橢圓等厚振動(dòng)篩的常見(jiàn)故障處理與改進(jìn)

劉業(yè)翠

（首鋼京唐公司焦化作業(yè)部，河北唐山 063200）

0 引言

橢圓等厚振動(dòng)篩各個(gè)部件長(zhǎng)期承受交變載荷和大量物料的沖擊力作用，導(dǎo)致零部件易發(fā)生疲勞斷裂和其他形式的損壞，采用理論分析和仿真分析相結(jié)合的方式對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行系統(tǒng)研究，有針對(duì)性地對(duì)篩箱、篩板梁和激振器等部件進(jìn)行改進(jìn)，以提高振動(dòng)篩性能和使用壽命[1]。某公司自投產(chǎn)以來(lái)，振動(dòng)篩整體運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但在使用過(guò)程中出現(xiàn)很多典型的設(shè)備故障，例如篩板梁斷裂、箱體開(kāi)裂、振幅偏差過(guò)大、激振器抱死等，其故障率過(guò)高，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)穩(wěn)定。

1 橢圓等厚振動(dòng)篩的主要結(jié)構(gòu)

以樣機(jī)TDLS 系列橢圓等厚振動(dòng)篩為例，其由篩箱、二次隔振系統(tǒng)、激振器、傳動(dòng)系統(tǒng)、彈簧、篩下料斗、密封罩、傳動(dòng)軸等組成（圖1）。

圖1 橢圓等厚振動(dòng)篩

等厚篩分的基本過(guò)程：物料的篩分過(guò)程包括輸送、分層和透篩3 個(gè)環(huán)節(jié)，這3 個(gè)環(huán)節(jié)往往同時(shí)發(fā)生，相互影響，篩分效率的提高需3 個(gè)環(huán)節(jié)的綜合強(qiáng)化。等厚篩分法通過(guò)改變篩面傾角，優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)，使物料在整個(gè)篩面上基本實(shí)現(xiàn)等厚，從而綜合強(qiáng)化篩分過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了物料處理量和篩分效率同時(shí)得到保證。

2 等厚篩分的優(yōu)勢(shì)

（1）等厚篩分方法改善了振動(dòng)篩篩面的料流分布。

（2）篩面上始終保持大致相等的料層厚度。篩面傾角a1＞a2＞a3，物料速度v1＞v2＞v3，在篩體入料端的物料可以迅速散開(kāi)向前輸送，篩面上物料隨著細(xì)物料不斷透篩逐漸減少，同時(shí)物料速度也逐漸變慢，實(shí)現(xiàn)篩面上始終保持大致相等的料層厚度，有利于振動(dòng)篩穩(wěn)定運(yùn)行（圖2）。

圖2 篩面傾角

（3）等厚篩分有利于提高篩面面積。由于入料段篩面上的料層厚度降低，物料在入料端透篩的概率增加。隨著物料分層完成，物料往前運(yùn)動(dòng)速度降低，細(xì)顆粒物料在出料端能充分透篩。

（4）等厚篩分能減少篩孔堵塞。入料端物料速度很快，高能量的物料可以帶動(dòng)篩板卡阻的物料，進(jìn)而提高有效篩分面積。

（5）等厚篩分優(yōu)化了振動(dòng)參數(shù)。由于篩面具有不同的傾角，它們具有不同振動(dòng)參數(shù)和振動(dòng)方向角，綜合優(yōu)化了篩分過(guò)程。入料端物料輸送速度快，提高處理量的同時(shí)強(qiáng)化物料分層。出料端物料輸送慢，有利于提高篩分效率。因此，等厚篩分法可以全面提高處理量和篩分效率。

3 激振器故障分析及改進(jìn)措施

3.1 故障現(xiàn)象

當(dāng)激振器出現(xiàn)故障，先期癥狀一般是激振器本體出現(xiàn)明顯的溫度上升。激振器軸承溫度上升導(dǎo)致軸承運(yùn)行阻力大，進(jìn)而導(dǎo)致振動(dòng)篩高電流停機(jī)。對(duì)故障激振器進(jìn)行檢查和解體分析：①待激振器冷卻后，激振器可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，而且沒(méi)有卡阻，解體后發(fā)現(xiàn)軸承座端蓋和軸承的外套端面有磨損；②待激振器冷卻后，激振器無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)，解體后發(fā)現(xiàn)激振器內(nèi)部有明顯的粉塵和雜質(zhì)，單側(cè)軸承損壞嚴(yán)重，同時(shí)在高溫作用下軸承內(nèi)外圈出現(xiàn)發(fā)藍(lán)情況。

3.2 原因分析

（1）激振器軸承在裝配過(guò)程中，軸承外套與殼體應(yīng)該處于過(guò)渡配合或少量的過(guò)盈配合，但是殼體在多次裝配后磨損導(dǎo)致內(nèi)孔尺寸變大。激振器殼體的設(shè)計(jì)內(nèi)徑為，實(shí)際尺寸。軸承外套和殼體配合過(guò)松，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，軸承外套和殼體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，引起激振器整體溫度急劇升高，導(dǎo)致軸承游隙變小，電機(jī)負(fù)載變大，進(jìn)而導(dǎo)致振動(dòng)篩無(wú)法順利運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

（2）加油量校核振動(dòng)篩采用集中供油的方式進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂選用2#鋰基脂，打油量設(shè)置為每小時(shí)6 次，大約20 g/h，理論計(jì)算單個(gè)激振器加油量為480 g/d。滾動(dòng)軸承的加脂量可參考滾動(dòng)軸承加脂時(shí)間與加脂量：

式中 G——油脂量，g

D——軸承外徑，mm

B——軸承寬度，mm

查詢軸承手冊(cè)，圓錐滾子軸承22330 CC/W33 的相關(guān)參數(shù)為：D＝320 mm，B＝108 mm。計(jì)算得出單個(gè)激振器需求潤(rùn)滑脂量2G＝2×0.005×320×08＝345.6 g＜480 g。說(shuō)明總加油量滿足軸承需求。

（3）結(jié)構(gòu)分析。軸承密封主要采用迷宮密封，密封間隙一般在1～2 mm。但在實(shí)際使用過(guò)程中，激振器軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂的稠度隨著溫度的升高而降低，潤(rùn)滑脂通過(guò)迷宮端蓋間隙不斷泄漏，最終導(dǎo)致軸承因缺油而損壞。振動(dòng)篩處于多粉塵的工況，尤其是激振器內(nèi)側(cè)處于篩箱內(nèi)部，細(xì)小的粉塵通過(guò)密封進(jìn)入軸承，導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑不良，是軸承損壞的重要原因。

總加油量滿足軸承需求，同時(shí)單獨(dú)內(nèi)側(cè)軸承出現(xiàn)潤(rùn)滑不良的情況，說(shuō)明采用從兩個(gè)軸承中間加油的方式存在供油不均的問(wèn)題。油脂順著外側(cè)軸承腔體，通過(guò)迷宮密封的間隙直接排除，同時(shí)內(nèi)側(cè)迷宮密封的間隙被油泥糊堵住，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂無(wú)法進(jìn)入內(nèi)側(cè)軸承，激振器主軸高速旋轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致內(nèi)側(cè)軸承因缺少潤(rùn)滑而損壞。排油孔布置在軸承座正下方，而且其與加油孔處于直通布置，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂，尤其是因溫度升高黏度降低的潤(rùn)滑脂，可能會(huì)不通過(guò)軸承直接外排泄漏，軸承得不到良好潤(rùn)滑而損壞。

3.3 改進(jìn)措施

（1）在激振器修復(fù)過(guò)程中，殼體內(nèi)徑的測(cè)量與檢查作為重點(diǎn)項(xiàng)目，若出現(xiàn)超差的情況，采用電鍍或堆焊車(chē)削的方式進(jìn)行修復(fù)，直到滿足公差范圍為止。

（2）對(duì)激振器的潤(rùn)滑方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化（圖3）：①?gòu)?qiáng)制潤(rùn)滑，將中部單點(diǎn)供油改為兩側(cè)同時(shí)供油，總加油量不變，保證內(nèi)外側(cè)軸承潤(rùn)滑良好，同時(shí)軸承改為外套帶加油槽和加油孔，軸承座的加油孔和軸承油槽安裝時(shí)注意對(duì)位；②迷宮密封內(nèi)部增加兩道唇形密封，唇形密封對(duì)稱(chēng)安裝；③改造排油孔位置，由以前在激振器正下方改為與最下方成45°角，同時(shí)排油孔位置安裝單向閥，有效避免了軸承腔體油脂過(guò)度排放導(dǎo)致軸承內(nèi)部缺油。

圖3 改進(jìn)后的激振器

4 篩箱開(kāi)裂和篩板梁斷裂

4.1 故障現(xiàn)象

作為振動(dòng)篩的核心部件，篩箱在承受激振器的激振力的同時(shí)承受著物料的沖擊力。在長(zhǎng)期的交變載荷和沖擊載荷下，篩箱的側(cè)板和篩板梁均出現(xiàn)斷裂的情況。

4.2 仿真分析

結(jié)合振動(dòng)篩的實(shí)體模型使用了Pro/Engineer 三維建模軟件，使用CAE 大型通用分析軟件ABAQUS 對(duì)振動(dòng)篩的篩箱進(jìn)行有限元分析。對(duì)該振動(dòng)篩的核心組件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，主要對(duì)篩箱關(guān)鍵部件的強(qiáng)度進(jìn)行校核，并結(jié)合仿真結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)的適度優(yōu)化。同時(shí)使用虛擬樣機(jī)技術(shù)，通過(guò)Adams軟件對(duì)三軸橢圓等厚振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行仿真，分析篩箱的位移、軌跡等參數(shù)[3-4]。

橢圓等厚振動(dòng)篩的主要結(jié)構(gòu)包括主篩體、圓管梁、篩板梁、激振器和彈簧等，以及加強(qiáng)筋、后擋板、出料口、彈簧支架等多個(gè)零部件（圖4）。在進(jìn)行三維建模時(shí)，首先建立各個(gè)零部件特征的三維模型，再對(duì)這些特征進(jìn)行裝配，建成各個(gè)零部件的裝配體，最后對(duì)各裝配體進(jìn)行最終裝配，組成橢圓等厚振動(dòng)篩的三維模型。

圖4 橢圓等厚振動(dòng)篩模型

在實(shí)際篩分過(guò)程中，在激振力影響下，振動(dòng)篩的部件會(huì)出現(xiàn)形變和應(yīng)力集中。為了保證振動(dòng)篩在工作中不出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大現(xiàn)象，還需要對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力分析。而在振動(dòng)篩的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，設(shè)備容易出現(xiàn)故障的地方主要體現(xiàn)在篩板的橫梁和篩體上。橫梁作為振動(dòng)篩分機(jī)械中最重要的承載構(gòu)件，在振動(dòng)篩整體結(jié)構(gòu)中，其可靠性對(duì)整機(jī)性能有至關(guān)重要的影響。以下是對(duì)橢圓等厚振動(dòng)篩在進(jìn)行篩分作業(yè)工況下橫梁和篩箱的應(yīng)力分析。

分別對(duì)側(cè)板、橫梁的應(yīng)力分布云圖進(jìn)行分析。依據(jù)側(cè)板應(yīng)力分布云圖，篩箱較大應(yīng)力水平主要集中在側(cè)板下方加強(qiáng)筋、篩箱入口側(cè)板、激振器安裝座和激振器與側(cè)板加強(qiáng)板的接合部位，其他部位應(yīng)力水平較低（圖5）。依據(jù)篩板橫梁應(yīng)力分布云圖，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在側(cè)板加強(qiáng)筋最下端，最大應(yīng)力值σmax=24.26 MPa＜24.5 MPa，應(yīng)力水平滿足國(guó)家關(guān)于振動(dòng)篩分設(shè)備的許用應(yīng)力值24.5 MPa 要求；篩板橫梁中應(yīng)力較大的區(qū)域集中在第3、4 根的中部（圖6）。

圖5 側(cè)板應(yīng)力分布云圖

圖6 篩板梁應(yīng)力分布云圖

4.3 改進(jìn)措施

仿真趨勢(shì)和實(shí)際設(shè)備狀態(tài)吻合，篩箱側(cè)板和篩板梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用需重點(diǎn)考慮交變載荷的影響。篩箱側(cè)板開(kāi)裂部位考慮在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加強(qiáng)，增加補(bǔ)強(qiáng)板或筋板。臨時(shí)加固方式：①在裂紋末端打止裂孔；②裂縫部位打坡口后焊接；③制作補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行鉚接加固。

生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)篩板梁斷裂一般集中在第3、4 根梁，主要原因是篩箱在此部位篩面傾角由25°減少到18°，燒結(jié)礦在此部位形成物料沖擊。篩板梁的護(hù)梁板漏料導(dǎo)致篩板梁磨損，進(jìn)而導(dǎo)致其強(qiáng)度降低是篩板梁斷裂的原因。解決方案：①增加篩板梁的壁厚，由原18 mm 改為20 mm；②篩板梁做耐磨涂層，避免篩板梁磨損導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

5 總結(jié)

通過(guò)激振器結(jié)構(gòu)分析并采取明確參數(shù)控制、密封改型、強(qiáng)化潤(rùn)滑等有效措施，降低激振器故障率。通過(guò)采用仿真分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，分析篩板梁和篩箱的薄弱點(diǎn)進(jìn)行加厚和加固等措施，有效消除了薄弱點(diǎn)。