编者注：
（点击阅读）本次会议广泛征集砂石行业学术论文。今天，中国砂石协会综合媒体中心推出杨安民、周卫东、卢邦邦撰写的文章《落地式机制砂生产系统技术研究》，供读者欣赏。
落地式机制砂生产系统技术研究
杨安民、周卫东、卢邦邦
（上海山美环保设备有限公司 上海 201414）
[摘要] 落地式机制砂生产系统以破碎、筛分、除尘等技术为基础。与传统制砂工艺相比，能有效改善成品砂的颗粒形状，从而提高成品砂的质量；它结合了风选、振动筛分离和沉淀技术相结合，实现石、砂、粉的有效分离。通过模块化设计，系统分为：破碎模块、筛分模块、选粉模块和除尘模块等。利用Inventor设计建模软件对各模块进行优化设计，将各模块集成到楼宇站中，并进行开发一种楼站式机制砂生产系统。
【关键词】模块化；环境保护；高效率；优化设计；采矿固体废物
介绍
矿山固废是指矿山生产加工过程中产生的各种固体废物，如矿渣、煤矸石、选矿废料、金属尾矿等。由于矿山固废中含有一定的金属和非金属矿物，一方面可以一方面作为重要的资源储备，另一方面对环境产生影响。因此，矿山固废资源化技术的发展趋势也受到资源保护和环境保护的双重因素的影响。矿山固体废物含有多种金属和非金属矿物。一些矿山固废经过技术处理后可以成为重要的资源储备，如钛白粉、铝、铁等，使得矿山固废的资源化利用逐渐成为领域重要的发展目标。矿山固废处理过程中，包括矿山废渣资源化利用、矿井水回用、矿山废水处理等，需要高科技设备和技术支持。目前，一些高新技术已应用于矿山废渣的处理、资源化回收利用，如微波消解技术、超声波处理技术、化学合成等。近年来，矿山固体废物的资源化利用逐步从单一领域利用转向综合利用。例如，采矿固体废物用于道路建设和土地复垦。这种综合利用集成了多种利用领域的技术，可以为环境管理和生产运营提供综合支撑。矿山固废处理过程中，粉尘、瓦斯和废水会对环境造成污染和危害。为了实现矿山固废资源利用与环境保护的平衡，对矿山固废的处理和资源化提出了越来越高的要求，如矿渣水化、石墨烯改性矿山固废利用、矿物微生物固定化技术等. 环保节能技术的不断应用。
落地式机制砂生产系统的技术研究、开发及工业应用。由于砂石行业高质量发展要求，本项目研发需要围绕环保化、集约化、高品质机制砂、产业链延伸等特点。依托研发中心自身研发实力，还引进德国工艺技术，结合与高校、研究机构的研发合作，根据合同要求和实际使用场景环境进行私人定制钢结构设计原理论文，最终研发出颗粒级配调节技术。集高效制砂、粒度优化、石粉控制、级配调整、含水率控制、环保处理于一体的综合处理系统。
1、制砂技术的比较与改进
矿山固废回收精制设备采用建筑布局和高度集成的结构设计。将破碎、筛分、选粉、除尘、包装等模块集成布置在楼站内，如图1-1所示。通过三轴椭圆筛分和三级级配控制，提高筛分效率和筛分率，并同步排出砂石、级配调整、石粉和含水率控制，以及连续自动生产和回收。矿山固废实现高效、智能、环保生产。可实现矿山固体废物的精细化利用（最终生产0-4.75mm优质机制砂和4.75-31.5mm优质粗骨料）。
图1-1 制砂建筑模块流程
图1-2 对比图示例
图1-3 机制砂与普通砂对比
如图1-2、1-3所示，普通砂中0-0.15mm颗粒占16%，0.15-2.36mm颗粒占50%，2.36-4.75mm颗粒占34%，而S系列落地站制砂系统中0-0.15mm颗粒占8%，0.15-2.36mm颗粒占83%，2.36-4.75mm颗粒占9%。根据实际测量数据可以看出，S系列落地式制砂系统生产的砂石粒径为0-4.75mm，中间粒径占比比普通制砂机高33%砂，颗粒形状为圆形，针状颗粒含量≤8%。成品级配符合GB/T 14684-2022中2区砂要求，达到一级砂标准。
2、落地式机制砂生产系统技术分析
如图2-1所示，落地式机制砂生产系统主要包括破碎模块、筛分模块、选粉模块和除尘模块等，其流程可根据不同的来料灵活改变。材料。
图2-1
如果原料中含有大量石粉或细骨料，为避免过度破碎和节约能源，也可以选择先选粉、后筛分、再破碎的工艺顺序。
图2-2
下面主要对破碎系统、选粉系统、筛分系统进行分析和研究。
2.1 破碎系统
制砂机适用于软、中硬、极硬物料的破碎、整形。广泛应用于河卵石、山石（石灰石、花岗岩、玄武岩、辉绿岩、安山岩等）、尾矿、石屑的人工制砂。 。应用的工程领域有水利水电、高等级公路、公路铁路、客运专线、桥梁、机场跑道、市政工程、机制砂生产、高层建筑石材整形等。如图2-3所示：
图2-3 制砂系统工作原理图
物料由设备进口进入高速旋转的圆形叶轮。圆形叶轮通过离心力将物料抛向四周。物料与破碎腔内的壁板或其他下落物料碰撞，造成破碎。破碎后，部分物料还会形成反射后，再次与高速旋转的圆形叶轮的边缘碰撞或与其他物料再次碰撞，形成二次破碎。如此循环往复，直至被抛出的物料动能不足，以自由落体方式通过设备的排料口。
可见，设备转速恒定，圆形叶轮的线速度也恒定。由于进入物料的体积和质量不同，产生的动能和最终破碎效果也不同。
通过以上理论分析，并结合不同物料的不同物理化学性质，设计开发了三种破碎机腔型。
图2-4 破碎系统对比图
其中，圆形叶轮碎石腔适用于中等及以下磨蚀性物料。其使用特点是闭式圆形叶轮加方形反击板的配置，具有转子研磨作用和反击板的高效破碎特性。圆形叶轮碎石腔适用于所有物料。物料特别是高磨蚀性物料，其特点是采用封闭式圆形叶轮和石对石腔配置，具有石对石破碎、易损件成本低、产品粒形优良等特点；开式叶轮石石腔适用于较大粒径的中等磨蚀性软质物料，其使用特点是开式叶轮和制石腔配置。在同等条件下，具有更高的产量、更大的破碎比、更大的进料粒度。
优化后的破碎系统具有以下优点：
1）石对石腔易损件成本低，出料粒形好、均匀。适用于所有类型的石材，特别是高磨蚀性材料；石铁腔破碎比大，成砂率高，适用于中等磨蚀性物料。材料。特殊的破碎腔结构可以更好地实现“石打石腔-ROR”和“石打铁腔-ROA”的快速互换。
2）基于高速冲击破碎机理，产品颗粒形状优良，呈立方体形状，针片含量低；因此，特别适用于骨料整形和人工制砂，例如高速公路骨料的生产和加工。
3）喂料调节装置，可精确控制中央喂料和瀑布喂料的比例；瀑布式喂料技术不仅可以提高能源利用率，提高产量，而且通过瀑布式喂料可以调整产品颗粒形状，控制产品粉末含量。
根据物料的物理、化学特性，选择不同腔型的破碎机，采用一级或多级破碎技术，同时采用低线速破碎和高线速破碎系列技术。考虑到两台立轴冲击式破碎机的处理能力不同，因此低线速立轴冲击式破碎机和高线速立轴冲击式破碎机可以考虑采用一大一小的方法，从而降低采购成本。对于来料较少且破碎比不超过1：10的生产工艺，无需串联使用双立轴冲击式破碎机。例如，来料小于10mm的尾矿制砂工艺直接采用高速立轴冲击式破碎机。就是这样。
2.2 选粉系统
由上可知，一般制砂工艺生产的产品除了级配粗外，还存在含粉量过高的问题。即使采用合理的破碎方案后，电耗和出粉率虽然降低，但并不能完全控制，因为不同物料的脆性不同，破碎具有随机性，所以粉含量很难控制。最终产品的。因此，有必要对最终产品的石粉进行分离，并控制石粉含量。选粉系统主要起到选粉和分级的作用，可以同时除尘和对原料进行分级。该产品系统配置简单、结构合理、分选效果好、处理量大。可有效提高产品档次，减少粉尘排放，节能环保。初步考虑设计风选装置，如图2-5所示：
图2-5 新型选粉系统示意图
其原理是物料通过上部进料口进入选粉室，较大的粉尘颗粒从正下方的一级落料口直接分离；相对较小的灰尘颗粒通过右上方的进风口进入并被吹落。至第二出料口，然后进行分选；差速器通过除尘口被除尘系统吸出。
2.3 分拣区设计
选粉机已有多年的发展历史。从最初的水分离发展到现在，砂石的精选基本上都是采用风分选粉机。风选粉具有体积小、节能等优点。
但目前空分机的选粉仍存在问题。目前选粉机的进料口设置如下。为了将原料分离并向上输送，同时利用风进行空气分离。但由于粗砂较大，重力较大，风力吹程较短，往往在进料口旁边设置隔板，将粗砂排出。虽然有少量粗砂返回进料口，但当粗砂向下落下时，会与未分选的砂混合。原料的冲击导致部分细砂和粉尘进入粗砂出口，影响分选质量和效率。同时，灰尘和细砂之间的空气分离和筛选不能完全分离，轻细砂会与灰尘一起被收集起来并被浪费。因此，设计了一种具有多级分拣系统的新型分拣机。
图2-5 进料口示意图
分选腔内设有导向板和反击板。两者的相对安装角度是利用流体力学原理和数值模拟软件经过反复模拟实验确定的。其中，反击板可根据物料特性进行机械控制，实现粉尘的精细分选。最终产品如图2-6所示。
图2-6 新型选粉系统
2.4 筛选系统
我国振动筛分设备的设计和研究始于20世纪，并开始生产。该设备在自主设计探索初期，存在整机笨重、传动功率大等缺点，但处理能力低、筛分效果差。因此，从20世纪50、60年代开始，根据以往的生产实践，自行设计制造了圆振动筛、直线振动筛、回转振动筛，逐渐取代了笨重的老式机械。 20世纪70年代末至90年代，属于新产品自主开发阶段。这一阶段发展了大型圆振动筛、直线振动筛、圆筒筛等。特别是20世纪80年代，我国从美国、日本、德国等国家引进了先进的振动筛生产技术。经过消化吸收，制造了一系列新型振动筛分设备。 20世纪90年代，振动筛大规模发展。随着振动筛分技术的广泛应用，为了满足市场，我们一方面努力扩大机械的应用范围；另一方面，我们也适应市场需求生产难筛材料。虽然筛分设备的种类很多，但振动筛分设备的应用范围很广。由于频率高、振幅小，物料在筛面上跳跃，因此生产能力和筛分效率都比较高。其应用范围广泛，深受消费者好评。
经过多年的发展，目前砂石骨料系统中使用的筛分设备有圆振动筛、三轴椭圆振动筛、概率筛、高频筛等。振动筛的基本工作原理是利用配重安装在电机轴上下两端的（不平衡重块），将电机的旋转运动转换为水平、垂直、倾斜的三维运动，然后将此运动传递到屏幕表面。如果改变上下重锤的相位角，就可以改变原料的行进方向。圆振动筛主要分为轴偏心式和块偏心式两种。块偏心率应用广泛。三轴椭圆筛是近年来从国外引进的卧式安装筛分设备。其特点是安装高度低，筛分效果比圆振动筛好。目前国内最大型号为2.4m×6m，适用于150t/h制砂生产线，价格比圆振动筛略高，处于中档水平。
由于落地式机制砂生产系统一体化、高密度布局等特点，在选择筛分系统时，应考虑设备的工作效率和允许工作的最小空间。综上所述，选择椭圆振动筛等水平安装的筛分设备，占用现场空间小，运行效果好。
图2-7 筛分设备各部件示意图
图2-8 工作原理图
根据落地式制砂系统的结构特点和机制砂生产原理，设计开发了三轴椭圆筛。如图2-7所示，筛分系统主要由电机、传动装置、振动器、筛箱、橡胶弹簧、底盘、阻尼器等组成。
其工作原理如图2-8所示。动力由电机通过三角皮带传递至激振器主动轴和齿轮振动器（速比为1），实现三轴同速旋转，产生激振力。用高强度螺栓与筛箱连接，产生椭圆运动。筛面上的物料跟随筛机的高速椭圆运动，迅速分层，穿过筛网，并向前移动，最终完成物料的分级。
图2-9 筛分设备效果图
三轴驱动可以使筛机产生理想的椭圆运动。它兼有圆振动筛和直线振动筛的优点。椭圆轨迹和振幅可调。可根据实际物料情况选择振动轨迹，使难以筛分的物料变得更容易筛分。它有优点；三轴驱动力同步振动，可使筛机达到稳定的工作状态，特别有利于需要大处理量的筛分；三轴驱动改善了筛框的受力状态，减少了单个轴承的载荷，且板材受力均匀，减少了应力集中点，改善了筛框的受力状况，提高了筛网的可靠性和寿命筛机的研究，为大型筛机的研制奠定了理论基础。由于采用水平安装，有效降低了机组高度，能很好满足大中型移动筛分机组的需求。轴承采用稀油润滑，有效降低轴承温度，延长使用寿命；同等筛分面积下，椭圆振动筛产量可提高1.3-2倍。其整体设备特性完全满足落地式机制砂生产系统的应用要求。
3、落地式机制砂生产系统结构优化设计
落地式机制砂生产系统主框架结构主要由钢结构组成：近年来，我国“绿色”建筑建设进程不断加快。在制砂行业的生产线和工厂建设方面，更加注重所用材料的环保和环保。可回收性。如何在保证建筑工程质量的同时，节省资金、降低成本，是建筑设计师必须认真考虑的问题。优化落地式机制砂生产系统中的钢结构设计是节省建设成本的有效措施，也是本文的重点。
3.1 工艺优化设计
高效制砂系统工艺设计：由于传统制砂工艺基本上是二维布局，对场地布局要求很少。落地式制砂系统呈三维布局，大致分为四层。由于空间限制，每台设备的摆放要求都比较高。制砂建筑采用干法生产工艺，塔式布局。主建筑占地面积小，主要由给料、制砂、成品出料、除尘、石粉储存、电气控制六部分组成；制砂系统是整个生产中的核心部分钢结构设计原理论文，原料的破碎整形、风选筛分、级配调节、湿度控制都在该系统中进行。如果使用山美公司提供的破碎设备，效果会更好；主楼整体可根据客户要求进行包装，且不受天气影响，可全天候生产。还可以达到防尘、降噪的效果。这就需要反复排版，建立三维模型，消除一些不合理的布置，最终达到既满足设备正常运行、安装、维护，又要紧凑、节省空间的要求。可能的。
图3-1 制砂楼效果图
选择除尘点时，除尘管道的布置、除尘风力的计算等都影响除尘效果。除尘点选择不合理，会导致部分设备产生粉尘，部分部位设计冗余，浪费资源。如果除尘风力太大，则会带走部分细粉、细砂。如果风力太小，则达不到除尘效果。这些都需要利用流体力学等专业知识进行反复推演、假设、计算才能确定。
3.2型材选择技术分析
型材选择的原则是保证承重结构的承载能力，防止在一定条件下发生脆性破坏。根据结构的重要性、荷载特性、结构形式、受力状态、连接方式、钢材厚度、工作环境等因素综合考虑。
根据建筑站总体高度和设计要求，分别采用框架、框架支撑、巨型框架结构，构件可选用型钢或干性钢筋混凝土。钢构件重量轻，延展性好，一般采用焊接钢或轧钢制成；刚性钢筋混凝土构件具有高刚度和良好的防火性能。由型钢和混凝土构件组成的梁柱承重结构是钢-混凝土组合结构，近年来其应用范围日益扩大。组合结构兼有钢结构和混凝土结构的优点。具有整体强度高、刚性好、抗震性能好、防火、耐腐蚀等特点。组合结构构件一般可减少钢材用量15%~20%。组合构件还具有少模板或无模板、施工方便快捷等优点，具有很大的推广潜力。适用于负荷较大的大型落地式制砂系统。
图3-2 生产区实拍图1
图3-3 生产区实景照片2
论文的结论详细收录在论文集里，论文集将在科技会议上分发。
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