1、工程實例分析
1.1工程背景
唐山三友礦山公司是以開采堿石和水泥石為主的大型礦山企業，年開采量300萬噸，其中堿石品位要求CaC0含量在89%以上。而實際開采過程中將有100萬噸礦體達不到要求，而被作為廢石排放。針對此種情況，生產技術部人員通過對煉鋼用熔劑灰石市場的調研，建議上一條750×1060熔劑灰石破碎篩分生產線，對100萬噸礦石進行進一步加工。此方案得到上級部門的認可并獲得大力支持。
1.2檢測與分析
煤礦是破碎機采用最廣泛的行業，露天煤礦的原煤破碎和選煤廠人料的預處理都離不開破碎設備。煤炭屬中硬巖石，并具脆性，所采用的破碎設備包括錘式破碎機、發擊式破碎機、齒輥式破碎機和選擇性破碎機。在這些破碎設備中，齒輥式破碎機具有制造簡單，維修方便，成本低，破碎能力高等明顯優點，因此使用相當廣泛。但是傳統的齒輥式破碎機技術水平仍停留在50年代，普遍存在設備老化，功率消耗大，破碎效率低等缺點，既不能保證產品粒度，又存在粉煤量大的問題。對傳統的齒輥式破碎機進行技術改造或研制開發新型的齒輥式破碎機，已勢在必行。
普通的篩分過程分為分層和透篩兩個階段，物料分層是完成篩分過程的條件，物料透篩是篩分的目的。物料在篩面上受篩面外力的作用，處于一定的松散狀態，使每個物料顆粒都能夠獲得相互位移所必需的能量和空間，以保證細粒順利透篩。
在入料水分較大的情況，粒度不同，粗細混雜的散狀物料進入篩面，其中只有一部分顆粒與篩面接觸。而接觸篩面的這部分物料中，又不全是小于篩孔的細粒，大部分小于篩孔的細粒分布在料層的各個部位。但由于物料與篩面做相對運動，篩面上的料層被松散，大顆粒本來就存在的粒間孔隙被進一步擴大，小顆粒就穿過孔隙進入到下層。由于小顆粒間隙小，大顆粒不能穿過，因此大顆粒在運動中位置不斷升高，于是，原來雜亂排列的粒群經過一段較長時間的析離，即按粒度分層，形成小粒在下，大粒在上的微觀排列。這樣，小于篩孔的細粒得到透篩，實現了粗細粒級的分離；大于篩孔尺寸的顆粒由于受到篩網的限制，只能留在篩網上面，并隨篩面的振動向前運動。小于篩孔尺寸的細粒物料則松散透篩成為篩下產品。
2、改革方案
2.1生產工藝的改革與創新
本系統在工藝和設備選型上進行了大膽的嘗試，采用了德國OK型板式給料機，解決了以往給料不均問題；采用塊式篩板式振動篩來解決更換篩底頻繁問題；采用PE750×1060鄂式破碎機配合懸臂吊來解決破碎機卡礦問題；而且比600×900陲式破碎機破碎能力強，并且這幾種設備具有運轉效率高、故障率低、便于維修和更換、維修成本低等特點。生產過程中，采用了電腦監控系統，這不僅改善了工人的工作條件，減少了人員的配置，而且提高了故障監測率，大大提高了生產效率。
組成方面與普通振動篩基本相同，是由篩箱、篩框、篩面、激振器、支承裝置等組成。為有效的消除細粒煤堵篩孔的現象，故采用較大的振幅。因為篩分工藝參數的選擇，首先應考慮物料篩分規律的需要。物料在篩分過程中，采用多大的振幅要由試驗決定，而不是人為地制定一個振幅。激振強度，振幅和頻率是相互聯系的，應根據物料篩分運行的規律選擇一個振幅的調節范圍，在試驗中逐步逼近最佳振幅值，而獲得好的篩分效果。
欲使篩分效率高，處理量大，對潮濕物料，要強制松散，應當采用較大振幅和較低的頻率，因為物料的透篩需要足夠的時間和空間，頻率過高，分層不能正常進行影響篩分效果。振動強度是一個重要的指標。振動強度是篩箱運動的加速度與重力加速度的比值，通常我國振動篩的振動強度在3～4.2之間，但對于潮濕物料來說，這個振動強度就小多了。潮濕物料的篩分需要時間和空間，物料拋起來產生的慣性力應能夠克服潮濕物料與篩面絲的粘結力。振動強度大，使物料回落時與篩面之間的相對運動速度加快。生產工藝過程見圖1。
2.2建筑結構的改革與創新
在主體結構設計中，主要包括三部分：鋼筋混凝土結構，毛石砌體結構和鋼結構。為保證工程質量，配合生產工藝及設備的要求，主體結構我們采取了鋼筋混凝土結構；輔助部分采用毛石砌筑，以降低成本；在皮帶廊部分采用鋼結構并在結構受力允許的情況下，利用了大量廢舊鋼材。這樣，不僅加快了施工進度，而且在滿足使用功能和結構安全的條件下，降低了成本。
在破碎機地上部分基礎設計中，充分考慮到設備的動荷載和靜荷載及懸臂吊的扭轉力矩，采用了鋼筋混凝土有梁板式平臺，結合墻壁式基礎，這樣既能最大程度地承受破碎機振動荷載和懸臂吊扭轉力矩，又增強了結構的整體剛度，使操作人員在平臺上感到安全和舒適。破碎機自重29.8噸，每小時破碎能力120—250噸，動載變化相當大，變化幅度在2倍以上，因此，平臺必須有足夠剛度和強度，才能滿足要求，為此我們進行了結構力學的嚴格計算，對荷載進行了最不利的組合，對彎矩進行了二次分配，以既滿足結構安全，又降低成本。
對料倉上部結構設計中，考慮到運礦汽車的特點（斗高1.8米到2.8米，容量3722運礦車為22噸和374運礦車為40噸）和料倉容量（6米×6米×6米），由于近8～9米的落差，在卸車時的動荷將非常大，再加400噸石料自重，比破碎機基礎承受的動荷要大的多，約達到172噸到320噸，受力情況還要復雜。為此，將料倉設計為鋼筋混凝土結構，有梁底板，并與破碎機基礎分離，以減少對破碎機基礎的影響。
結構地下基礎設計中，采用無梁片筏基礎，這種基礎更能適應這種基底面積小承受荷載較大的結構形式，同時，能夠較好的提高地基土的承載力，增強基礎的整體剛度，調整不均勻沉降。而且設計中，為防止破碎機基礎與料倉基礎間的相互影響和不均勻沉降，基礎采用了分離式結構，并利用自然地勢的高差，將基礎分為兩部分，即破碎機基礎和料倉基礎，高差4.5米，這樣既保證了結構的安全，又減少了鋼筋混凝土結構和土方的開挖，降低了工程造價。
重型板式給料機基礎設計中，考慮到動載不是很大，靜載為給料機自重22噸和約8噸重的石料，采用了小截面墻式鋼筋混凝土基礎，以保證結構穩定。
振動篩基礎設計中，考慮到篩的彈性振動特點及篩的結構特點——四腳集中荷載，采用了鋼柱支撐四腳的方案。鋼結構的延性更能很好的適用于振動篩的工作特性。而且使施工既方便又快捷。加快施工進度。
在四條皮帶架及平臺設計中，全部采用鋼結構，小角鋼支撐，巧妙地利用了桁架結構原理，使結構受力更為合理，同時節約了鋼材。
3、結論
通過對現有生產設備及生產工藝的改造，以及相應建筑結構的配套改造和建設，本套設計方案中比以往破碎篩分系統的設計，無論是設備選型，還是主體結構設計，都大膽地進行了技術改造與革新，而且，經過兩年多的運轉，情況良好，非常適合煤炭破碎作業。此項目成為礦山的又一經濟增長點，贏得年利潤200萬元，為礦山的發展做出了貢獻。本文針對礦山企業的實際問題，對生產工藝創新與建筑結構改革的有機結合進行了探索，對解決企業浪費問題，節約國家資源提出了具體建議，對類似的工程實際問題具有一定的參考價值。
