動(dòng)篩跳刈分選過(guò)程中顆粒沉降與拓展的研究

1上升和下降期上升階段在動(dòng)態(tài)篩的上升階段，河床層被篩選板抬起，大部分空間不能交換位置。另一方面，隨著提升階段的水流相對(duì)于河床層的水流，另一方面，介質(zhì)阻力使相對(duì)較小的顆粒繼續(xù)通過(guò)相對(duì)較大的顆粒間隙進(jìn)行向上運(yùn)動(dòng)。隨著上升過(guò)程的繼續(xù)，可通過(guò)底部的間隙進(jìn)行小的顆粒育種，這種顆粒顆?？梢酝ㄟ^(guò)底部的間隙來(lái)小。這種作用類似于定篩撒倉(cāng)裝置在下降階段的吸痰作用。動(dòng)篩機(jī)構(gòu)上升到最高點(diǎn)后轉(zhuǎn)入下降期.下降初期,在一定條件下,床層完全脫離篩面,呈懸浮松散狀態(tài),顆粒在水介質(zhì)中沉降.由于顆粒受到重力、阻力及其它力的綜合作用,高密度顆粒向下層運(yùn)動(dòng),低密度顆粒相對(duì)向上層運(yùn)動(dòng).物料經(jīng)多個(gè)周期分選后,低密度顆粒在上層,高密度顆粒在下層,最后經(jīng)產(chǎn)品分離裝置分割后成精煤和矸石,透過(guò)篩板的顆粒成為透篩物.2顆粒質(zhì)阻力的測(cè)定顆粒脫離篩面后,在水介質(zhì)中沉降,顆粒的運(yùn)動(dòng)微分方程(假定顆粒向下運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?為mdvdt=G0-Ρac+Rac-R,(1)mdvdt=G0?Pac+Rac?R,(1)式中,m為顆粒的質(zhì)量,g;G0為顆粒在介質(zhì)中的重力,N;Pac為加速運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)流對(duì)顆粒的附加推力,N;Rac為介質(zhì)的加速度慣性阻力,N;R為顆粒與水因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的介質(zhì)阻力,N.由式(1)導(dǎo)出的顆粒在水介質(zhì)中的沉降時(shí)間、沉降速度、沉降加速度、沉降距離分別為t=(δ+ξρ)vhs2(δ-ρ)gln(vhs+vvhs-v),v=e2τt/vhs-1e2τt/vhs+1vhs,a=4τe2τt/vhs(e2τt/vhs+1)2,(2)h=vhs2τlne2τt/vhs+e-2τt/vhs2,t=(δ+ξρ)vhs2(δ?ρ)gln(vhs+vvhs?v),v=e2τt/vhs?1e2τt/vhs+1vhs,a=4τe2τt/vhs(e2τt/vhs+1)2,(2)h=vhs2τlne2τt/vhs+e?2τt/vhs2,式中,τ=(δ-ρ)g/(δ+ξρ);δ,ρ分別為顆粒密度和介質(zhì)密度,g/cm3;g為重力加速度,cm/s2;v為顆粒的運(yùn)動(dòng)速度,cm/s;vhs為顆粒干涉沉降速度.上述表達(dá)式導(dǎo)出了顆粒在脫離篩面后加速期的速度、加速度及達(dá)到干涉沉降末速經(jīng)過(guò)的距離.動(dòng)篩跳汰機(jī)分選的典型顆粒(如小顆粒精煤、中等粒度中煤及大顆粒矸石)在加速期的沉降速度、加速度及行經(jīng)距離的變化規(guī)律如圖1所示.由圖1可知,顆粒在加速沉降期,密度從低到高,顆粒的加速度、速度、行經(jīng)距離逐漸加大.3驅(qū)動(dòng)裝置的選擇動(dòng)篩機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由其驅(qū)動(dòng)裝置決定.驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)曲線必須適應(yīng)床層顆粒的分層規(guī)律.工業(yè)上使用的驅(qū)動(dòng)裝置有液壓驅(qū)動(dòng)源和機(jī)械驅(qū)動(dòng)源.不同的驅(qū)動(dòng)源有不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,產(chǎn)生不同的分選效果.3.1機(jī)械驅(qū)動(dòng)入料及振動(dòng)分析當(dāng)動(dòng)篩機(jī)構(gòu)由機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)時(shí),動(dòng)篩機(jī)構(gòu)速度曲線是作正弦或改良正弦曲線.為便于分析,設(shè)動(dòng)篩機(jī)構(gòu)作正弦運(yùn)動(dòng),偏心輪的偏心距為r,則動(dòng)篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度和加速度分別為v=rωsinωt,a=rω2cosωt,(3)v=rωsinωt,a=rω2cosωt,(3)式中,ω為機(jī)械驅(qū)動(dòng)曲柄擺桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,rad/s,ω=2πn/60;n為機(jī)械驅(qū)動(dòng)曲柄擺桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)速度,r/min.動(dòng)篩機(jī)構(gòu)入料端位移或振幅h=∫vdt=∫rωsinωt=-rcosωt+k.當(dāng)t=0時(shí),動(dòng)篩機(jī)構(gòu)處于最低位置,h=0,則k=r,代入上式得h=r(1-cosωt).(4)h=r(1?cosωt).(4)從式(3),(4)可看出,動(dòng)篩機(jī)構(gòu)入料端的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)是r和的函數(shù),速度與偏心距r和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω成正比,加速度與偏心距r和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的平方成正比,最大振幅是偏心距的2倍.運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)之間有內(nèi)在聯(lián)系,偏心距r增加,振幅、速度、加速度隨之增加;ω越大,速度和加速度越大.當(dāng)r=20cm,n=50r/min時(shí),由式(3),(4)繪制的運(yùn)動(dòng)曲線如圖2所示.此時(shí)入料端最大振幅、速度及加速度分別為40cm,104.72cm/s,548.3cm/s2.3.2周期運(yùn)動(dòng)基本過(guò)程液壓驅(qū)動(dòng)式動(dòng)篩跳汰機(jī)動(dòng)篩機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與液壓系統(tǒng)流程、關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)有關(guān).用高速錄像對(duì)TD系列動(dòng)篩跳汰機(jī)的液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果見(jiàn)圖3.由圖3可知:(1)h-t位移曲線和a-t加速度曲線屬鋸齒形曲線,v-t速度曲線屬梯形曲線.(2)動(dòng)篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的每個(gè)周期可分為4個(gè)階段.上升階段:該階段初期為加速運(yùn)動(dòng),然后轉(zhuǎn)為勻速運(yùn)動(dòng);上換向階段:此階段從動(dòng)篩減速迅速停止并立即轉(zhuǎn)入下降階段的短暫時(shí)刻.此階段的負(fù)加速度較大,它與上升速度成正比,最大可達(dá)2g,時(shí)間約0.0167s;下降階段:這個(gè)階段初期約有0.05s的加速期,然后作近似勻速運(yùn)動(dòng);下?lián)Q向階段:即從動(dòng)篩開(kāi)始減速到下個(gè)周期開(kāi)始,時(shí)間約0.05s.(3)從許多實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)看,在不同的周期曲線中,上、下?lián)Q向階段所需的時(shí)間差別不大,所以決定位移曲線形狀的主參數(shù)是:位移、上升時(shí)間t1、下降時(shí)間t3.只需改變這3個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè),就能改變位移曲線的形狀.如保持t1,t3不變,增(減)位移,則必須同時(shí)增(減)上升和下降速度,曲線變尖(禿),此時(shí)頻率不變;保持t1不變,增(減)t3,則必須同時(shí)減(增)下降速度,曲線右側(cè)變緩(陡),頻率隨之減(增);保持位移、t3不變,增(減)t1,曲線左側(cè)變緩或陡,頻率隨之減增.這3個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)取值,根據(jù)需要調(diào)整、組合,可產(chǎn)生對(duì)稱或非對(duì)稱鋸齒形曲線.(4)當(dāng)油缸沖程為20cm,n=50次/min時(shí),上升、下降速度分別為33,51cm/s,上換向加速度為1600cm/s2.通過(guò)調(diào)整上升速度,可使上換向加速度達(dá)2000cm/s2.3.3u3000酸、堿、加速度新型動(dòng)篩跳汰機(jī)采用單端驅(qū)動(dòng)、動(dòng)篩跳汰機(jī)構(gòu)繞另一端的固定軸O點(diǎn)作上下運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式(見(jiàn)圖4).所以O(shè)點(diǎn)處振幅為零.物料從A端給入,矸石、輕產(chǎn)品分別由C,C′點(diǎn)排出.設(shè)動(dòng)篩從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A′點(diǎn),振幅為dhA,則動(dòng)篩各點(diǎn)均繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)了θ角,對(duì)篩面上任一點(diǎn)有dhA/RA=dhX/RX,(5)式中,dhA,dhX分別為入料端A點(diǎn)、篩面上任意點(diǎn)X的振幅,m;RA,RX分別為A點(diǎn)、X點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑(RC<RX<RA),m.由式(5)可得dhX=RXRAdhA.(6)式(6)兩邊同除以dt(dt為篩面從A點(diǎn)升到A′點(diǎn)的時(shí)間),得dhXdt=RXRAdhAdt.(7)式(7)兩邊同除以dt,得dhXd2t=RXRAdhAd2t.(8)式中,dhAdt?dhXdt分別為篩面A,X點(diǎn)的速度,m/s;dhAd2t?dhXd2t分別為篩面A,X點(diǎn)的加速度,m/s2.式(6)~(8)說(shuō)明:①當(dāng)RX不等于RA時(shí),X點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)(振幅、速度、加速度)小于A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù);②X點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)正比于A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù),比例因子為RX/RA<1(0<RX<RA).因此篩面沿縱向各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)是線性變化的,從入料端向排料端逐漸減小.4動(dòng)篩跳礫裝置的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)動(dòng)篩機(jī)構(gòu)下降加速度大于大顆粒、高密度顆粒的沉降加速度時(shí),床層完全脫離篩面,呈懸浮松散狀態(tài),顆粒實(shí)現(xiàn)按密度分層.由于篩面縱向各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)是線性變化的,越靠近排料端運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)越小.因此,動(dòng)篩驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)不僅要使入料端床層完全脫離篩面,而且要保證排料端大塊矸石脫離篩面,即滿足dhAdt≥dhCdt≥dvdt.(9)式(9)是篩面各點(diǎn)均能脫離篩面的條件.根據(jù)式(9)分析在液壓與機(jī)械兩種驅(qū)動(dòng)方式情況下,動(dòng)篩跳汰床層中縱向各點(diǎn)顆粒脫離篩面的情況.設(shè)A,B,C分別為篩面的入料端、中部、排料端;跳汰頻率:液壓50次/min,機(jī)械55次/min;入料端振幅:液壓21cm,機(jī)械40cm.根據(jù)式(3),(8),算出動(dòng)篩機(jī)構(gòu)上升到最高位置開(kāi)始下降的瞬間各點(diǎn)加速度,根據(jù)式(2)算出不同密度顆粒的沉降初加速度,見(jiàn)表1.由表1說(shuō)明:(1)梯形曲線各點(diǎn)下降初期加速度是正弦曲線的2.41倍;通過(guò)調(diào)整上升速度可改變上換向加速度.(2)梯形曲線各點(diǎn)下降初期加速度大于高密度矸石沉降的初加速度,滿足式(9).(3)機(jī)械驅(qū)動(dòng)時(shí),可保證A點(diǎn)加速度大于高密度矸石沉降的初加速度;由于動(dòng)力學(xué)參數(shù)沿篩面縱向線性遞減,最高密度的顆粒過(guò)中部后就不能脫離篩面,到了排料端,甚至中間密度的顆粒也不能懸浮,造成排料區(qū)失去精選作用,矸石中帶煤量增加,同時(shí)床層移動(dòng)速度減慢,床層向前運(yùn)動(dòng)只能靠縱向壓力梯度.(4)機(jī)械驅(qū)動(dòng)時(shí),頻率或振幅越低,能懸浮的密度越低,脫離點(diǎn)越靠近入料端,因此,在低頻或低振幅時(shí),物料通過(guò)能力很低,分選效果差,甚至不能工作.(5)機(jī)械驅(qū)動(dòng)時(shí),可通過(guò)增加頻率或振幅提高加速度.工藝要求的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與設(shè)備的可靠性是一對(duì)矛盾,在設(shè)備可靠性能滿足生產(chǎn)要求的前提下,可能出現(xiàn)排料端物料不能脫離篩面或脫離篩面的時(shí)間很短.加大振幅帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)是震動(dòng)、磨損、維修量加大,同時(shí)顆粒按密度分層效果減弱,粒度及形狀影響加大,分選效果變差.5提高正弦曲線的能力兩種驅(qū)動(dòng)曲線的動(dòng)篩跳汰機(jī)工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,*.表2不同驅(qū)動(dòng)曲線的分選效果從表2可以看出,當(dāng)為改良正弦曲線時(shí),盡管提高了排料端的篩板角度,企圖加快床層移動(dòng)速度,但其單位面積通過(guò)能力只能達(dá)到18~24t/h,這正是由于排料端的高密度矸石層在下降期未能脫離篩面或脫離篩面的時(shí)間過(guò)短,床層不能松散或松散的空間和時(shí)間過(guò)小,高密度顆粒在篩面上不能移動(dòng)或移動(dòng)速度很慢,使通過(guò)能力無(wú)法提高;另一方面,誤入到高密度層的精煤顆粒難以浮起進(jìn)入精煤層,造成精煤在矸石中的損失.因此,改良正弦曲線,通過(guò)能力小;在處理量相同的條件下,分選精度又低.如果入料上限提高,入選粒級(jí)加寬,通過(guò)能力和分選精度會(huì)進(jìn)一步下降.液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)篩跳汰機(jī)產(chǎn)生的梯形波速度曲線,在上換向時(shí),在極短的時(shí)間內(nèi)完成減速和加速過(guò)程,產(chǎn)生很高的加速度,遠(yuǎn)大于大塊矸石干涉沉降的初加速度,床層縱向各點(diǎn)均能脫離篩面,有足夠長(zhǎng)的松散時(shí)間和適度的松散空間,使床層顆粒在垂直方向能分層,在水平方向能以一定速度移動(dòng).因此,單位面積處理能力為36~58t/h,是改良正弦曲線的2倍以上,而通過(guò)能力還要大得多,分選上限高,分選粒級(jí)寬.6石帶煤階在不同密度分層作用下的加速度特性動(dòng)篩機(jī)構(gòu)床面運(yùn)動(dòng)曲線的形式是影響分選性能的最重要因素之一.機(jī)械驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的正弦曲線或改良正弦曲線,其最大加速度與驅(qū)動(dòng)源的角速度的平方成正比,與偏心距成正比.在滿足選煤工藝要求的參數(shù)下,難以保證床層縱向各點(diǎn)的加速度均大于顆粒沉降加速度,在排料端附近高密度顆粒難以脫離篩面.角速度或偏心距越小,顆粒脫離點(diǎn)越靠近入料端,矸石層移動(dòng)