□劉有戰(zhàn) □王四通 □魯金鋒

（1豫西黃河河務(wù)局 2河南黃河河務(wù)局）

0 引言

黃河洛陽(yáng)河段內(nèi)河床由砂卵石組成，大多粒徑在20～200mm，河道內(nèi)疏浚采砂多用經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的鏈斗式采砂船，使之能適應(yīng)砂卵石的開(kāi)采，同時(shí)為了減少砂石后續(xù)的分選工作量,提高生產(chǎn)效率，在采砂船上加裝了分選篩，使鏈斗采挖上來(lái)的砂卵石經(jīng)過(guò)分選篩分成砂和卵石。近年來(lái)，我國(guó)挖砂船分選裝置的研制、推廣使用得到了快速發(fā)展，在軸流式、振動(dòng)篩分選裝置上投入的精力和工作量比較大，取得了一定的成果；但錐型軸流組合橫置式分選篩裝置的研究還比較少，還不夠成熟和系統(tǒng)，相關(guān)試驗(yàn)研究還不夠深入。為完善軸流分選裝置的理論，提高分選效率和改善分選質(zhì)量，研究設(shè)計(jì)了錐型軸流組合橫置式分選篩裝置，該裝置滿足采砂船砂石的分選要求，可為采砂船砂石分選裝置的研究提供有利的平臺(tái)。

1 軸流式分選機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)與工作原理

錐型軸流分選篩裝置工作時(shí)，需根據(jù)砂石分選要求，選擇合適的技術(shù)參數(shù)。料斗挖砂機(jī)構(gòu)將砂石從河底挖出，經(jīng)鏈輪提升到集料箱中，再經(jīng)導(dǎo)板導(dǎo)入錐型軸流分選篩中。分選篩有兩層篩架，砂石進(jìn)入分選篩里層篩片內(nèi),隨分選篩一齊轉(zhuǎn)動(dòng)，河砂在篩面推力作用下在篩面上滾動(dòng)并沿軸向流動(dòng)，一層篩面隔除砂石中＞80mm的大石塊及雜質(zhì)，由里層排大石口排出，收集裝船運(yùn)上岸，作進(jìn)一步的加工處理，以利于河道的疏浚；而細(xì)砂和（5～80mm）的中小石塊流入第二層篩面上繼續(xù)篩理，經(jīng)篩分后,二層篩面隔除砂石中的小石塊,并經(jīng)二層篩面出口進(jìn)入小石塊接料箱中，砂透過(guò)二層篩面經(jīng)導(dǎo)流板進(jìn)入砂接料箱，見(jiàn)圖1。

圖1 錐形軸流分選篩篩分示意圖

為提高砂石的質(zhì)量，透過(guò)一層篩面小石塊及透過(guò)二層篩面細(xì)砂經(jīng)導(dǎo)流板進(jìn)入接料箱之前,隨料斗提升上來(lái)的水,對(duì)錐型軸流分選篩裝置中的砂石進(jìn)行適當(dāng)?shù)臎_洗,將砂石中的泥土沖出,減少了后續(xù)加工的工作量。

2 主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

對(duì)錐型軸流分選篩裝置結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)確定錐型分選篩小端半徑和大端半徑?jīng)Q定分選篩的錐度,選擇分選篩的長(zhǎng)度可提高分選效果;選擇分選篩的轉(zhuǎn)速,可確定將砂石提升的高度,在重力作用下,砂石和篩體分離后,利用自身的質(zhì)量和下落時(shí)產(chǎn)生的加速度對(duì)分選篩中的砂石進(jìn)行打擊,使粘在石塊上的細(xì)砂與粘在篩片上的細(xì)砂相互分離,提高砂和石塊的分選質(zhì)量。通過(guò)數(shù)據(jù)采集和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使錐型軸流分選篩系統(tǒng)的工作可靠、分選質(zhì)量理想。該分選篩具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能全面，操作及使用方便的特點(diǎn)。

2.1 轉(zhuǎn)速的確定

錐型軸流分選篩裝置的內(nèi)圓半徑設(shè)為R，繞通過(guò)中心的水平軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，篩內(nèi)砂石由篩壁上的凸棱帶著上升。為使砂石獲得迫使粘在石塊上的細(xì)砂與粘在篩片上的細(xì)砂相互分離的能量，石塊應(yīng)在θ=θ0時(shí)才掉下來(lái)。石塊只有在獲得足夠大的離心慣性力后才能隨篩壁上升,為此首先確定分選篩的轉(zhuǎn)數(shù)n。

取石塊為研究對(duì)象，石塊被旋轉(zhuǎn)的分選篩帶著沿圓弧向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)石塊到達(dá)某一高度時(shí)，會(huì)脫離筒壁而沿拋物線下落。

石塊在上升過(guò)程中，石塊受到重力mg、筒壁的法向反力FN和切向反力F的作用，受力分析見(jiàn)圖2。

圖2 錐形軸流分選篩砂石受力分析圖

列出質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程在主法線上的投影式：

質(zhì)點(diǎn)在未離開(kāi)筒壁前的速度等于筒壁的速度：

當(dāng)θ=θ0時(shí),石塊將落下,這時(shí)FN=0

顯然，θ0越小，要求n越大。

當(dāng)θ=10～15°時(shí),砂石脫離篩網(wǎng),篩分效果較好,分別代入小端篩網(wǎng)內(nèi)徑r=0.70m和大端篩網(wǎng)內(nèi)徑R=1.50m,可求得轉(zhuǎn)速：

當(dāng)θ0=0,石塊就會(huì)緊貼筒壁轉(zhuǎn)過(guò)最高點(diǎn)而不脫離筒壁下落，起不到砂石和篩網(wǎng)分離后相互撞擊的作用。因此說(shuō)，分選篩的轉(zhuǎn)速不能過(guò)大,但也不能過(guò)小,否則砂石不能隨分選篩上升，起不到分選的作用。當(dāng)分選篩的轉(zhuǎn)速為24r/min≤n≤24r/min時(shí),較為合適,砂石將按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分選。

2.2 分選篩砂石沿軸向流動(dòng)分析

砂石隨分選篩轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在摩擦力FS和正壓力FN以及重力mg作用下,其合力為一個(gè)方向朝右下方的作用力，該力將使砂石沿軸向自小端向大端移動(dòng),在移動(dòng)過(guò)程中,不斷地將細(xì)砂、砂石及大石塊分離開(kāi)來(lái),經(jīng)過(guò)幾次篩分,流出軸長(zhǎng)為5m的分選篩后,砂和料石可以達(dá)到預(yù)期的篩分效果，砂石受力分析見(jiàn)圖3。

圖3 錐形軸流分選篩砂石受力分析圖

2.3 分選篩動(dòng)力配置

錐型軸流分選篩選用18.50kW的電機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，轉(zhuǎn)速為970r/min。通過(guò)電機(jī)皮帶輪和減速機(jī)皮帶輪的大小和減速機(jī)的傳動(dòng)比,使分選篩的轉(zhuǎn)速在正常工作的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。

2.4 其他特性分析

錐型軸流分選篩的支撐水平剛度很小，可以認(rèn)為不傳遞水平振動(dòng)力，因此不需校核分選篩的水平振動(dòng)。作用于分選篩上的垂直周期性振動(dòng)力，一般僅能引起分選篩的局部振動(dòng)，該振動(dòng)有利砂石分選,受影響的僅是支承振動(dòng)篩的篩軸和支承篩軸的支架，由于分選篩的轉(zhuǎn)速較低，垂直方向的振動(dòng)能量較小,因而不需作動(dòng)力計(jì)算。

3 應(yīng)用情況

錐型軸流分選篩設(shè)計(jì)完成后，分別在河段多條疏浚采砂船上得到了應(yīng)用。整個(gè)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，替代了岸上砂卵石分選與洗砂過(guò)程，不僅使分選效率提高了3～5倍，而且節(jié)省了生產(chǎn)場(chǎng)地，大大提高生產(chǎn)效益。