Entwicklungsstand und Trends bei Vibrationssiebmaschinen
Autoren: Du Xin (Fakultät für Maschinenbau und Energietechnik, Henan Polytechnic University), Chen Bo (Fakultät für Elektromechanik, Xinxiang University)
Abstrakt: Dieser Artikel analysiert den Entwicklungsstand von Vibrationssiebmaschinen im In- und Ausland sowie zukünftige Trends und bietet Vibrationssiebunternehmen eine Grundlage zur Verbesserung ihrer Produktqualität. Mit dem rasanten Wachstum der Weltwirtschaft haben sich Vibrationsmaschinen rasant weiterentwickelt. Es handelt sich um technische Maschinen und Geräte, die die Schwingungstheorie nutzen, um Arbeitsanforderungen zu erfüllen. Sie finden breite Anwendung in Branchen wie Industrie, Landwirtschaft und Landesverteidigung und haben sich zu einem wichtigen Produktionsmittel entwickelt. Das Vibrationssieb ist eine der am schnellsten entwickelten Maschinen innerhalb der Vibrationsmaschinen, die eine hohe Branchennachfrage aufweist und eine relativ komplexe Struktur aufweist. Es verwendet eine Arbeitsfläche mit Löchern oder Schlitzen, um körnige Materialmischungen unterschiedlicher Größe zu klassifizieren. Während des Betriebs kann es Materialien in Fertigprodukte klassifizieren (unabhängiger Siebvorgang), durch Klassifizierung für den nächsten Prozess vorbereiten (Vorsiebvorgang) oder größere Materialpartikel für Zerkleinerungsvorgänge bereitstellen (Hilfssiebvorgang). Bei der Mineralienverarbeitung wird es hauptsächlich zur Entwässerung, Entschlämmung und Medienentfernung eingesetzt, um die Reinheit der Mineralien zu verbessern.
1. Entwicklungsstand ausländischer Vibrationssiebmaschinen
Im 16. Jahrhundert begann man in Großbritannien mit der Forschung an Siebmaschinen, und das weltweit erste stationäre Sieb für die Kohleindustrie war geboren. Während der europäischen Industriellen Revolution im 18. Jahrhundert entwickelten sich Siebmaschinen rasant. Im frühen 19. Jahrhundert begannen einige Bergbauunternehmen, Walzensiebe und Schüttelsiebe zu verwenden, und mancherorts tauchten auch einfache Vibrationssiebmaschinen auf [1]. In den letzten Jahren hat sich die Siebmaschinerie aufgrund des stark gestiegenen gesellschaftlichen Bedarfs an Energie und Mineralien rasant weiterentwickelt. Heute produzieren namhafte ausländische Unternehmen mithilfe von computergestützter Konstruktion und fortschrittlichen Herstellungsverfahren nicht nur Vibrationssiebe für verschiedene Branchen und Spezifikationen, sondern auch große und sehr große Vibrationssiebe mit hoher Zuverlässigkeit und guter Leistung. Diese Vibrationsgeräte basieren auf weltweit führender Technologie und repräsentieren den aktuellen Entwicklungstrend der Branche. Zu den aktuellen Forschungsergebnissen im Bereich Vibrationssiebe im Ausland zählen [2]: 2003 stellte das deutsche Unternehmen Haver & Soecker für das kanadische Rohölunternehmen Syn das größte Vibrationssieb der Welt (R - TE4×10,5 m) her. Dieses Vibrationssieb hat eine Arbeitsfläche von 42 Quadratmetern, wiegt 115 Tonnen, hat eine maximale Verarbeitungskapazität von 10.000 t/h und eine Gesamtleistung von 264 kW. Die ehemalige schwedische Svedala-Gruppe stellte damals das weltweit größte lineare Doppelschicht-Vibrationssieb her. Diese Ausrüstung wurde im Kupfer-Gold-Tagebau Grasberg in Irian Jaya, Indonesien, eingesetzt. Die Ausrüstung wiegt 33 Tonnen, hat eine Abmessung von 7,3×3,6 m und eine maximale Verarbeitungskapazität von 5.000 t/h. Das hochfrequente Vibrationsfeinsieb der amerikanischen Firma Derrick verfügt über drei Arten von patentierten Hightech-Siebgeweben. Das Urethan-Polyurethan-Siebgewebe hat eine Lebensdauer von über 7000 Stunden, eine Öffnungsrate von 35–45 % und eine minimale Porengröße von 0,10 mm. Das dreidimensionale Pyramiden-Siebgewebe kann feinkörnige Materialien von 0,038 mm verarbeiten. Das Sandwich-Metallsiebgewebe besteht aus drei Sieblagen. Die oberen beiden Lagen übernehmen die Siebfunktion, die unterste eine tragende Funktion. Die mehrlagige Struktur verbessert die Festigkeit des Siebgewebes, verlängert seine Lebensdauer und verhindert ein Verstopfen der Sieblöcher. Die große Vibrationssiebmaschine (ZK36752, ZK3675) des japanischen Unternehmens Kobe Steel wiegt 27 Tonnen, hat eine Siebfläche von 27 m² und das einlagige Sieb ZK3675 hat eine Klassifizierungskapazität von 500 t/h. Ausländische Unternehmen für Vibrationsmaschinen konzentrieren sich auf die Forschungs- und Entwicklungsrichtungen von großen, effizienten, zuverlässigen und professionellen Produkten. Je nach Branchen bieten sie unterschiedliche Lösungen und umfassende Systemdienstleistungen an. Allerdings ist zu beachten, dass die Preise für importierte Geräte relativ hoch sind. Im Allgemeinen sind sie mehr als dreimal so teuer wie inländische Geräte, und bei Großgeräten liegt der Preis meist acht- bis zehnmal so hoch wie bei vergleichbaren Geräten [3].
2. Entwicklungsstand von Vibrationssiebmaschinen für den Hausgebrauch
Aufgrund der schwachen industriellen Basis, der rückständigen Forschungskapazitäten und des rückständigen Produktionsniveaus durchliefen Chinas Siebmaschinen in den letzten 50 Jahren einen Entwicklungsprozess von Grund auf, von klein zu groß und von rückständig zu fortschrittlich. Im Allgemeinen lässt sich dieser Prozess in vier Phasen unterteilen.
(1) Importierte Ausrüstungsstufe
Vor der chinesischen Befreiung wurden die entsprechenden Arbeiten in der Kohlewäsche und im Bergbau hauptsächlich von Hand ausgeführt. In einigen Kohlewäsche- und Erzaufbereitungsanlagen kamen hauptsächlich stationäre Siebe und Schüttelsiebe zum Einsatz. Diese Geräte wurden vollständig importiert. Nach der Befreiung, angetrieben durch die wirtschaftliche Entwicklung des neuen Chinas, wurden Siebmaschinen in den entsprechenden Industrien gefördert und eingesetzt. In den meisten Kohlewäsche-, Bergbau- und Steinbruchbetrieben kamen langsam laufende Schüttelsiebe und herkömmliche Vibrationssiebe zum Einsatz, und kleine lineare Vibrationssiebe kamen zum Einsatz.
(2) Nachahmungsphase
In den 1950er und 1960er Jahren begann China, verschiedene Siebmaschinen aus europäischen Ländern wie der Sowjetunion und Polen zu importieren. In dieser Zeit wurden entsprechende inländische Einheiten gegründet, um die Kreisschwingsiebe der ГУП-Serie, die Schüttelsiebe der ВКТ-Serie aus der Sowjetunion, das Kreisschwingsieb WK-15, das Schüttelsieb Typ CJM-21 sowie die hängenden Linearschwingsiebe der Typen WP1 und WP2 aus Polen zu untersuchen, zu kartieren und nachzubauen [4]. Die inländischen selbstzentrierenden Siebe der SZZ-Serie, die Trägheitssiebe der SZ-Serie und die Linearsiebe der SSZ-Serie wurden entwickelt. Die erfolgreiche Nachbildung dieser Siebmaschinen legte den Grundstein für ihre Entwicklung und bildete Chinas erstes technisches Personal aus.
(3) Einführungs- und Verbesserungsphase
In den frühen 1960er Jahren wurden einige aus der Sowjetunion und Polen importierte Schnellschüttelsiebe, Entwässerungssiebe und Vibrationssiebtechnologien übernommen. In den 1970er und 1980er Jahren führte China die TABOR-Vibrationssiebtechnologie der US-amerikanischen Firma R·S, die HLW-Vibrationssiebtechnologie des japanischen Unternehmens Kobe Steel und die Vibrationssiebe des Typs USK und USL des deutschen Unternehmens KHD ein. Mit dem Eintritt in die Zeit der schnellen Reform- und Öffnungsentwicklung erreichte auch die Entwicklung chinesischer Siebmaschinen eine neue Phase. Durch die Übernahme und erfolgreiche Weiterentwicklung der Kreisschwingsiebe der YA-Serie, der Linearschwingsiebe der ZKX-Serie und der Vibrationssiebe der ZK-Serie wurden die Siebmaschinen eingeführt. Die Entwicklung von Vibrationssieben, Rotationssieben, Sieben gleicher Dicke mit kastenförmigen Schwingungserregern, Hochleistungssieben für heißes und kaltes Erz, Entspannungssieben, linearen Pulverschwingsieben, Saitensieben, Zyklonschwingsieben und vertikalen Zylindersieben verlief ebenfalls erfolgreich. Die Einführung ausländischer Vibrationssiebprodukte und Fertigungstechnologien hat das technische Niveau der chinesischen Siebmaschinenentwickler und -hersteller verbessert und ihnen ermöglicht, die Theorien, Methoden, Konstruktionstechnologien und Fertigungsprozesse für Vibrationssiebe aus fortschrittlichen Ländern zu erlernen.
(4) Unabhängige Forschungs- und Entwicklungsphase
China entwickelte die erste Serie von ein- und zweiachsigen Vibrationssieben für Kohle und führte eigenständig die Produktentwicklung der einachsigen Vibrationssiebe der Serien ZDM (DDM) und ZSM (DSM) durch. Sie gingen in Produktion und deckten im Wesentlichen den damaligen Bedarf an mittelgroßen und kleinen inländischen Kohlewaschanlagen. Auf dieser Grundlage wurden durch den Einsatz modernster Technologien wie Selbstsynchronisationstheorie, Blockexzentervibratoren, Verbundfedern und Ringnutnieten sukzessive vier neue Grundtypen von Vibrationssieben entwickelt. Dazu gehören das lineare Vibrationssieb 2ZKB2163, die kreisförmigen Vibrationssiebe YK1545 und 2YK2145, das Hochleistungsvibrationssieb YH1836 und das Verbundvibrationssieb FQ1224. Außerdem wurden die Serien YK und ZKB der selbstsynchronisierenden linearen Vibrationssiebe, Bananensiebe, Hochleistungssiebe für heißes und kaltes Erz, Bohou-Siebe und Hochfrequenz-Vibrationssiebe sukzessive entwickelt. Die erfolgreiche Entwicklung dieser Geräte markierte, dass Chinas Siebmaschinen einen eigenständigen Entwicklungspfad eingeschlagen hatten. Zu den aktuellen Forschungserfolgen im Bereich Vibrationssiebe in China zählen: Einheiten wie die China University of Mining and Technology haben für das Dongtan-Kohlenbergwerk das selbstsynchronisierende Sieb mit gleicher Dicke ZDS2460 entwickelt, das angeblich die größte Siebflächenbreite in China hat. Seine Siebflächenbreite beträgt 2400 mm und die Siebkapazität beträgt 1000 t/h. Die Siebfläche ist in zwei Abschnitte unterteilt und die Siebeffizienz erreicht über 90 %. Anshan Heavy Machinery Co., Ltd. und die Shenyang Ligong University haben gemeinsam das weltgrößte Bananensieb im Großformat entwickelt. Die Siebfläche beträgt 39,56 m², ist 5 Meter hoch, wiegt 40 Tonnen und hat eine maximale Verarbeitungskapazität von 2500 t/h, sodass jährlich mehrere zehn Millionen Tonnen gesiebt werden können. Produktleistung, Siebfläche und Arbeitseffizienz gehören zu den weltweit höchsten bei ähnlichen Produkten. Dieses Produkt ersetzte nicht nur Importe, sondern brach auch das ausländische Monopol auf derartige Großgeräte. Die Xinxiang Weimeng Group kombinierte 12 Gelenksiebe mit 2 m × 3 m zum derzeit größten Gelenkvibrationssieb Chinas mit 72 m², das mit guten Ergebnissen zur Klassifizierung, Entwässerung und Medienentfernung in Kohlewaschsystemen eingesetzt wird. Derzeit gibt es in China über 300 Hersteller von Siebmaschinen, die in der Lage sind, beinahe 1000 Produkte in über 50 Serien herzustellen und so den Abstand zu ausländischen Unternehmen allmählich zu verringern. Bei einigen Produkten haben sie ausländische Unternehmen sogar überholt und ein international führendes Niveau erreicht. Im Bereich der Schwingungstheorie entwickelte Akademiemitglied Wen Bangchun von der Northeastern University eine systematische Forschungstheorie. Für die Konstruktion und Herstellung von Vibrationssiebmaschinen schlug Oberingenieur Wang Feng vom Luoyang Mining Machinery Research Institute praktische Lösungen vor. Professor Zhao Yuemin von der China University of Mining and Technology entwickelte im Bereich der Siebtheorie Siebmechanismen und -lösungen für feinkörnige und schwer siebbare Materialien. Die erfolgreiche Erforschung dieser Theorien und Praktiken legte eine solide theoretische Grundlage für die Forschung und Entwicklung chinesischer Vibrationssiebmaschinen.
3. Entwicklungstrends bei Vibrationssiebmaschinen
Basierend auf der nationalen und internationalen Situation der Siebmaschinen werden sich die Siebmaschinen in Zukunft in folgende Richtungen entwickeln:
(1) Großformat
Die Entwicklung der modernen Industrie hat zu einer Vergrößerung der Unternehmensgröße geführt und erfordert eine deutliche Verbesserung der Produktionskapazität. Die Siebmaschinen, die ursprünglich in Branchen wie Metallurgie, Kohle, Bergbau, Baustoffe und Transport eingesetzt wurden, werden zwangsläufig technologisch weiterentwickelt und industriell modernisiert.
(2) Hohe Zuverlässigkeit
Bei der Entwicklung vergleichen wir inländische und ausländische Produkte mit derselben Spezifikation. Die Lebensdauer inländischer Produkte ist nicht hoch. Die meisten Produkte haben in der Regel nur eine Lebensdauer von etwa zwei Jahren, während ausländische Produkte drei bis fünf Jahre erreichen können. Schlüsselkomponenten beeinträchtigen die Gesamtzuverlässigkeit der Geräte.
(3) Dynamische Entwurfsmethode
Wenn sich das Produktdesign auf Erfahrung und konventionelle Berechnungen sowie analoge Designmethoden stützt, kann es die Anforderungen an hochfeste, hocheffiziente und langlebige Vibrationsmaschinen nicht mehr erfüllen. In einigen europäischen und amerikanischen Ländern ist die dynamische Designmethode mit Computern in der Produktforschung und -entwicklung weit verbreitet, und die relativ komplexe nichtlineare Theorie wird zunehmend für die dynamische Analyse verwendet.
(4) Fortschrittlicher Herstellungsprozess
Moderne Fertigungsverfahren garantieren Produktqualität. Die herkömmlichen Produktionsverfahren können die Produktionsanforderungen für Großgeräte mit hoher Festigkeit und langer Lebensdauer nicht mehr erfüllen. Unternehmen sollten sich auf die Einführung und Umstellung von Produktionsanlagen und Fertigungsprozessen konzentrieren. Taihang nutzt beispielsweise importierte CNC-Bearbeitungszentren, Schweißroboter, CNC-Portalbohrmaschinen und CNC-Schneidemaschinen, um die Produktqualität zu gewährleisten und die Lücke zu ausländischen fortschrittlichen Fertigungsverfahren zu schließen. Die meisten Unternehmen verwenden noch immer konventionelle Fertigungsverfahren, sodass die Produktqualität nicht garantiert werden kann.
(5) Forschung und Entwicklung neuartiger Siebgewebe
Das Siebgewebe ist ein Schlüsselelement für die Siebwirkung. Seine Lebensdauer ist im Vergleich zu anderen Komponenten relativ gering. Ausländische Unternehmen haben Siebgewebe aus Polyurethan-Gummi für nasse und feinkörnige Materialien entwickelt, die eine drei- bis zehnmal höhere Lebensdauer als Drahtgewebe aufweisen. Das amerikanische Unternehmen Derrick hat Siebgewebe aus verschiedenen Verbundwerkstoffen entwickelt, die eine Lebensdauer von über 7.000 Stunden erreichen. Auch in China wurden sukzessive ähnliche Produkte entwickelt, doch bei einigen nassen, feinkörnigen und schwer siebbaren Materialien weisen diese nach wie vor Nachteile auf, wie z. B. eine geringe Lebensdauer, eine hohe Lochverstopfungsrate, eine geringe Siebleistung sowie einen sehr aufwendigen Einbau und eine sehr aufwendige Wartung. Die Herstellungs- und Einbauprozesse neuartiger Siebgewebe müssen verbessert werden.
Die industrielle Entwicklung erfordert zunehmend mehr Vielfalt und Qualität an Siebmaschinen und treibt damit die Entwicklung von Siebmaschinen auf ein neues Niveau. Obwohl die Anzahl der Vibrationssiebunternehmen in China derzeit groß ist, ist ihre Gesamtstärke gering. Nur durch ein umfassendes Verständnis der nationalen und internationalen Vibrationssiebindustrie und das Erfassen zukünftiger Produktentwicklungstrends können diese Unternehmen Produkte mit stärkerer Marktwettbewerbsfähigkeit herstellen.
Verweise
［1］Lu Xin. Erfolge und Entwicklung der Siebtechnologie in den 1980er Jahren ［J］. Bergbaumaschinen, 1991(1).
［2］Chen Wenlong. Diskussion über wichtige Entwicklungen in der Vibrationssiebtechnologie im In- und Ausland ［J］. Bergbaumaschinen, 2006(7). 56 - 58.
［3］Wang Feng. Entwicklung und Perspektiven von Siebmaschinen ［J］. Bergbaumaschinen, 2004,(01). 37 - 39.
［4］Tan Zhaoheng. Aktuelle Situation und Aussichten für inländische Siebanlagen ［J］. Bergbaumaschinen, 2004,(01). 34 - 36.
[5] Sun Gang. Entwicklungstrends bei Großsiebmaschinen [J]: Kohleverarbeitung und umfassende Nutzung, 1998(05).
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