰梯形螺桿截面圖，螺紋由一根螺旋線形成，牙型角α為30°。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高，對中性好。螺桿需要具有很強的耐磨性^[2]，所以，螺桿的材料應選取耐磨性好的錳鋼等耐磨鋼。

 

    由于此種螺桿應用的特殊陛，螺桿尺寸的確定需要綜合考慮許多因素。小徑d_l主要是進行強度計算中作為螺桿危險截面的計算直徑。大徑d的確定主要考慮到篩面的開孔率與工藝效果。中徑d₂近似等于螺紋的平均直徑。螺紋的導程s=np(n為螺旋線數目，P為螺距)，這里取n=l，所以此種螺桿的導程為螺距P。螺紋升角ψ為螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，在螺紋的不同直徑處，螺紋的升角各不相同。螺紋升角是進行物料受力分析的主要參數之一。計算時，通常按螺紋中徑d₂處計算，即

ψ=arctans/πd₂= arctan np/πd₂                    (1)

    由式(1)可知，當n與d₂以一定時，要獲得較大的導程S，必須增大螺紋升角ψ(螺距一定，通過增加螺旋線數目也可以使導程增加)。當螺桿與螺母構成螺旋副時，升角ψ增大到一定值后，再增大ψ值螺紋副效率增大也不顯著，因此一般ψ值不大于25º。筆者所要設計的螺桿作用是輸運物料與解決堵塞問題，如果螺距太小，螺桿旋轉一周，物料移動距離太短，如果增加轉速，螺桿的磨損也會加重，并且大塊物料只有接觸到螺旋的側面才會受到螺桿的推動作用，所以需要根據入選物料粒度特點，增加螺紋升角ψ，繼而增大螺距。

2.3  螺桿受力分析

    當物料堵塞在棒條與螺桿之間時，螺桿對物料的作用力如圖2(b)所示。F為螺紋作用于物料的垂直于螺紋側面的法向力，F在笛卡爾坐標系的x軸、Y軸與z軸上的分力分別為軸向力F₁、圓周力F₂與徑向力F₃。

    軸向力F_l推動物料移動，圓周力F₂可以促使能透篩的物料盡快透篩，徑向力F₃可以與物料重力或擠壓作用產生的力形成一個力矩^[3]，使堵塞的物料翻轉出來，不再堵塞篩孔。F₁、F₂ 、F₃的表達式分別為

F₁=F cosψ sinα，    (2)

F₂=F sinψ，          (3)

F₃= F cosψ sinα，   (4)

式中：α為牙型角α=30º；ψ為螺紋升角，(º)。

    由式(2)～(4)可知，當α為90º時，即螺紋為矩形時，在螺紋升角ψ相同的情況下對物料起翻轉作用的只小于牙型角為30º的梯形螺紋的F₃。當α一定時，螺紋升角ψ越大則軸向力一與徑向力F₁越小，圓周力一越大，螺桿抗輸運能力與堵塞能力相應的降低，當ψ為90。時，螺桿變成了棒條。所以，螺紋升角需要綜合考慮物料特性和實際生產的需要選定一個合適的值，實現最佳的生產效果。

2.4  棒條構形設計

    棒條的截面形狀多種多樣，為了保證棒條不同的點到螺桿的距離皆為300mm，并且耐磨性好，這里選用圓鋼作為固定棒條。棒條需要有一定的剛度與強度，同時也要考慮到開孔率的問題，選擇棒條的直徑需要結合實際而定。

3  結論

    為了解決分級香蕉篩實際應用中出現的大塊物料堵塞篩孔的問題，進行了創新設計，同時進行了簡易的驗證性試驗，試驗結果表明，螺桿棒條篩能夠很好地解決篩孔堵塞問題。筆者提出的新型篩面為選煤廠工程技術人員提供了一種新的解決分級篩篩孔堵塞問題的方法，香蕉篩生產廠家可以考慮生產安裝有此種篩面的分級香蕉篩。[中國選礦選煤網]