1 立项背景

由于井下煤炭开采时降尘洒水的影响，开采出的原煤水分难以控制，对筛分效率造成很大的影响。普通弛张筛进行深度筛分时，由于煤泥颗粒小、比表面积大、振动筛筛分强度不够，物料极易堵塞筛孔。另外，振动筛作业环境较差，导致了振动筛故障发生概率提高，复杂的工作环境导致监测困难。振动筛作为非线性弹簧支撑和旋转偏心轮激励的大型机械机构，在交变负荷下长期连续工作，箱体承受交变激振力，而侧板和筛梁分布的惯性力产生较大动应力，考虑环境中受到物料冲击、煤泥水和介质液体的侵蚀，筛箱工作环境极其恶劣，使得激振器较容易出现故障；加上不可避免的会产生应力集中，当应力集中区域工作应力超过金属的强度极限，或者由于疲劳应力长期积累超过承受极限，就会产生筛箱的横梁断裂、侧板撕裂等事故；较大的往复激振力加上恶劣的工况导致减震机构发生故障也是较常见的。

针对上述问题，结合煤矿洗煤厂使用环境和使用强度，项目研制了筛分率高、处理量大、不易堵塞筛孔、结构优良、运行稳定的高可靠性驰张筛。通过对物联网、大数据和云计算的应用，可以实现振动筛智能控制，构建专家系统，对现场复杂的情况进行判断，实现实时监测和故障诊断，可以提前发现即将出现的问题并加以处理，保证产品的质量，避免因为设备损坏造成巨大损失。

2 项目研究内容

（1）弛张筛的仿真实验与优化

通过对弛张筛进行了有限元分析（如图1），侧板、承重梁、浮动筛箱等关键部位进行了结构优化，在保证满足使用要求的前提下，降低了驰张筛整体的重量，有利于节能，提高了设备的可靠性。新型弛张筛具有筛面加速度大、筛分率高、处理量大、不易堵塞筛孔、结构优良、运行稳定及高可靠性等特点。

图1 弛张筛有限元网格模型

（2）免维护梁式激振器的研制

研制了免维护梁式激振器（如图2），该激振器无需通过呼吸帽进行气体交换，可避免粉尘异物进入箱体，同时将润滑油道内置自动注油器，采用飞溅式润滑，保证齿轮和轴承充分润滑，不仅能保护传动机构还可提高可整体寿命。这样可以保证梁式激振器在无润滑油外泄正常使用的情况下安全运行十年以上，进而降低设备的维修成本。

图2 激振器结构图

（3）基于无线传感物联云技术的激振器在线监测系统的研究

在弛张筛关键设备(如电机、齿轮箱等)上安装加速度、速度、位移、温度、电流功率等传感器，通过无线

传输方式将采集到的数据发送到采集站；采集站将振动和温度数据通过4G、WFI、有线等网络传给后台智能化健康管理云平台进行数据分析，后台数据分析系统分析激振器的振动和温度数据、出具分析报告。然后通过手机APP等方式推送给设备管理人员，实时了解设备运行状态，随时查看设备运行状态。

3 创新点

（1）研制了洗煤厂高可靠性的驰张筛，通过对弛张筛侧板、承重梁、浮动筛箱等关键部位进行了结构优化，降低了驰张筛整体的重量及噪音，增加振幅，提高了筛分效率。

（2）设计了新型梁式激振器，直接安装于侧板上，使激振力直接作用于侧板上，加装了自动润滑系统，延长了使用寿命。

（3）开发了无线传感技术的驰张筛在线监测系统，实现了温度、振幅、噪音的实时在线监测，提高了驰张筛运行的可靠性。

4 技术经济指标

（1）处理量达到400t/h；

（2）设备筛分效率≥85%；

（3）噪音低于75 dB（距设备1 m 内），有效的降低了噪音污染；

（4）主要结构件设计寿命达到十年以上。

5 研究成果及应用效果

本项目已授权实用新型专利权1 项，成果在同煤集团北辛窑洗煤厂进行了工业性试验（见图3），已稳定运行11800多小时，累计选煤700多万吨，无故障次数，筛分效率达到85.5%。与原来选煤厂使用的弛张筛相比，所研制的弛张筛故障率大幅下降，可靠性和筛分效率明显提升，得到了用户的高度肯定。该成果填补了弛张筛在线故障诊断和使用维护领域的空白。开发的监测诊断系统，帮助操作人员及时发现运行异常，诊断初期裂纹，为制定维修计划提供决策依据，确保生产的有序进行。同时能够提高洗煤厂生产效率，减轻人工劳动强度，节约了成本与时间，降低了安全事故，保护了员工的生命与财产安全，推广应用前景十分广阔。

图3 洗煤厂工业性试验