香蕉振動(dòng)篩故障分析研究

夏文浩

摘要：采用螺栓焊接在固定篩板螺栓的托架上，托架與現(xiàn)有篩機(jī)的軌座角鋼螺栓連接，焊接在托架上的螺栓用防松螺母對(duì)篩板進(jìn)行固定;耳板連接結(jié)構(gòu)，耳板連接結(jié)構(gòu)由原焊接形式改進(jìn)為鉚接形式;降低整體篩板的重量，降低運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)械慣性，降低耳板運(yùn)行過(guò)程中所受慣性應(yīng)力，降低連接處的承受應(yīng)力;通過(guò)降低部件老化點(diǎn)位，較少震動(dòng)過(guò)程中得點(diǎn)位松動(dòng)，可有效降低故障率。

關(guān)鍵詞：香蕉振動(dòng)篩? 聚氨酯? 焊接? 鉚接

Fault Analysis of Banana Vibrating Screen

XIA? Wenhao

（Guoneng Zhuhai Port Co.， Ltd.， Zhuhai， Guangdong Province， 519000 China）

Abstract： Bolts are welded on the bracket fixing the screen plate bolts， the bracket is connected with the rail seat angle steel bolts of the existing screen machine， and the bolts welded on the bracket are fixed to the screen plate with locknuts; The ear plate connection structure is improved from the original welding form to the riveting form; Reduce the weight of the overall sieve plate， reduce the mechanical inertia during operation， reduce the inertial stress on the ear plate during operation， and reduce the bearing stress at the connection; The failure rate can be effectively reduced by reducing the aging point of components and reducing the point loosening during vibration.

Key Words： Banana vibrating screen; Polyurethane; Welding; Riveting

篩分機(jī)械是利用激振器帶動(dòng)篩體往復(fù)震動(dòng)，搖動(dòng)等動(dòng)作將其中的水分或異物等去除或?qū)⒏鞣N原料和各種初級(jí)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)篩板篩分，獲取不同顆粒大小的物料，再進(jìn)行下一步的深加工和提高產(chǎn)品品質(zhì)時(shí)所使用的振動(dòng)機(jī)械設(shè)備。

對(duì)于散貨碼頭而言，振動(dòng)篩可完成對(duì)散貨篩選及去雜質(zhì)的功能，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益，對(duì)于應(yīng)用于散貨的振動(dòng)篩。

1 香蕉振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)原理

香蕉篩作為煤礦及煤炭散貨碼頭尤為常用，香蕉篩是一種新型的篩分設(shè)備，因其特殊的形狀得名，入料端坡度較大，一般情況下為34°，隨著物料的前進(jìn)下降，坡度越來(lái)越緩，一直到出料口，坡度下降到10°左右，所以從側(cè)面看像一個(gè)香蕉一樣。分為單層和多層篩面式香蕉篩，主要應(yīng)用在原煤分級(jí)、脫泥、脫介和脫水等工藝環(huán)節(jié)。

香蕉篩主要結(jié)構(gòu)分為篩架部分、激振器部分、篩板部分、緩沖裝置部分及出入料口，以市面常見香蕉篩為例，振動(dòng)篩為達(dá)到提高振動(dòng)篩篩體的強(qiáng)度和剛度，降低整機(jī)重量的同時(shí)可降低功耗、提高設(shè)備使用效率、提高使用壽命;振動(dòng)篩篩體橫梁及激振器梁配合面為提高各部件精密度，提高使用壽命，組裝前均采用自動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工;篩體結(jié)構(gòu)采用虎克螺栓和高強(qiáng)度螺栓禁錮組成，具有極強(qiáng)的耐疲勞性，篩架側(cè)板與橫梁之間采用鉚接形式固定連接，篩框橫梁采用箱型梁結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)加強(qiáng)肋，非加工面為確保防銹，在安裝前均經(jīng)噴砂處理并涂環(huán)氧樹脂漆[1]。

但在日常生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，香蕉篩由于工作原理的原因，作業(yè)過(guò)程中易造成設(shè)備損壞，下文以篩板脫落和篩架橫梁耳板斷裂為例進(jìn)行香蕉振動(dòng)篩生產(chǎn)作業(yè)中的孤戰(zhàn)故障進(jìn)行分析研究，以上兩個(gè)故障比較有代表性且故障原因具有特例性。

2 香蕉振動(dòng)篩篩板脫落故障分析

首先對(duì)篩板脫落進(jìn)行相關(guān)分析，篩板作為選別物料的介質(zhì)十分重要，且振動(dòng)篩的篩板需要同振動(dòng)篩篩體連接整體震動(dòng)起到振動(dòng)篩的作用，原廠篩板采用聚氨酯橡膠包裹篩板的形式，出入口盲板為鋼骨架聚氨酯包裹形式;該篩板安裝方式為在鋼結(jié)構(gòu)上用螺栓緊固聚氨酯軌座，再將帶有卡槽的聚氨酯篩板安裝在軌座上。

日常作業(yè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大面積篩板脫落現(xiàn)象，且篩板脫落前進(jìn)行日常檢查不易發(fā)現(xiàn)，給生產(chǎn)作業(yè)造成很大影響，對(duì)下游運(yùn)輸皮帶造成較大的安全隱患，通過(guò)分析篩板脫落主要原因?yàn)檐壸?jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的使用后老化、開裂，篩板失去固定或篩板卡槽老化、開裂[2]。

針對(duì)聚氨酯材料，簡(jiǎn)稱聚氨酯（polyurethane），聚氨基甲酸酯是一種新興高分子材料。是一種常用的有機(jī)高分子材料，聚氨酯因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及航空、國(guó)防、汽車、航天、輕工、電子、化工、紡織、醫(yī)療、建筑、建材等各行各業(yè)。聚氨酯材料的老化影響因素主要有以下幾點(diǎn)。

（1）熱。溫度提高是聚氨酯材料的膠體的熱裂解或熱交聯(lián)原因之一。熱氧是普遍存在的一種老化現(xiàn)象，導(dǎo)致提高氧擴(kuò)散速度和活化氧化反應(yīng)，從而加速橡膠氧化反應(yīng)速度。但熱的基本作用還是活化作用。

（2）光。紫外線對(duì)聚氨酯膠體起破壞作用的是能量較高。光波越短、能量越大。紫外線會(huì)直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯(lián)，以及因吸收光能而產(chǎn)生游離基，加速氧化鏈反應(yīng)過(guò)程。

（3）氧。氧化作用是聚氨酯材料老化的重要原因之一。氧在膠體中同膠分子發(fā)生游離基鏈鎖反應(yīng)，分子鏈發(fā)生斷裂或過(guò)度交聯(lián)，引起橡膠性能的改變。

（4）機(jī)械應(yīng)力。聚氨酯材料在機(jī)械應(yīng)力反復(fù)作用下及不斷摩擦過(guò)程中，會(huì)使膠體分子鏈斷裂生成游離基，引發(fā)氧化鏈反應(yīng)，形成力化學(xué)過(guò)程。機(jī)械斷裂分子鏈和機(jī)械活化氧化過(guò)程。哪個(gè)能占優(yōu)勢(shì)，視其所處的條件而定。此外，在應(yīng)力作用下容易引起臭氧龜裂。

（5）水分。水分的影響有兩個(gè)方面：第一，膠體在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時(shí)，容易破壞，這是由于橡膠中的水溶性物質(zhì)和清水基團(tuán)等成分被水抽提溶解。第二，水解或吸收等原因引起的。特別是在水浸泡和大氣暴露的交替作用下，會(huì)加速橡膠的破壞。

3 香蕉振動(dòng)篩篩板脫落故障解決方案

通過(guò)分析研究結(jié)合振動(dòng)篩的運(yùn)行原理分析，初步判斷造成振動(dòng)篩篩板材料（聚氨酯）老化的原因主要為機(jī)械應(yīng)力、水分及氧化，其中，機(jī)械應(yīng)力最為突出，由于振動(dòng)篩的作業(yè)性質(zhì)及運(yùn)行原理，在作業(yè)過(guò)程中因慣性的原因，篩板同軌座長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生機(jī)械應(yīng)力，對(duì)軌座根部薄弱點(diǎn)造成損傷。再者，日常作業(yè)煤流通過(guò)，加大空氣通過(guò)量，增加含氧量，加速氧化，同時(shí)，由于地域原因和清洗要求，日常也會(huì)使振動(dòng)篩篩板材料（聚氨酯）受到水分的嚴(yán)重影響，加速振動(dòng)篩篩板材料（聚氨酯）老化，通過(guò)以上對(duì)材料的分析可以看出，針對(duì)振動(dòng)篩篩板老化周期短的缺陷是無(wú)法通過(guò)主觀方式解決的，針對(duì)此情況，優(yōu)先考慮對(duì)篩板的整體結(jié)構(gòu)、材料及連接方式進(jìn)行改造優(yōu)化。

克服以上問(wèn)題可采用螺栓焊接在固定篩板螺栓的托架上，托架與現(xiàn)有篩機(jī)的軌座角鋼螺栓連接，焊接在托架上的螺栓用防松螺母對(duì)篩板進(jìn)行固定[3]。更換篩板后，篩機(jī)的固有頻率會(huì)有很小的改變;更換后需要測(cè)量篩機(jī)的振幅、振動(dòng)角度。如果測(cè)量的結(jié)果無(wú)法達(dá)到原有標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)篩機(jī)作出相應(yīng)的調(diào)整以達(dá)到要求。其中，篩板采用12mm哈道斯耐磨板可延長(zhǎng)使用壽命，螺栓緊固方式可保障篩板所受應(yīng)力對(duì)整體篩板不受影響，不會(huì)造成篩板脫落，如圖1所示。

4 香蕉振動(dòng)篩橫梁耳板斷裂故障分析

第二個(gè)典型故障分析是振動(dòng)篩橫梁耳板斷裂，橫梁斷裂。此故障不易發(fā)現(xiàn)，由于振動(dòng)篩橫梁耳板結(jié)構(gòu)位置位于篩板的下方，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行表面存在積煤，同時(shí)檢查維修需拆除篩板處理，維修檢查不便，故此故障不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，僅能通過(guò)振動(dòng)篩運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行聲音進(jìn)行判斷，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)噠噠噠的規(guī)律性異響，同時(shí)振動(dòng)篩的篩板出現(xiàn)異常波動(dòng)，存在以上情況就需要對(duì)篩板進(jìn)行拆除檢查橫梁耳板的情況。

振動(dòng)篩橫梁、篩架側(cè)板與橫梁采用鉚接形式鏈接固定，篩框橫梁采用箱型梁結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)加強(qiáng)肋，提高整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)采用鉚接形式的形式固定，提高穩(wěn)定性，連接箱型橫梁與篩板的連接耳板采用傳統(tǒng)的焊接工藝。

日常生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中存在焊接殘余應(yīng)力造成焊接質(zhì)量較差的情況，焊接殘余應(yīng)力是由于焊接過(guò)程中發(fā)熱引起焊件不均勻的溫度分布，焊縫金屬的熱脹冷縮等原因造成的，所以焊接施工過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力[4}。消除殘余應(yīng)力的方法通常是高溫回火，即將焊接件放在熱處理爐內(nèi)保溫一定時(shí)間或加熱到一定溫度（Ac1以下），利用材料在高溫下屈服極限的降低，使焊接材料的內(nèi)應(yīng)力高的地方產(chǎn)生塑性流動(dòng)，塑性變形逐漸增加，彈性變形逐漸減少而使應(yīng)力降低。

故需對(duì)焊接部位進(jìn)行焊接熱處理，焊接后熱處理對(duì)金屬抗拉強(qiáng)度、極限蠕變的影響與以下兩方面有關(guān)，一是與熱處理的加熱溫度，二是與熱處理的保溫時(shí)間有關(guān)。焊后熱處理對(duì)焊縫金屬?zèng)_擊韌性的影響隨不同種類鋼材而不同，焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理[5]。熱處理的加熱和冷卻需控制時(shí)長(zhǎng)，力求內(nèi)外壁均勻。

由于焊接方式的熱處理環(huán)節(jié)存在對(duì)焊接點(diǎn)位處理不到位的情況，存在一定隱患，尤其針對(duì)振動(dòng)篩這類震動(dòng)性設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中存在大量的應(yīng)力需要釋放，緩沖系統(tǒng)、激振器、激振器橫梁的部位均存在應(yīng)力集中的情況，故易發(fā)生設(shè)備故障。

振動(dòng)篩橫梁耳板斷裂分析研究，存在以下幾點(diǎn)故障原因。

（1）零部件老化。部分零部件或結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)時(shí)間使用存在老化的情況，部分鋼結(jié)構(gòu)存在銹蝕的情況，托架角鋼存在螺孔松動(dòng)老化的情況。

（2）篩板重量。由于振動(dòng)篩設(shè)計(jì)的參數(shù)是固定的，篩板的重量和質(zhì)量會(huì)使振動(dòng)篩運(yùn)行過(guò)程中增加運(yùn)行慣性，運(yùn)行慣性增大，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生額應(yīng)力增大，整機(jī)的應(yīng)力通過(guò)振動(dòng)篩底座的彈簧緩沖裝置釋放，由于緩沖裝置的慣性緩沖范圍是固定的，超出范圍的應(yīng)力將通過(guò)整機(jī)對(duì)薄弱的部位進(jìn)行釋放，振動(dòng)篩的整體結(jié)構(gòu)中，焊接部位相較而言最為薄弱，故存在焊接耳板斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）篩分煤質(zhì)。振動(dòng)篩日常篩分過(guò)程中，存在篩分的煤質(zhì)較濕，大量煤粉會(huì)堵塞篩板的篩孔，增大振動(dòng)篩負(fù)荷。

（4）篩板松動(dòng)。日常維護(hù)過(guò)程中，篩板松動(dòng)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。

5 香蕉振動(dòng)篩橫梁耳板斷裂解決方案

針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)研究分析，通過(guò)以下幾個(gè)方向進(jìn)行故障處理解決。

（1）耳板連接結(jié)構(gòu)，耳板連接結(jié)構(gòu)由原焊接形式改進(jìn)為鉚接形式，鉚接（英文名riveting）即鉚釘連接，利用軸向力將零件鉚釘孔內(nèi)釘桿墩粗并形成釘頭，連接多個(gè)零件的方法。鉚接的原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單，鉚釘類似于膨脹螺釘一樣，通過(guò)使用鉚釘槍或者鉚接設(shè)備，使鉚釘前段膨脹使連接件進(jìn)行結(jié)合{5]。通過(guò)鉆孔（①）、锪窩（②）、光滑表面（③）、放置鉚釘（④）、固定鉚釘位置（⑤）、鉚釘搶操作成型（⑥）幾個(gè)步驟，通俗地講，鉚接就是指將兩個(gè)厚度不大的板，通過(guò)在其指定部位上鉆孔，然后將鉚釘放進(jìn)去，用鉚釘槍將鉚釘鉚死，而將兩個(gè)板或物體連接在一起的方法，如圖2所示。

（2）篩板減重，在篩板設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)，降低整體篩板的重量，降低運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)械慣性，降低耳板運(yùn)行過(guò)程中所受慣性應(yīng)力，降低連接處的承受應(yīng)力[6]。

（3）老化磨損修復(fù)更換，由于連接部件的老化，易造成篩板與橫梁的連接松動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間松動(dòng)會(huì)造成運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)力局部激增無(wú)法釋放，造成局部點(diǎn)位損壞，故通過(guò)降低部件老化點(diǎn)位，較少震動(dòng)過(guò)程中得點(diǎn)位松動(dòng)，可有效降低故障率。

6結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)國(guó)家對(duì)能源的不斷重視，煤炭作為現(xiàn)階段的主要能源供給，尤為關(guān)鍵重要，煤炭產(chǎn)銷過(guò)程中得重要設(shè)備就顯得尤為重要，而作為“性能穩(wěn)定、效率高、處理量大等”優(yōu)點(diǎn)的香蕉振動(dòng)篩必將越來(lái)越受到市場(chǎng)的青睞，通過(guò)以上兩個(gè)振動(dòng)篩的典型故障分析，可以更好地解決日常生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題故障，提高振動(dòng)篩的可靠性，降低設(shè)備使用的在線故障率，提高振動(dòng)篩的有效利用率和在線完好率。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐元博，蔡宗琰.頻率加權(quán)能量算子在振動(dòng)篩故障診斷中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2017（9）：2475-2482

[2] 范偉，何越宙，王寅，等.基于VMD-RQA的直線振動(dòng)篩激振力不平衡故障診斷[J].振動(dòng)與沖擊，2021（18）：25-32

[3] 李棟，劉躍，王帥，等.礦用直線振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)故障分析[J].工礦自動(dòng)化，2020（5）：34-38

[4] 薛光輝.大型振動(dòng)篩大梁裂紋故障診斷方法研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2020.

[5] 張則榮，樊智敏，王永巖.基于應(yīng)變模態(tài)的振動(dòng)篩橫梁損傷診斷及疲勞剩余壽命預(yù)測(cè)研究 [J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2017（9）：101-107.

[6] 閆小鋒.振動(dòng)篩關(guān)鍵部件的動(dòng)態(tài)分析及裂紋診斷[D].唐山：華北理工大學(xué)，2020.

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