山东新巨龙选煤厂选用美国CONN-WELD（康威德）公司生产的单层香蕉筛，以完成原煤的50mm与300mm一次性分级。在生产过程中，发现大块物料经常堵塞300mm的筛孔，每台香蕉筛需要1名工人用钩子处理堵塞的筛孔，浪费了大量人力，并且恶劣的工作环境还会损害工人的健康。为了解决这个问题，经过研究分析之后，设计了一种新型的防堵塞的分级香蕉筛。

1  方案设计

    煤用分级香蕉筛的作用是将矿井毛煤分成不同的粒级。为了提高香蕉筛的处理能力与筛分效率，往往通过激振器对筛机施加振动。新巨龙选煤厂所使用的康威德香蕉筛主要由筛箱、横梁与激振系统组成。筛机的主要工作部件是筛面，康威德香蕉筛的筛面主要由3行开孔50mm的筛板与2行开孔300mm的筛板组成^[1]。50mm的筛孔的形状包括胶囊形和圆形，呈菱形分布，300mm的筛孔形状为圆形，开孔率约为30%。

1.1方案的提出

    由于香蕉筛5行筛面的倾角由入料端到排料端逐渐减小，靠近排料端的开孔300mm的筛孔倾角很小，筛机对物料的抛射作用不明显，形状很不规则的难筛粒(300～450mm)很容易堵塞筛孔。加之300mm筛孔开孔率低，发生堵塞之后会严重影响正常的生产。

    改变筛机的倾角或筛面的倾角是可以避免堵塞发生行之有效地方法。但是，改变筛机的倾角需要改变筛机的支撑高度，不但施工困难，而且影响正常生产。改变筛面的倾角需要更改筛机的结构，不仅难以操作，而且会对筛机的性能产生不良的影响。

    正是在一些容易想到的方案不便实施的情况下，笔者创造性的提出用一种新型筛面更换为开孔300mm的冲孔筛板。这种筛面必须满足3个条件：一是不易堵塞；二是开孔率高；三是制造维护简单。在众多筛面形式中选择了能满足这3个条件的棒条筛。拟出的第1个方案是用棒条筛更换为开孔300mm的筛板，将棒条筛固联在香蕉筛的横梁上，随着筛机一起振动，并且保持一定的倾角；第2个方案也是用棒条筛更换掉开孔300mm的筛板，但是棒条筛不与筛机接触，彼此间的距离大于筛机共振状态下的最大振幅；第3个方案是在第2个方案的基础上，为了进一步增加大块物料在小倾角的棒条筛上的输运能力，将棒条全部更换为螺杆，螺杆以一定的角速度旋转；第4个方案是在第3个方案的基础上进一步改进，即筛面与筛机之间没有接触，将棒条与螺杆间隔排列，棒条固定不动，螺杆以一定的角速度旋转。

 

 

1.2方案的分析与确定

    由于香蕉筛在振动的条件下工作，第1个方案中棒条筛面与筛机固联在一起，随筛框一起振动，工作效果比固定筛要好，但是在交变应力作用下棒条很容易发生断裂。第2个方案相当于一个筛缝宽300mm的固定筛对大块物料进行分级，这个方案能很好的避免棒条因受到交变应力的作用而断裂，但是，由于没有振动，固定棒条筛的输运能力与抗堵塞能力都不足。第3个方案与第4个方案都不与筛机接触，避免受到交变应力的影响，并且能很好的提高筛面对大块物料的输运与抗堵能力。但是，第3个方案全部采用螺杆，由于螺杆比棒条更容易磨损与断裂，制造成本也比较高等一系列原因，应该尽量少用螺杆。所以，考虑到既要不影响工作效果，又要制造维护简单，最终选取了第4个方案作为最终设计方案。

2  技术设计

2.1  筛面构形设计

    棒条与螺杆间隔排列，棒条固定在2根横梁上，2根横梁分别通过两端的支架与法兰联接在筛机的漏斗与地面上。整个筛面不与筛机接触，两者之间的距离要大于筛机的在共振情况下出现的最大振幅，防止筛面与振动的筛机接触而损坏。每一根螺杆通过与横梁固联的轴承座中的轴承实现周运动。螺杆的一端与传动系统的链轮联接，电动机通过传动链带动螺杆以一定的角速度旋转。在螺杆的螺旋运动下，非阻碍粒(≥450mm)很快离筛，易筛粒(≦225mm)也很快透筛。难筛粒(225～300mm)与阻碍粒(300～450mm)如果形状不规则很容易堵塞筛缝，螺杆的周转运动会对堵塞的物料施加一个力矩，使物料翻转，可以透筛的则透筛，不可以的则被螺杆推动成为筛上物。

    笔者设计的分级香蕉筛防堵塞筛面螺杆的传动系统有些复杂，但是筛机的抗堵能力与输运能力都有所增加。通过1个只有1根螺杆与2个棒条的简易筛面试验得知，发生堵塞后，此筛能自动将堵塞物清理出来，而且物料没有堆积现象的发生。

    通过这个简易的试验发现螺杆不与棒条在同一个平面，物料就不会发生偏移，能够很好地沿着一个筛缝移动。所以，将螺杆相对于棒条下移了一段距离，螺杆与棒条构成一个倒置的等腰三角形，很好地避免了物料的偏移现象。但是，这样的布置使物料的筛分不严格，为了使透筛的物料不大于300mm，螺杆到相邻2个棒条的距离取300mm。需要避免大块堵塞在2个棒条之间接触不到螺杆的现象的发生，2个螺杆之间的距离取300～600mm之问，这要根据大块物料的粒度特性进行选择。

2.2  螺杆构形设计

    常用螺纹按照牙型的不同分为三角螺纹、矩形螺纹和梯形螺纹。此筛面所用螺杆选择三角螺纹很容易磨损，矩形螺纹对物料的输运能力比较强，但是不如梯形螺纹的抗堵能力强。

    图2(a)为等腰梯形螺杆截面图，螺纹由一根螺旋线形成，牙型角α为30°。与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。螺杆需要具有很强的耐磨性^[2]，所以，螺杆的材料应选取耐磨性好的锰钢等耐磨钢。

 

    由于此种螺杆应用的特殊陛，螺杆尺寸的确定需要综合考虑许多因素。小径d_l主要是进行强度计算中作为螺杆危险截面的计算直径。大径d的确定主要考虑到筛面的开孔率与工艺效果。中径d₂近似等于螺纹的平均直径。螺纹的导程s=np(n为螺旋线数目，P为螺距)，这里取n=l，所以此种螺杆的导程为螺距P。螺纹升角ψ为螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，在螺纹的不同直径处，螺纹的升角各不相同。螺纹升角是进行物料受力分析的主要参数之一。计算时，通常按螺纹中径d₂处计算，即

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

    由式(1)可知，当n与d₂以一定时，要获得较大的导程S，必须增大螺纹升角ψ(螺距一定，通过增加螺旋线数目也可以使导程增加)。当螺杆与螺母构成螺旋副时，升角ψ增大到一定值后，再增大ψ值螺纹副效率增大也不显著，因此一般ψ值不大于25º。笔者所要设计的螺杆作用是输运物料与解决堵塞问题，如果螺距太小，螺杆旋转一周，物料移动距离太短，如果增加转速，螺杆的磨损也会加重，并且大块物料只有接触到螺旋的侧面才会受到螺杆的推动作用，所以需要根据入选物料粒度特点，增加螺纹升角ψ，继而增大螺距。

2.3  螺杆受力分析

    当物料堵塞在棒条与螺杆之间时，螺杆对物料的作用力如图2(b)所示。F为螺纹作用于物料的垂直于螺纹侧面的法向力，F在笛卡尔坐标系的x轴、Y轴与z轴上的分力分别为轴向力F₁、圆周力F₂与径向力F₃。

    轴向力F_l推动物料移动，圆周力F₂可以促使能透筛的物料尽快透筛，径向力F₃可以与物料重力或挤压作用产生的力形成一个力矩^[3]，使堵塞的物料翻转出来，不再堵塞筛孔。F₁、F₂ 、F₃的表达式分别为

F₁=F cosψ sinα，    (2)

F₂=F sinψ，          (3)

F₃= F cosψ sinα，   (4)

式中：α为牙型角α=30º；ψ为螺纹升角，(º)。

    由式(2)～(4)可知，当α为90º时，即螺纹为矩形时，在螺纹升角ψ相同的情况下对物料起翻转作用的只小于牙型角为30º的梯形螺纹的F₃。当α一定时，螺纹升角ψ越大则轴向力一与径向力F₁越小，圆周力一越大，螺杆抗输运能力与堵塞能力相应的降低，当ψ为90。时，螺杆变成了棒条。所以，螺纹升角需要综合考虑物料特性和实际生产的需要选定一个合适的值，实现最佳的生产效果。

2.4  棒条构形设计

    棒条的截面形状多种多样，为了保证棒条不同的点到螺杆的距离皆为300mm，并且耐磨性好，这里选用圆钢作为固定棒条。棒条需要有一定的刚度与强度，同时也要考虑到开孔率的问题，选择棒条的直径需要结合实际而定。

3  结论

    为了解决分级香蕉筛实际应用中出现的大块物料堵塞筛孔的问题，进行了创新设计，同时进行了简易的验证性试验，试验结果表明，螺杆棒条筛能够很好地解决筛孔堵塞问题。笔者提出的新型筛面为选煤厂工程技术人员提供了一种新的解决分级筛筛孔堵塞问题的方法，香蕉筛生产厂家可以考虑生产安装有此种筛面的分级香蕉筛。[中国选矿选煤网]