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滚筒筛内物料运动过程的分析

  滚筒筛内物料运动过程的分析_机械/仪表_工程科技_专业资料。中图 分 类号 : QI2 T 7 文 献 标识 码 : B 文 章 编号 :0 7 0 8(000 — 5 0 10 — 3 92 1 )2 0 — 4 滚筒筛 内物料运动过程 的分

  中图 分 类号 : QI2 T 7 文 献 标识 码 : B 文 章 编号 :0 7 0 8(000 — 5 0 10 — 3 92 1 )2 0 — 4 滚筒筛 内物料运动过程 的分析宰 蔡玉 良, 杨学权 , 丁晓龙 , 东波, 美江( 翟 赵 中国中 际工 份有限公司( , 材国 程股 南京)江苏 南京 21 0 11 ) 0 摘 要 : 用数学分析的方法 , 究了物料在滚筒筛 内的运动过程 , 出了滚筒筛最佳运行状 态下的部分技术参数 , 运 研 得 为滚筒筛 的开发设计提供依据 同时 . 对滚筒筛结构参数( 包括 直径 、 长度) 的确定 , 安装倾 角和破袋刀具选择 等 , 出了一些原则性的 提 意 见 和建 议 关键词 :生活垃圾 ; 滚筒筛; 开发计算 A na y i hem at ra ov m e not tngse e l ssoft e ilSm e nti r a i iv . C i ui g Y n u q a , igXa ln , a D n b h oMej n C iaSnmaItra oa E gneigC .Ld, a Y l n , a gX e u n Dn ioo g Z i o g o Z a i g( hni nent nl nier o, t. a i a o i n N nig J l s l l0) a j . i g u 2 10 n a A bsr c :By m ah ta t temai n 1 ssmeh d t e mo e n fmae i l n r tt g se ewa t d e n o e t e l a a t r o t csa a y i t o . h v me t tra i oa i iv ssu id a d s me temia r mee s f o n p , . r t t g s v n t e b s mo i g sae a a e w ih o fr ee r n e frt e d v lp n n e in o t t g se e A h a o ai i e ih e t  ̄ n t t n e sg v h c f s r fre c h e eo me ta d d sg f o ai iv . tt es me e o r n t .Ut av adsget n r cpe ,s u f a b u tes c r p rm t s im tr n nt)is l t nic — i SF dk lugsosi pi i a p to r a otht t e aa e r( a e dl gh,ntl i l me I e e i n n l v m'd u r u e d ea e aao n a t n al{l utig to . i l mgc tn o 1 o ( Ke y wor : ur)lg r g :rttn iv - ’lpme a c lto ds 1 l a ba e oa i gse e d e o a nt l u ain c 0 前 言 运 动 部 分 ; 轴 线 方 向 的直 线运 动 是 由于筛 体 的 沿 倾 斜安 装 而产 生 的 。另外物 料作 上 述运 动过 程 中 , 滚 筒筛 是 生活 垃圾 分选 主要机 械之 一 , 要利 主 用内装刀具的简体回转运动和简体筛网 , 将袋装垃 圾 进 行 破袋 、 分级 ?滚 筒筛 的破袋 功能 主 要依 靠 内 假设 : 物料随筒体的转动沿简体轴线作螺旋筛分 ① 部 长短适 宜 的破 袋刀 具 ; 筛分 功能 主 要依 靠简 体 筛 运 动 , 不 考虑 内部 刀 具对 物 料运 动过 程 的影 响 ; 暂 面, 该筛 面一般 由编织 网或 ̄- 薄板 和框架 构成 , YL f 采 用倾 斜式 安装 , 筛 分 的垃 圾 随简 体 的转 动作 螺旋 被 翻动 , 度小 于筛孔 的物料被 筛 出 , 粒 大于筛孑 的 留在 L 与筛体之间还可能存在滑动。 在 研究 滚筒 筛 内物 料 的运 动规 律 时 , 了如 下 作 ② 不考虑物 料之 问的相互干 扰 。 I 筛体 直 至从简 体尾部 排 出 本文着 眼于滚 筒筛 内 物料 的运 动规 律及最 佳的理论 控制 参数进行 分析 研 究, 以期 为滚筒 筛的结 构设计提 供理论 依据 。 1 滚 筒筛 内物 料的运 动分析 11 物 料 的运动轨迹 . 由于滚 筒 筛简 体倾 斜 安装 , 围绕 自身轴 线 作 并 同转运 动 , 因此 物 料 在滚 筒筛 内的运 动过 程较 为 复 杂 、侄 物 料层 中取 某 单元 体 P, 在 滚筒 筛 内的 其 运动如图 1 所示。 元体P 入滚筒筛后 , 进 被旋转 的简 体提 升 至 0 , D 点 在 点脱 离 筛 面做 抛物 运 动 ; 当 到达最 高点 D处后 . 回筛面 8处 , 落 如此往 复循环 运 动, 直至 排 出滚 筒 筛 j单元 体 P在 滚 筒筛 内 的运 动 可 分解 为 x) 面 内的 平 面运 动 和 沿 z o? 平 轴线 物料在滚筒筛 内运动轨迹 1 . 单元体 P在 x y 面 内的运 动和分 析 .1 1 o平 单 元 体 P在 xy 面 内的运 动如 图 2 o平 所示, 其 运动过 程分 为两部分 : 到 。 的圆周运 动 、 点到 曰点 点 0 D点再 到 点 的抛 物线运 动 , 具体 的运动 方程如 下 : 圆周运 动方程 x — = rc 一 直线运动 ?物料在X、 O 平面内的抛落运动又可以分 解 为两部 分 : 物料 随 筛体 的 圆周运 动 部分 和抛 物 线 国家“ 十一五 ” 科技 支撑计 划项 目( 题编 号 :0 8 A 0 B 4 课 20 B J5 0 ) x=v n t i s 抛物线运动方程 : y v o : ( :f s c 一 永 工 程 一一 、 蔡 玉 良 , : 筒 筛 内物 料 运 动 过 程 的 分析 等 滚 令: :o, 可解得 ct ,【3.6 。 o: 0 524 。 : 由上述计算可得 , = 5 6 。 , y) 当a 3 . 4时 ( 值最 2 一 大, 物料在滚筒筛 内翻动也最充分。 11 单元 体 P沿 z 线 的运动 和分析 .. 2 轴 假设单元体 P在筛体内不发生轴 向滑动 , 则单 元体 P沿 z 轴线 运动 为 间歇式 的 。 由图 1 可知 , 单元 体 P每 完 成一 个 循 环 , 沿轴线 方 向移 动 B 移 。 B位 因此 , 可先 计算 出单 元体 P每完 成一 个 循 环所 需 的 时 间和移动 的位 移 , 再计 算 出单元 体 P沿 z 线 的平 轴 ’ l 均速度 。 图 2 物料在 x y平面 内的运动轨 迹 o ( ) 元体 P每 完成 一个 循环 的时 间包括 随 滚 1单 筒筛进 行 圆周运 动的时 间 t 和抛物运 动 的时间 t : 。 式 中: 单元体 P o 平面内距筛体轴线的距离; 一 在xy 单元体P的脱离角; 在xy 扩一 o 平面 内单元体 P 脱 离时 的线速度 ; 一滚 筒筛 的角 速度 ; 单 元体 P的 f 一 一 若假设单元体 P与简体之间不存在滑动 , 则其 随滚筒筛进行 圆周运动的时间可 由 / 0B - 和筒体 o 的转速 计算得 出。 由日点 的坐标 可 以计 算 出 : ,, , 运 动 时间 。 由单 元体 P的运 动方程 可 以得 出其运动 轨迹 方 程, 具体如 下 。 圆周 运动轨 迹方程 : ( — CS )+ y n ) :r 0 ≤ R ( ) rO ̄ ( +ria s <r 1 / 0B 4O 则 = 。 _o 1= , / j 由抛 物线 运 动 方程 和 B点 坐 标 , 以得 出单 元 可 体P 作抛物运 动的时间 : :—0io oa 其 中 n , 1 s— s 2 2 n ̄ c , 兀, 2 为滚筒筛的转速。因此 , 单元体P每完成一个循环 抛 物线运 动轨迹 方程 : ’一 的时间 tt f =l 2 +。 0<r R ( ) ≤ 2 2 Y=x o ̄一 ct - () 2 单元体P每完成一个循环 , 沿滚筒筛的 轴 线移 动 B 。 度 。 由单元 体 P的运 动方 程 和运 动 时 B长 问, 可以得出单元体P 每完成一个循环的位移 z : / RsnOg ¥ttn0 -4 i aO  ̄a 根据 方程式 ( ) ( ) 1和 2不难 解 出任 意 圆和抛物线 两 条 曲 线 的 交 点 坐 标 分 别 为 原 点 O( , ) 0 0 和 (rnO O (,4s O OZ。若 r R 为 滚 筒筛 4s / S/一 rn  ̄ SO i C 2 i C ) : 的半径 ) , 时 即物料 位 于筛 体 的 内壁 处 , 条 曲线 的 两 交 点分别 为 ( , ) (R i O O O 一 R i a o。 。 0 0 和 4 s / S/ 4 s cs n C , n ) 因此 , 单元体 P 轴线方向的平均运动速度vl。 沿 =t / 1 _ 单元体 P .3 1 在滚筒筛内圆周向的滑动和分析 单元体 P 在滚筒筛内是否出现圆周向的滑动与 滚筒筛转速的高低相关 , 具体分析如下。 单元体P xy 在 o 平面内受力分析如图3 所示。 重 力 G在 xy 面 内 的 分 力 为 G o 离 心 力 o平 cs 0, 为 了获得 较 高 的筛 分效 率 , 使物 料在 筛 体 内 应 作 较 大 的翻动 , 物料 在 筛体 内能 够 获得 最大 抛 落 使 落差 , 即要求 图 2中(oy) 最大 值 。将方程 () y—s取 2 对 求 导可得 : d y 一 : c t 一 o 口 d x ,s n i 若 = , 0 可得:s 2 0 。rics n Q 将带人方程( )可得: 。 L cs 。 2, Y = i 。2 rn s 而: 4s o o , : 一ri  ̄ s 则 nc (。一 ) rsna c s t 4 i c s 口 : 1 i ' o 2c + rsn 。 图3 单元体 P的受力分析 一 6一 求 工 程 c= J /" , V /I  ̄ C-  ̄ 2 2 而 TE A / ; I F7 , , 力 C与重力 G 法 向上 的分力相 等 , : 在 即 摩擦 力 : : gc s i , o Osn F C+G o c s c s o 8) 0 而 v : jU , 可得 : — — 则 3 0 、 gco sOsnc i t . 式 中 : 一 单 元 体 P的 质量 , 滚 筒筛 轴 线 与 水平 m 一 面 的夹 角 , 单 元 体 P的线 速度 ,-单元 体 P与筛 一 广 体或 物 料层 之 间 的静 摩擦 系数 , 单 元体 P的位 一 置 角。 , 式 中 : 单 m一 7 V 【 元体 P的质 量 ,gr 单元 体 P的切 向线 速度 , /; k; ms n 滚筒 筛的转速 , r n 一 r i。 / a 当等于 9 。 , 元体 P到达 点 尚不会 抛 落 , 0时 单 此 时 的转 速 为 滚 筒 筛 的 临 界转 速 , :3 , 0 、 单元体 P 滚筒筛 内刚开始 滑动时 , : 在 则 F fC G o 0o 8 =, s cs -( + cs cs ) C o 0o 6 c /s gO  ̄ 将离 心 力 c的表 达式代 入上式 , 可得 : 八 + o0 od gcs c s cs o 0 当O 3 . 4 时 , 料 在筛 体 内可 获得 最 大 的抛 落 l 5 6。 物 取 2 落 差 , 时的转速: . n。 此 07 6 若0 6 , = 。则可得 出滚筒筛 的适 宜转 速与 直径 r 之 间 的关 系 , 图 5 示 。从 图中可 以看 出 , 如 所 随着 滚 若06 0 6 , .,= 。 则可 根据 上式 可求 出单元 体 P开始滑 动 时的位置 角与滚筒 筛转速 、 径之 间的关 系 , 图 半 如 4 示 从 图 中可 以看 出 , 所 在相 同 的滚 筒筛 半径 下 , 筒 筛半 径的增加 , 滚筒筛 的适宜转 速略有 降低 ; 当滚 筒 筛 直径 为 3 , 筒 筛 的适 宜转 速 约 为 1~ 0 m时 滚 8 2 rmi / n 3 o0 0. 随 着转 速 的增 加 , 单元 体 P开始 滑 动时 的 位置 角也 随 之增加 , 而且增幅 随转速 的增加逐 渐变大 ; 在相 同 的转 速下 , 随着滚 筒筛直 径的增 大 , 元体 P开始滑 单 动 时 的位置 角亦 随之 增加 , 而且增 幅 随半 径 的增加 逐渐 变大 ? 2 00 5. 、 \ 2 0 0.0 ~ 、 根据 后续 的滚 筒 筛转 速计 算过 程 可知 , 筒筛 滚 直 径 为 3 l , 适 宜 转 速 约 为 1~ 0/i。 对 比 时 其 n 8 2rn r a 图 4中 的结 果 可 以看 出 , 当位 置 角 5 。 右 时 , O左 物料 在滚 筒 筛 内就 出现 圆周 向的滑 动 。 因此 , 应在 滚筒 、 \ l o 5.o 筛 内设 置扬料 板 , 以提升 物料 , 高筛分效 率 。 用 提 I0 】 1 0 0.0 J 12 . 14 . 16 . 丰 径/ m 图 5 滚 筒 筛 适 宜 转速 与 半 径 的关 系 , - l)) ( ( 9 0 8 0 7 0 , /’ 2 滚 筒筛结构 参数 的确 定 _ / l , / . /,? / , / / _ :/ / , 二 滚 筒筛 主 要 由筛简 体 、 防护 罩 、 出料 斗、 动 进 传 装 置 、 动装置 、 驱 止推轮 等组成 。在设计 滚筒筛 时越 考虑 筛简 体 的直 径 、 度 、 长 安装 倾 角 、 内部破 袋 刀具 等结构 参数 。 21 滚筒 筛 的直 径 . 筛筒体 的直径 D是滚 筒筛设 计 中最 重要 的参数 之一 , 与滚 筒 筛 的处 理 能力 、 理物 料 的性 质 、 它 处 安 避 60 5 0 40 一 . .: 主:: :: 乏: 复≥三= =一 二 l ’一 ; } ’ { 3 0 1 l l l l 2 22 2 2 2 3 3 0 2 4 6 8 0 4 6 8 0 2 — — 转射 ( ? n ) rmi。 半径 l … ‘ 径 1 m……一 m… 半 . 2 半径 1 m … … 半 径 1 m . 4 . 6 图 4 单 元 体 P开始 滑 动 时 的位 置角 与 滚 筒 筛转 速 的关 系 装倾 角等 因素有关 。 由于生 活垃圾滚 筒筛处 理的物 料 较 为特 殊 , 物理 特 性 不 均一 , 径 和成 分 波 动很 粒 1 滚 筒筛 的转 速 . 2 根据前 面 的 分析 可知 , 筒 筛 的转 速 直 接影 响 滚 物料 在筛 体 内的运 动过 程和 筛分效 率 。单元体 P在 O 处 脱 离筛 面 作 抛 物线 运 动 , 时 其 所受 的离 心 点 此 大, 因此很难通过计算给出确切的筛筒体直径 , 可根 据 已有 的滚筒 筛 直径计 算 经验 公 式1 国内外 已有 2 1 和 的滚筒筛规格对筛简体直径进行评估后确定 22 滚 筒筛 的长度 . 水 工 筛简 体 的长 度包 括筛 板 开 孔 段 的 长度 、 进 口的缩 口长度 厶、 轮 的宽 度 ( 厶) 出 口盲板 的 托 厶+ 和 长度 厶。 较大, 对大 块 的垃圾有 一定 的阻挡作 用 , 利于垃圾 不 物料 的下 泄和排 除 ; 果刀具 的排 布密度得 到控 制 , 如 将 不会影 响垃圾 料 的排泄 ; 采用该 种结 构 , 但 有利 于 加 大袋 装 垃圾 的破 裂 度 , 使得 垃圾 能 够顺 利 得到 排 出料 袋 , 利于提 高分选 的效 率 。 有 3 结论 筛 板 开 孔段 的长 度 厶除 了需 要 考 虑 筛 分 效 率 外, 还要 考 虑 筛孔 布置 和 筛 板制 造 的方 便 , 般 取 一 ( 3—5D( 筛 筒 体 的直 径 ) 增 加 开 孔 筛 板 的 长 ) ; 度 , 以延 长 垃圾 在 筒 内 的运 动 时 间 , 高筛 分 效 可 提 率。但已有实践证明, 过分增加筛分长度 , 筛分效果 () 料 的脱 离 角o 3 . 4 时 , 料 在筛 体 内 1物 z 52 。 物 = 6 增加并 不显 著 , 而且 还增 大 占地 面积 , 投 资。进 可获得最大抛落落差 , 增加 翻动也最充分 。 口的缩 口长度 和托轮 的宽度 ( 厶) + 由设 备专业 根 () 正 常 工作 转 速 下 , 料 在 滚筒 筛 内会 出 2在 物 据支撑的需要和具体的结构要求确定 , 但不易太长, 现 圆周 向的滑 动 。 因此应 在滚 筒 筛 内设 置扬 料板 , 增加 设备 的 占地 面积 。出 口盲 板 的长度 厶由工 艺布 用 以提升 物料 , 高筛 分效率 。 提 置需 要 确定 , 主要考 虑卸 料 斗 和输送 皮 带改 向滚 筒 的布置 要求 。 ( ) 筒 筛 的适 宜 转 速 , 论 上 约 为 临界 转 速 3滚 理 2 滚筒筛 的安装 倾 角 . 3 滚 筒 筛简 体 的安 装倾 角 0 接影 响 垃圾 在筛 筒 直 体 内完成 一 个循 环 运动 时沿 轴 向前进 的距离 , 而 从 的0 6 ; . 倍 随着滚筒筛半径的增加 , 7 滚筒筛的适宜转 速 略有 降低 。 () 确 定 滚 筒筛 结 构 参 数 时 , 充 分分 析 国 4在 应 内生活 垃圾 的组成 和 特性 , 考 国 内外 已有 装备 的 参 实 际运行情 况 , 展针对 性 的开发 和设计 。 开 参 考 文 献 影响滚筒筛内垃圾的破袋率 、 停留时问 、 滚筒筛的产 能、 筛分效率等。在筛简体长度和转速一定的情况 下 , 角 的增 加 使物 料层 表 面沿 物料 前 进方 向的倾 倾 斜度增 加 , 而增 大 了料床 沿前进 方 向的重量分 力 , 从 【】 金 良, 1盛 高君. 垃圾 滚筒 筛参数 设 计【 . J 建筑机 械化,04 ] 20 ( . 3) 使轴 向的抛落分速度或滑落分速度加大 , 从而使整 体 的平 均截 面速度加 快 , 短 了物料 停 留时问 , 高 缩 提 了物 料通 过 量 。但 如果 安装 倾 角过大 , 垃圾 在筛 筒 【】 涌根 , 炜 . 2钱 顾 高虹 , . 圾 滚 筒 筛设 计 【1 程 机 械 ,99 等 垃 J工 . 19 ( . 5) 体内的运动循环次数减少 , 降低 了垃圾的破袋率和 筛分 效率 。倾 角 较小 时 , 需要 提 高简 体转 速 以保 证 处理能力, 垃圾在筛筒体内的循环翻滚次数增多 , 有 利 于垃圾 的筛 分 。根 据 国 内外 已有 的滚筒 筛 资料 , 滚筒筛筒体的安装倾角在 5 ~l。 。 5较为适宜。 2 破袋 刀具 . 4 ( 辑i 编 刘翠 荣 )收 稿 日期 :0 0 0 — 4 ( 21—3 0 ) 破袋刀具直接影响到其使用寿命 、 滚筒筛 的筛 分效率 和处理量 。 目前 国 内城 市生 活垃圾 多半采 用 塑 料 袋 包 装 收 集 , 燃 的 大 块 物 质 相 对 国外 较 少 可 勘 误 2 1 年 第 1 水泥 工程》 0 , 00 期《 第4 页 吕保峰 的“ 劣质 原燃 材 料 实现优 质 高产低 (%~ 5 , 5 2%)而厨余 、 灰尘 、 土砖块等物质相对较多 (5 8 %) 因此 必 须结 合 国内 的城市 生活 垃圾 的 7 %一 0 , 具体情 况 , 进行 针对性 的设计 。 目前通 用 的破 袋 刀具 的结 构形 式有 多种 : 形 柱 锥脯型 、 三角板 型 、 角锯齿 型 。采用 柱形 锥脯型 结 三 耗 生产 ” 文表 1 误如 下 : 一 勘 表 1 0 7 2 0 年进场石灰石平均 2 0 年 0 8 化学组成质量分数 构, 在滚筒筛截面上遮挡 的面积较小 , 有利于垃圾物 料的下泄 , 对于提高产量有一定的优越性, 但在破袋 方面, 在无 其它方 向上 的受力情 况下 , 仅将袋 子锥 成 圆洞 , 易大块垃圾 的外 泄 , 不 尤其 是塑 料袋装 化垃圾 的破 袋显得更 为重 要 。而三角板 型或三 角锯齿 型 的 结构 , 相比柱形锥脯型 , 在滚筒筛截面上遮挡的面积 一 8一 水淀工 程型

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