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“基于刨花四级分级的振动筛总体结构设计”文献综述
摘要: 随着制作刨花板的原料越来越紧缺，所用原料的种类也随之增多，这导致刨花分选的难度也逐渐增大。本文从刨花分选的目的及意义出发，介绍了刨花分选的方法、原理以及所用到的筛分机械。本文针对筛分机械进行研究分析，详细介绍了各类刨花分选机械的结构组成、工作原理及其工作特点。本文主要通过对比芬兰的美卓ES振动筛和国内的ZKX振动筛来介绍国内外振动筛分机械的发展概况，并将四种筛分机械进行对比分析，探讨其各自的优缺点，以找出最适合刨花分选的筛分机械。
关键词：刨花板、刨花分选、筛分机械、振动筛
Abstract: With the production of particleboard materials are becoming scarce, that also will be increased with the types of raw materials, which leads to the difficulty of sorting shavings gradually increases. Based on the purpose and significance of shavings sorting, this paper introduces the methods and principles of shavings sorting and the screening machinery used. This paper studies and analyzes screening machinery, introduces the structural composition, principle, and characteristics of various wood shavings sorting machines. This article mainly introduces the development of domestic and foreign vibratory screening machines by comparing Metso ES vibrating screens in Finland and ZKX vibrating screens in China. Whatrsquo;s more, this article also compares and analyzes the four screening machines to discuss their respective advantages and disadvantages, and find out the best screening machine for wood shavings.
Keywords: particleboard, particle sorting, screening machinery, vibrating screen
1、前言
随着目前全世界木材产量大幅降低，刨花原料越来越紧缺，因此在刨花的制备过程中所用原料的种类也较多，这也导致除了得到合格的刨花外，还会产生一部分不合格的细碎刨花和大块刨花。而刨花颗粒作为刨花板生产的主要原料，其筛分过程作为工艺流程的重要环节，直接影响刨花板性能。所以为了提高木材的利用率，生产高质量的刨花板，很有必要在刨花板的生产过程中对刨花进行筛分，将不合格的细碎刨花和大块刨花去除，将符合尺寸规格要求的合格刨花分选出来[1]。
刨花分选就是通过机械方法或气流方法将刨花按照不同结构的刨花板要求进行分级、选出合格刨花的过程。用于分选的设备称刨花分选机，按其分选原理分为机械分选机和气流分选机两大类。刨花原料筛分设备的基本工作原理是利用筛网在水平或垂直方向的振动或摆动，靠原料的重力和惯性力，使小于筛网孔的刨花原料通过筛网，大于筛网孔的刨花原料则留于筛网上，达到将原料分级的目的。由于机械分选机只能按刨花的长度和宽度尺寸分级，不能按刨花厚度分级，因此机械分选机可将刨花按其表面尺寸大小分出大、中、细、粉尘等规格。机械分选机按筛体运动状态主要可分为振动筛、摆动筛、回转筛和分级筛。
刨花分选机在工作时由于振动频率较高，其承受的动载荷也较大。在工作过程中，主要组成部件的筛箱会受到筛分物料的重力和物料振动产生的惯性力作用，尤其在高频振动下惯性力会成倍增加，所以振动筛的筛箱在实际工作中受力状况非常恶劣。在运转一定时间后，可能出现筛箱侧壁裂开、支架磨损断裂、底梁弯曲等问题，造成一些安全事故，严重影响了企业的正常生产[2]。常见的问题还有电机运转不良、异常声响、原料无法自动排出、筛孔堵塞、筛网破损、出料口裂开等。
针对刨花筛分过程中常见的问题，设计一款结构性能优越、筛分效果好、筛分效率高且耗能少的刨花四级分级的振动筛具有十分重要的意义。刨花四级分级的振动筛可对刨花原料进行细致筛分，得到合格刨花，以此提高刨花板质量，达到企业生产的技术需求和经济效益。
2、国内外研究概况
2.1 振动筛
振动筛是在一个振动架上设置适当网目的筛网，一般均以一定的下滑角度放置，主要由进料口1、筛箱2、驱动装置3及支架4组成（振动筛如图1所示）。驱动振动筛的两电机反向同步转动使激振器产生两个方向相反的激振力，筛网在振动筛筛箱的带动下做纵向运动，需要筛选的物料通过加料装置加于筛网的上段，筛面上的物料在振动架的连续振动中逐渐下滑。在下滑过程中，小于网孔的物料通过筛网下落被选出，大于网孔的物料从振动筛的下端滑出回收重新利用，这样就达到了物料筛选的目的[3]。
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图1 振动筛结构示意图 |
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Fig. 1 Schematic diagram of vibrating screen |
其特点是振动频率较高、振幅较小，但结构简单、分选效果好、工作效率高及可靠性高，在所有筛分机械中占有绝对优势，占有量约为95% [4]。振动筛按照运动轨迹分为椭圆振动筛、圆振动筛、直线振动筛等，其筛面主要以正弦平动的直线运动为主，筛分性能有限。而且振动筛始终存在着筛分能力不强的问题，提高处理能力，筛分效率降低；提高筛分效率，处理量降低[5]。同时振动筛还存在一个十分明显的缺点，就是不适合于筛选含水率较高的湿物料。当使用振动筛筛选湿物料时，湿物料就很容易把筛网的网眼堵上，这样就减少了筛网网孔的数量，达不到预期的筛选目标，产量降低[6]。因此，在刨花板生产线上刨花振动筛分机械多配置在刨花干燥工序之后[7]。
国外对振动筛的研究起步较早，从16世纪就开始对其进行研发，到了18世纪欧洲工业革命时期，振动筛分机械的研究得到重视并飞速发展，使振动筛的研发水平得到很大的提升。到本世纪，筛分机械发展到一个较高水平[8]。如德国的申克公司具有多品种、多序列的振动筛型号，数量多达260多种[9]。还有芬兰的美卓集团生产的ES型振动筛（美卓ES型振动筛如图2所示），与同规格的常规振动筛相比，其高能效椭圆运动可使产量提高25%。在恶劣的筛分条件下，例如湿式筛分或筛分粘性和参杂泥土的物料， ES振动筛可实现提供强劲的筛分运动。此外，由于美卓ES层间只有一个轴，而非通常的三个轴，因此非常便于进入振动筛内部。加高50%的层间空间，可显著改善维护保养的安全性和便利性。ES型振动筛的技术参数如图3所示。其筛分面积范围是9.1m2 ~15.1m2，处理能力强。它有2层筛和3层筛，可根据不同粒度的物料按需求选择筛网层数。驱动电机的功率范围是15KW~30KW，相较于同规格筛分设备，其耗能较少，节能环保，并有效得降低了生产成本。此外，其最小质量为9500kg，最大质量为16500kg，可满足不同需求的工作场合。
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图2 美卓ES振动筛 |
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Fig. 2 Metso ES Shaker |
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图3 美卓ES系列技术参数 |
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Fig. 3 Metso ES series technical parameters |
由于我国的工业发展起步相对较晚，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国筛分机械的发展相对缓慢，对振动筛的研发始于20世纪五十年代。虽然起步晚，但随着我国工业的快速发展，国内企业对振动筛分技术的研究越来越重视，不断进行自主研发创新，同时从国外引进最新的技术,这使得国内振动筛与国外振动筛的技术差距越来越小。如鞍山矿山机械厂逆向设计美国TI倾斜振动筛和TH水平振动筛，并加以改良，生成自己的YA型和ZKX型筛分机[10]。洛阳矿山机械厂逆向设计日本HLW型振动筛，国产化研制成ZK型大型平动筛，该筛机筛面达27m2，是国内之最。
其中，ZKX型属于直线振动筛，Z表示直线振动，K表示块偏心，X表示箱式振动器，筛面倾角0°，振动方向45°。直线振动筛利用振动电机激振作为振动源，使物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动，物料从给料机均匀地进入筛分机的进料口，通过多层筛网产生数种规格的筛上物、筛下物，分别从各自的出口排出。ZKX型振动筛具有稳定可靠、消耗少、噪音低、寿命长、振型稳、筛分效率高等优点。ZKX系列振动筛主要技术参数如图4所示。ZKX型振动筛其筛面面积为3~4m2，处理量最低为20t/h，最高可达50t/h，而其功率仅为7.5kw，由此可见ZKX型振动筛筛分效率之高，耗能之小。其质量范围是4900kg~5800kg，质量相对较轻，体积较小。与芬兰的美卓ES振动筛相比，ZKX型振动筛筛分面积较小，处理能力较低，但所耗功率少，质量体积小。相比之下，美卓ES振动筛更适合筛分强度大的场合，ZKX型振动筛对工作量小，筛分精度要求高的场合较为适合。
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图4 ZKX系列振动筛主要技术参数 |
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Fig. 4 Main technical parameters of ZKX series vibrating screen |
2.2 摆动筛
摆动筛主要由进料口、上盖、中盖、出料口、摆振体、阻旋弹簧、主枢轴及驱动装置等组成。摆动筛根据结构不同可分为圆形摆动筛（圆形摆动筛如图5所示）和矩形摆动筛（矩形摆动筛如图6所示）。
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图5 圆形摆动筛结构示意图 |
图6 矩形摆动筛结构示意图 |
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Fig. 5 Schematic diagram of the circular swing screen |
Fig. 6 Schematic diagram of rectangular swing screen |
摆动筛是由普通电机传动作基本的回转运动与人工筛分相类似，使物料在筛网上形成水平与抛掷三维翻滚运动，从中心到外缘在整个筛面上均匀分散，从而以螺旋运动往轴向传播，调整摆振体上面的经向角和切向角可改变物料在网面上的运动轨迹[11]。其特点是结构简单、分选效果好、产量高[12]。但随着刨花板工业的发展及产业结构的调整，刨花板单线产能不断增加，当刨花板单线产能达到年产10万m以上时，矩形摆动筛和圆形摆动筛的产能难以满足生产的需要。
摆动筛最早的基本结构来源于1999年德国人G.Kaniz的欧洲发明专利[13]。随后摆动筛开始快速发展，多项相关技术获得德国及欧洲的专利授权。德国是摆动筛的主要生产地，主要由Minox筛分技术有限公司、GKM筛分技术有限公司和Allgaier筛分技术有限公司进行生产和销售[14]。
继德国发明摆动筛之后，我国加以引进并进行发展。段新豪等基于离散单元法，建立摆动筛的简化模型，研究影响筛分效率的转速、偏心距、径向角和切向角等工艺参数，利用DEM等软件进行仿真分析，最终得到这些因素的最佳组合方案，对于摆动筛的生产应用具有重要指导意义[15]。罗正君等针对SCS型摇摆筛生产能力不足的原因，提出相应的改进措施，如改进进料方式、增大筛孔尺寸、定期清理等方式，提高了SCS型摇摆筛的生产能力和筛分效率[16]。阚洪福等人通过对滚筒筛、振动筛和摇摆筛的结构、工作特性、使用效果等因素进行分析后发现，摇摆筛最适合成品复混肥的筛分，有利于提高产品质量[17]。段祝见在重质纯碱的生产工艺流程中，通过对滚筒筛、平面回旋筛、方形摇摆筛等筛分设备的选用，最终因方形摇摆筛的处理能力和筛分效率高、筛机运行稳定、筛网使用寿命长等优点，采用了方形摇摆筛，优化了重质纯碱的工艺系统，并能够控制产品质量指标[18]。袁军等在PVC的生产工艺流程中，用圆形摇摆筛替换之前的方形振动筛后，节约维修费用、减少事故隐患、稳定产品质量、有效提高筛分效率[19]。
2.3 回转筛
回转筛主要由进料口1、上壳体2、下壳体3、滚筒4、链条传动5、驱动电机和减速机6、托辊7组成（回转筛如图7所示）。回转筛形状为圆筒形，中心线与水平面成一定的斜度，便于物料流动。回转筛是将筛子做成圆筒形，中心有一通轴支承(通轴支承如图8所示)，回转筛作旋转运动来进行分选。回转筛中的筛孔尺寸，从进料端向出料端呈从小到大排布。回转筛工作时，电机输出转速经减速机减速后，通过链轮、链条，驱动主轴上的滚筒旋转，带动刨花随滚筒转动而翻动，经筛孔落下。按筛网规格的不同，分选出规格不同的刨花。由于滚筒存在倾斜度，可使刨花获得最佳出料速度和分选效果。由于刨花回转筛结构比较简单，运行成本较低，近年来应用较多。
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图7 回转筛结构图 |
图8 回转筛工作示意图 |
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Fig. 7 Rotary screen structure |
Fig. 8 Schematic diagram of rotary screen |
2.4 分级筛
分级筛主要由筛箱1、检修平台及栏杆2、分料螺旋3、机架4、出料口5等组成（分级筛如图9所示）。
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图9 分级筛结构示意图 |
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Fig. 9 Schematic diagram of classification screen |
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分级筛的钻石辊圆柱面上的花纹规格有多种，一般有细、中、粗3种规格，每种规格的钻石辊有多根并平行排列。分级筛钻石辊之间的间隙、钻石辊的转速及钻石辊表面花纹的形状和深浅度共同控制刨花的分选[20]。钻石辊花纹规格和辊间间隙的不同，被分选的刨花尺寸规格也不同，从而将刨花分成细刨花、中刨花、大刨花和不合格刨花。旋转的钻石辊利用圆柱面上的花纹推动刨花运动，当刨花经过钻石辊排列的前段时，这一段的钻石辊圆柱面上的花纹规格较细，只有细料才能随钻石辊的转动经花纹沟槽和辊之间的间隙被分选出来;当刨花经过钻石辊排列的中段时，这一段的钻石辊圆柱面上的花纹规格为中等，只有中料才能随钻石辊的转动经花纹沟槽和辊之间的间隙被分选出来;当刨花经过钻石辊排列的尾段时，这一段的钻石辊圆柱面上的花纹规格粗大，只有粗料才能随钻石辊的转动经花纹沟槽和辊之间的间隙被分选出来。最后不能被所有钻石辊分选的大料会被单独分离出来作为废料处理[21]。
与振动筛不同，分级筛的特点是刨花可以按厚度分级，并且筛选可连续进行调整。筛选过程中无振动、噪声低、粉尘散发量极少;筛选辊筒极其耐磨，能耗低;筛选时不堵塞、不粘辊、能自行清理;生产能力和生产效率高。此外，如要满足产能和分选效果的要求，则需要增加分选机数量，不仅给工艺设备配置带来困难，而且还要增加厂房面积和设备投资。而分级筛可以解决这个生产瓶颈，并提高分选能力[22]。
3、总结
随着我国工业的快速发展以及我国现代化建设的迫切需求，筛分行业越来越受人们的重视。根据不同行业、不同部门、不同场合的需求，采用不同类型的筛分方法，发展出不同运动轨迹、不同工作方式、不同结构特点的筛分机械。而在刨花板行业中，随着刨花原料种类的增多，刨花分选的难度也变大，为了提高木材的利用率并生产高质量的刨花板，对刨花筛分机械的研究设计显然成了重点课题之一。
振动筛、摆动筛、回转筛和分级筛均存在结构简单、生产效率高等优点。振动筛主要以直线运动为主，分选效果好，但筛分能力不强，且不能筛分潮湿物料；摆动筛作回转运动，分选效果好，但无法满足单线高产能的需求；回转筛是物料跟随倾斜的滚筒做旋转翻滚运动，出料速度快，成本低；分级筛与振动筛不同，它可以按物料厚度分级，并可以连续调整，筛分过程中粉尘散发量少，且可满足高产能需求。
对于刨花的筛分，考虑到刨花原料的特征性质以及各类刨花分选机械的特点，为了达到其筛分的要求，保证刨花板的质量，我们选择四级分级的振动筛分机械，将刨花原料精确地筛分为大、中、细、粉尘四种规格，以获得符合尺寸规格的合格刨花。我认为刨花筛分还应尽可能采用质量轻、结构简单、筛网层数较多的振动筛分机械，以此达到筛分效率高、筛分效果好、产量高、可靠性高的筛分目的。而振动筛在筛分机械中占有量高达95%，可用于大部分厂区，适用范围广。与此同时，还应选择尺寸合适的筛网以避免物料将筛孔堵塞。
参考文献
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[22] 沈学文. 刨花回转筛和分级筛的结构与使用[J]. 中国人造板, 2010, (05): 23-26.
资料编号：[252198]
“基于刨花四级分级的振动筛总体结构设计”文献综述
摘要: 随着制作刨花板的原料越来越紧缺，所用原料的种类也随之增多，这导致刨花分选的难度也逐渐增大。本文从刨花分选的目的及意义出发，介绍了刨花分选的方法、原理以及所用到的筛分机械。本文针对筛分机械进行研究分析，详细介绍了各类刨花分选机械的结构组成、工作原理及其工作特点。本文主要通过对比芬兰的美卓ES振动筛和国内的ZKX振动筛来介绍国内外振动筛分机械的发展概况，并将四种筛分机械进行对比分析，探讨其各自的优缺点，以找出最适合刨花分选的筛分机械。
关键词：刨花板、刨花分选、筛分机械、振动筛
Abstract: With the production of particleboard materials are becoming scarce, that also will be increased with the types of raw materials, which leads to the difficulty of sorting shavings gradually increases. Based on the purpose and significance of shavings sorting, this paper introduces the methods and principles of shavings sorting and the screening machinery used. This paper studies and analyzes screening machinery, introduces the structural composition, principle, and characteristics of various wood shavings sorting machines. This article mainly introduces the development of domestic and foreign vibratory screening machines by comparing Metso ES vibrating screens in Finland and ZKX vibrating screens in China. Whatrsquo;s more, this article also compares and analyzes the four screening machines to discuss their respective advantages and disadvantages, and find out the best screening machine for wood shavings.
Keywords: particleboard, particle sorting, screening machinery, vibrating screen
1、前言
随着目前全世界木材产量大幅降低，刨花原料越来越紧缺，因此在刨花的制备过程中所用原料的种类也较多，这也导致除了得到合格的刨花外，还会产生一部分不合格的细碎刨花和大块刨花。而刨花颗粒作为刨花板生产的主要原料，其筛分过程作为工艺流程的重要环节，直接影响刨花板性能。所以为了提高木材的利用率，生产高质量的刨花板，很有必要在刨花板的生产过程中对刨花进行筛分，将不合格的细碎刨花和大块刨花去除，将符合尺寸规格要求的合格刨花分选出来[1]。
刨花分选就是通过机械方法或气流方法将刨花按照不同结构的刨花板要求进行分级、选出合格刨花的过程。用于分选的设备称刨花分选机，按其分选原理分为机械分选机和气流分选机两大类。刨花原料筛分设备的基本工作原理是利用筛网在水平或垂直方向的振动或摆动，靠原料的重力和惯性力，使小于筛网孔的刨花原料通过筛网，大于筛网孔的刨花原料则留于筛网上，达到将原料分级的目的。由于机械分选机只能按刨花的长度和宽度尺寸分级，不能按刨花厚度分级，因此机械分选机可将刨花按其表面尺寸大小分出大、中、细、粉尘等规格。机械分选机按筛体运动状态主要可分为振动筛、摆动筛、回转筛和分级筛。
刨花分选机在工作时由于振动频率较高，其承受的动载荷也较大。在工作过程中，主要组成部件的筛箱会受到筛分物料的重力和物料振动产生的惯性力作用，尤其在高频振动下惯性力会成倍增加，所以振动筛的筛箱在实际工作中受力状况非常恶劣。在运转一定时间后，可能出现筛箱侧壁裂开、支架磨损断裂、底梁弯曲等问题，造成一些安全事故，严重影响了企业的正常生产[2]。常见的问题还有电机运转不良、异常声响、原料无法自动排出、筛孔堵塞、筛网破损、出料口裂开等。
针对刨花筛分过程中常见的问题，设计一款结构性能优越、筛分效果好、筛分效率高且耗能少的刨花四级分级的振动筛具有十分重要的意义。刨花四级分级的振动筛可对刨花原料进行细致筛分，得到合格刨花，以此提高刨花板质量，达到企业生产的技术需求和经济效益。
2、国内外研究概况
2.1 振动筛
振动筛是在一个振动架上设置适当网目的筛网，一般均以一定的下滑角度放置，主要由进料口1、筛箱2、驱动装置3及支架4组成（振动筛如图1所示）。驱动振动筛的两电机反向同步转动使激振器产生两个方向相反的激振力，筛网在振动筛筛箱的带动下做纵向运动，需要筛选的物料通过加料装置加于筛网的上段，筛面上的物料在振动架的连续振动中逐渐下滑。在下滑过程中，小于网孔的物料通过筛网下落被选出，大于网孔的物料从振动筛的下端滑出回收重新利用，这样就达到了物料筛选的目的[3]。
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