卧式离心脱水机动态特性的研究

摘 要：卧式离心脱水机是选煤厂用于末精煤脱水的主要设备。主要介绍VM1400型卧式振动离心机的结构和工作原理，并建立动学模型对其动力原理进行分析，通过振动系统微分方程，对其振幅进行具体计算分析，得到对地基的无动负荷振动频率。

关键词：卧式离心脱水机 结构 动力原理

中图分类号：TD43 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-042-02

在选煤厂中，卧式离心脱水机主要应用于小于50mm粒级煤的脱水，是选煤厂的关键设备之一。目前国内选煤厂使用的卧式离心脱水机大多都是进口的，如德国DBT公司的VM系列。最近几年国内卧式振动卸料离心机也得到了较快的发展，但国内许多选煤厂使用的国产卧式离心脱水机质量和技术方面均存在一定问题，许多大型选煤厂不得不花费巨额资金购买进口设备。现在比较成熟的是煤科院唐山分院研制WZY1400卧式振动离心机，但在大型化和高效性上仍与国外设备存在一定差距。二者都采用二次激振的动力减振原理，应用此原理将使卧式离心脱水机筛篮振幅增大，对入料变化适应性强，且对地基振动减小，使其运行稳定。因此采用二次激振的动力减振原理对于大型和高效选煤设备的研制与开发成为目前选煤设备发展的必然选择。

1 结构和工作原理

1.1 结构

图1为VM1400型卧式振动离心机的结构示意图。

1.2 工作原理

电机启动后由皮带轮带动主轴旋转，筛篮也随主轴旋转，物料从入料管给如筛篮底部，物料中的水在离心力作用下，透过料层和筛缝，甩向机壳四周，最后从离心液口排出，筛篮内的物料受离心力作用紧贴筛面，在振动电机振动力作用下，料层均匀地向筛篮大端移动，脱水后的物料从筛篮大端甩出，经排料口排出。

2 动力模型与动力原理

2.1 动力模型

根据图1的结构，可以简化模型为图2。

其中：

m1由振动电机，机壳，入料管等组成；

m2由旋转主轴，轴承，筛篮等组成；

K1为橡胶弹簧；

K2为剪切橡胶弹簧；

激振力F作用在m1上。

2.2 动力原理

启动振动电机后，m1受轴向简谐力作用产生受迫振动，通过剪切橡胶弹簧传递给m2， 由于振动电机产生的激振频率与m2振动体的固有频率接近，m2通过激振弹簧传给m1的力恰好与作用在m1上的激振力相平衡。这样 m1的受迫振动就被m2吸收掉了，m1就如同不受激振力作用一样保持静止，而m2却获得了较大的振幅，理论上实现了对地基的无动负荷振动。

其工作原理与单级振动离心脱水机基本相同，不同之处就在于其振动部分为两个振动体m1和m2。m1与m2靠剪切橡胶弹簧和联接销预压在一起，m1振动体激发m2振动体作轴向振动, m1振动体与m2振动体相互振荡，可使m1振动体产生非常小的振动, 获得m2振动体较大的振动, 因此可以极大的减小强振动所带来的的有害振动, 进而降低对材料强度和刚度的要求。但采用二次激振的动力减振原理的离心机安装和修理相对单级振动离心脱水机较为复杂。

振动系统的微分方程为：

对应于上述非齐次方程组的一个特解, 它是由激振力F引起的振动, 即系统的稳态振动。我们只研究稳态振动, 故设上列微分方程组有简谐振动的特解：

求导后代入上式即可解得：

其中 1， 2为弹簧的固有频率。

由 1， 2可作图如图3所示。

由图3可知 1与横轴有一交点，该点可使m1振幅为零，即对地基的无动负荷振动频率。

3 结束语

通过对卧式离心脱水机的结构及二次激振的动力减振原理的分析，得到对地基的无动负荷振动频率，同时二次激振卧式振动离心机一级级振动体的振幅很小， 但二级振动振幅较大，从某种程度上提高了离心机的处理能力。国内选煤厂使用的二次激振卧式离心脱水机多为德国进口设备，还有煤炭科学研究总院唐山分院已开发出了二次激振的卧式振动离心机，但在型号大小和维修方面都存在一定的问题，仍无法满足大型选煤厂的要求，即国内二次激振的卧式振动离心机仍有很大的改进空间。因此二次激振的动力减振原理为今后国内卧式离心脱水机的设计及制造提供了理论依据，将有利于国内卧式振动离心机的进一步改进。

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