大型雙層直線振動(dòng)篩使用故障分析及處理措施

湯建龍

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司）

福建馬坑礦業(yè)股份有限公司是福建龍巖市骨干型礦山企業(yè)，儲(chǔ)量4億多噸，主要為高品位的磁鐵礦，伴生鉬綜合回收利用，自2003年開始建設(shè)，到2018年規(guī)模逐步擴(kuò)大到300萬t/a。該礦選礦工藝為破碎系統(tǒng)三段一閉路，磨選系統(tǒng)采用階段磨礦階段弱磁選工藝，分為3個(gè)系列。從2018年起采礦能力不斷提升，為提高碎磨效率，降低生產(chǎn)成本，配套采礦能力500萬t/a，采用高壓輥磨加預(yù)選篩分工藝，實(shí)現(xiàn)選廠500萬t/a生產(chǎn)能力。預(yù)選篩分采用3臺(tái)大型雙層直線振動(dòng)篩進(jìn)行濕式篩分，篩下-3 mm物料經(jīng)CZCS1545粗粒濕式磁選機(jī)選別，精礦進(jìn)球磨機(jī)進(jìn)行磨礦處理，尾砂經(jīng)脫水篩脫水，其中大型雙層直線振動(dòng)篩型號(hào)為SLK3685W。

1 大型雙層振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)

1個(gè)激振器傳動(dòng)軸輸出端通過中間軸與第2個(gè)激振器的主動(dòng)軸輸入端連接，帶動(dòng)第2個(gè)激振器工作，第2個(gè)激振器的輸出端與第3個(gè)激振器主動(dòng)軸輸入端連接，帶動(dòng)第3臺(tái)激振器工作，各激振器之間的中間軸為橡膠聯(lián)軸器，具有一定的軸向補(bǔ)償功能，消除因振動(dòng)篩振動(dòng)導(dǎo)致的繞性變形和激振器軸承損壞造成的軸向串動(dòng)，同時(shí)便于激振器的安裝和拆卸［1］。

1.2 振動(dòng)篩工作原理［2］

振動(dòng)篩工作原理見圖1，每臺(tái)激振器內(nèi)部為一對(duì)參數(shù)完全相同的互相嚙合的齒輪，兩側(cè)安裝兩組偏心質(zhì)量相同的偏心塊，設(shè)備運(yùn)行時(shí)偏心塊轉(zhuǎn)速相同但轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。根據(jù)力學(xué)原理，在任意時(shí)刻，兩組偏心塊異向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力在圖示Y—Y方向上的分力疊加，而在與其垂直方向X—X上的分力相互抵消，從而形成了只沿Y—Y方向上的單一激振力，帶動(dòng)篩機(jī)沿Y—Y方向做往復(fù)簡諧運(yùn)動(dòng)。Y—Y方向就是振動(dòng)篩的振動(dòng)方向，振動(dòng)篩振動(dòng)軌跡為一條直線。

2 振動(dòng)篩使用過程中的主要故障及分析

2.1 主要故障

（1）振動(dòng)篩底座減震彈簧易斷，2018年4月生產(chǎn)系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，累計(jì)更換底座圓柱螺旋彈簧約120件。

（2）2#振動(dòng)篩于2019年11月主梁斷裂，在主梁中部激振器的安裝位置出現(xiàn)整圈的開裂。

（3）3#振動(dòng)篩篩板開裂，右側(cè)篩板從入料端開裂至下層第3根梁的法蘭位置，長度達(dá)2.8 m。

（4）激振器故障率高，從2018年4月開始使用，激振器陸續(xù)出現(xiàn)故障，3臺(tái)振動(dòng)篩累計(jì)維修激振器23次，主要維修項(xiàng)目為更換激振器軸承、齒輪等，累計(jì)維修費(fèi)用約108.4萬元。

2.2 故障原因分析

結(jié)合國內(nèi)同類礦山使用情況，針對(duì)以上出現(xiàn)的故障，主要從現(xiàn)場使用維護(hù)狀況及安裝布置是否合理等原因進(jìn)行分析，以尋求解決辦法。

2.2.1 振動(dòng)篩彈簧易斷原因

彈簧的損壞一般屬于過負(fù)荷造成的剪切應(yīng)力超標(biāo)導(dǎo)致斷裂，彈簧之間受力不均，會(huì)導(dǎo)致各彈簧的長度不一致，同組內(nèi)彈簧的整體變形量不相同，變形量大的彈簧受到剪切應(yīng)力大，工作過程中該彈簧損壞幾率大［3］；另外，振動(dòng)篩參振質(zhì)量過大，在啟停和運(yùn)行過程中振動(dòng)篩整機(jī)大幅晃動(dòng)，彈簧承受過大載荷，也易造成彈簧斷裂。

2.2.2 振動(dòng)篩主梁易斷及篩框開裂原因

振動(dòng)篩主梁是指篩框上部支撐振動(dòng)器的橫梁，一般采用箱式振動(dòng)器的振動(dòng)篩都有一個(gè)很夯實(shí)的主梁，它的工況對(duì)篩子的壽命至關(guān)重要［4］。主梁斷裂是振動(dòng)篩經(jīng)常遇到的問題，且斷裂后不易修復(fù)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，主梁斷裂主要原因如下。

（1）激振器緊固螺栓松動(dòng)。激振器緊固螺栓一旦發(fā)生松動(dòng)，勢(shì)必造成激振器產(chǎn)生的激振力猛烈沖擊主梁，主梁受到一個(gè)非正常的較大沖擊力，易造成斷裂。

（2）篩面存在積料。當(dāng)篩下部排料不暢，物料堆積到與篩下橫梁接觸，振動(dòng)篩的自由振動(dòng)受到阻礙干擾，導(dǎo)致頓篩現(xiàn)象，也易造成主梁斷裂。

（3）激振力過大。振動(dòng)篩正常工作運(yùn)行是由電機(jī)帶動(dòng)激振器偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生激振力，再通過傳動(dòng)軸傳遞到振動(dòng)篩。若激振力過大，使振動(dòng)篩負(fù)荷增大，也會(huì)對(duì)主梁使用壽命產(chǎn)生不良影響。

（4）激振器非正常工作。每臺(tái)振動(dòng)篩有3臺(tái)激振器，其中任何一臺(tái)出現(xiàn)故障，如軸承卡死、齒輪損壞等，便會(huì)造成振動(dòng)篩的扭振，導(dǎo)致篩框變形，嚴(yán)重時(shí)造成篩板開裂和主梁斷裂等情況。

（5）振動(dòng)篩過載或帶負(fù)荷啟動(dòng)。過載或帶負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)主要對(duì)振動(dòng)篩彈簧、電機(jī)影響較大，會(huì)使彈簧的彈性系數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致振動(dòng)篩前后左右振幅產(chǎn)生差異，物料的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改變，對(duì)篩框、篩幫的沖擊加大，從而發(fā)生篩框開裂現(xiàn)象。

另外，振動(dòng)篩給料不均勻，物料的沖擊不僅對(duì)振動(dòng)篩局部磨損較大，水平的沖擊力還會(huì)破壞振動(dòng)篩的整體受力平衡，也會(huì)對(duì)其壽命產(chǎn)生不良影響。

2.2.3 激振器損壞原因

通常激振器損壞的主要原因是軸承損壞、軸承潤滑不良和主軸磨損等，通常在點(diǎn)巡檢工作中通過觀察激振器是否出現(xiàn)異響和采用測(cè)溫儀檢測(cè)軸承溫升是否異常來判斷。

（1）該振動(dòng)篩采用箱式激振器，通過飛濺潤滑方式對(duì)軸承進(jìn)行潤滑，軸承內(nèi)、外圈滾道與滾子間無法保證充分潤滑。

（2）軸承在不能充分潤滑的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱，且產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)排出，溫度高達(dá)110～120℃，溫度升高后又導(dǎo)致潤滑油黏度下降，進(jìn)一步引起潤滑不良；造成軸承滾子保持架變形、散架，無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)［5］。

（3）軸承滾子、保持架和滾道磨損后造成游隙偏大時(shí)，若不能及時(shí)更換軸承，軸承運(yùn)行異常，發(fā)熱量增加，沖擊負(fù)荷加大，導(dǎo)致軸承位主軸和軸承座磨損加大，使激振器損壞無法使用。

2.3 振動(dòng)篩理論分析

彈簧剛度K計(jì)算，對(duì)單質(zhì)量系統(tǒng)

式中，K為系統(tǒng)中彈簧的總剛度，N/m；ωg為系統(tǒng)的固有頻率，rad/s；M為參振質(zhì)量，kg。

2.3.1 動(dòng)力學(xué)參數(shù)

參振質(zhì)量

式中，M1為篩箱質(zhì)量，kg；M2為振動(dòng)器質(zhì)量，kg；M3為支撐裝置的上彈簧座總質(zhì)量，kg；M4為聯(lián)軸器及其罩的質(zhì)量，kg；M5為物料質(zhì)量，kg，M5=fwBLγ∑Hi，fw為物料結(jié)合系數(shù)，取0.2；L為篩面的長度，m，γ為物料的松散密度，t/m3，∑Hi為各層篩面上料層平均厚度的總和，m；M6為其他參振質(zhì)量，kg。以上幾個(gè)參數(shù)中，M1、M2、M3的質(zhì)量由廠家設(shè)計(jì)制作，無法改變；M2振動(dòng)器的質(zhì)量改變不大，僅在改變激振塊數(shù)量的情況下有輕微的改變；M5中fw、B、L、γ等基本確定，在給料確定的情況下提高篩分效率可適當(dāng)減小∑Hi值。

2.3.2 篩框橫梁受力分析

橫梁斷面形狀及結(jié)構(gòu)是用兩端帶法蘭的矩形封閉型材構(gòu)成，橫梁與其附件（篩面托架、篩面、緊固件等）構(gòu)成一體，按一定頻率和振幅振動(dòng)，因此其受力由動(dòng)載（慣性力）和靜載（自重力）組成。附件質(zhì)量均勻地分配到各梁，然后將動(dòng)載最大值和靜載合成作為外載均布在橫梁上，其載荷分布及彎矩見圖2。

橫梁的均布載荷

式中，q為梁的均布載荷，N/m；W1為梁及其附件的重力（包括物料重力、中間激振器的重力），N；L為梁的長度，m；Fmax為梁的最大慣性力，N。

由圖2可見，大梁中間受力最大，2#篩的斷裂位置恰好也是在中部位置，可見通過減少物料的料層厚度和篩板的質(zhì)量及通過降低振幅，可降低梁所受的載荷，降低斷梁的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3 激振器的受力分析

對(duì)于激振器通常采用改變偏心塊位置來改變等效重心，即回轉(zhuǎn)半徑；改變激振塊數(shù)量來改變激振力，從而達(dá)到調(diào)整振動(dòng)篩振幅的目的（圖3）。激振力為

式中，M為扇形塊質(zhì)量，kg；Mk為偏心塊質(zhì)量，kg；R為扇形塊的重心回轉(zhuǎn)半徑，m；Rk為偏心塊的等效重心回轉(zhuǎn)半徑，m，通過改變激振塊的數(shù)量和位置，Rk值可調(diào)。

2.3.4 軸承受力計(jì)算分析

每臺(tái)振動(dòng)篩配備3臺(tái)箱式振動(dòng)器，安裝在方形大梁上，中間1臺(tái)、兩邊各1臺(tái)，產(chǎn)生強(qiáng)大的激振力，激發(fā)振動(dòng)篩振動(dòng)，因此振動(dòng)器軸承受動(dòng)載荷主要是偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力F及扇形塊自重力Ws及偏心塊自Wk、支撐反力N。當(dāng)F、Ws、Wk方向一致時(shí)，軸承受力最大。受力狀態(tài)見圖4。

正常情況下，振動(dòng)篩運(yùn)行時(shí)未發(fā)生水平方向偏斜，在水平方向，這樣軸承上的軸向力近似為零，當(dāng)偏心塊處于圖4位置時(shí)，徑向力最大，F(xiàn)z計(jì)算公式為

軸承的壽命與載荷間的關(guān)系可表示為

式中，L10為基本額定壽命；C為軸承額定動(dòng)負(fù)荷，N；P為當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，N；ε為壽命指數(shù)，振動(dòng)篩為滾子軸承，ε=3.333 3；ft為溫度系數(shù)。

2.3.5 激振器的溫度對(duì)軸承的影響

根據(jù)潤滑原理，潤滑油對(duì)摩擦件形成潤滑保護(hù)的關(guān)鍵是潤滑油具有足夠的黏度，才能形成潤滑油膜。除根據(jù)設(shè)備工作狀況選取合適牌號(hào)的潤滑油外，通過改善導(dǎo)熱環(huán)境，提高散熱效率也是確?？煽繚櫥挠行侄?。

3 振動(dòng)篩故障改進(jìn)措施

針對(duì)以上振動(dòng)篩出現(xiàn)的故障，通過實(shí)踐和理論分析，在確保振動(dòng)篩足夠強(qiáng)度的情況下，減少整機(jī)的參振質(zhì)量，降低激振力對(duì)于彈簧、篩梁、篩框以及激振器的負(fù)荷或非正常沖擊，是降低設(shè)備故障率的有效途徑［6］。同時(shí)，根據(jù)軸承工作原理，在降低動(dòng)負(fù)荷的同時(shí)，改進(jìn)潤滑效果也是確保激振器軸承持久耐用的有效措施。

3.1 振動(dòng)篩給料不均改進(jìn)措施

經(jīng)過高壓輥磨后的物料通過皮帶輸送到料斗，造漿水管的高壓水將物料沖散造漿后經(jīng)溜槽給入振動(dòng)篩，由于篩寬達(dá)到3.6 m，物料落點(diǎn)較集中，且水管上噴水孔使用一段時(shí)間后易被雜物堵塞，造成礦漿在寬度方向布料不均?；诖?，在直線篩入料端上方安裝一個(gè)專用扇形布料溜槽，使礦漿先落到布料溜槽，同時(shí)加強(qiáng)造漿水管噴水孔的檢查和疏通，布料均勻程度得到很好改善。改造前振動(dòng)篩給料布置見圖5。

3.2 激振器潤滑冷卻改進(jìn)措施

用于預(yù)選篩分的振動(dòng)篩一般都是持續(xù)24 h連續(xù)運(yùn)行，一般情況下激振器溫度為60～75℃，夏天環(huán)境溫度高于30℃時(shí)，溫度可達(dá)70℃以上，對(duì)齒輪潤滑油的油質(zhì)要求較高。激振器長期在較高的溫度下運(yùn)行，潤滑油的黏度明顯下降，潤滑效果受到一定影響，這也是造成激振器軸承使用周期短的主要原因。為此，現(xiàn)場對(duì)激振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，利用激振器采用飛濺潤滑的原理，加上篩子為濕式篩，將上端蓋改為水套結(jié)構(gòu)，水套內(nèi)接入流水，將部分飛濺到上蓋的較高溫度的潤滑油冷卻后流回油箱，改造后的激振器溫度下降8～10℃，即使環(huán)境溫度在35℃以上，激振器溫度也不會(huì)高于65℃。從潤滑油的黏溫特性曲線可見，對(duì)潤滑油溫度的有效控制，可以保證對(duì)設(shè)備的可靠潤滑。

3.3 振動(dòng)篩篩網(wǎng)改進(jìn)措施

選用彈性好、篩分效率高的彈性篩網(wǎng)，同時(shí)在保證篩網(wǎng)安裝牢固的情況下，減少篩板的厚度，減輕篩機(jī)的質(zhì)量及減少料層厚度，可達(dá)到降低彈簧和激振器負(fù)荷的目的。

原廠配置的篩網(wǎng)規(guī)格為305 mm×305 mm，上層篩板和篩條厚度達(dá)50 mm，每片質(zhì)量5.4 kg，篩孔易堵，整片篩板從入料端開始，堵孔現(xiàn)象逐步加重，整個(gè)篩子的參振質(zhì)量增大。通過對(duì)篩網(wǎng)的逐步更換，選用新型DMI防堵篩網(wǎng)，減輕篩板質(zhì)量，減少堵孔率，每片質(zhì)量降為2.2 kg，僅上層篩網(wǎng)的質(zhì)量就降低了1 100 kg以上，整機(jī)參振質(zhì)量明顯降低。

3.4 激振器激振力改進(jìn)措施

在滿足生產(chǎn)要求的前提下，拆除部分偏心塊，降低軸承負(fù)荷。經(jīng)計(jì)算，每臺(tái)激振器的傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸各拆除一對(duì)偏心塊，激振力減少約30 kN，3臺(tái)激振器合計(jì)激振力減少90 kN。

3.5 振動(dòng)篩使用管理改進(jìn)措施

對(duì)崗位人員和車間管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，做好振動(dòng)篩的檢修管理，發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)、螺桿松動(dòng)及時(shí)處理。當(dāng)激振器出現(xiàn)溫度或聲音異常時(shí)，及時(shí)檢查并排除故障，避免設(shè)備帶病工作。對(duì)生產(chǎn)車間和職能部門加強(qiáng)培訓(xùn)，提高各級(jí)人員對(duì)小隱患、小故障的重視，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)設(shè)備管理考核制度的落實(shí)，做到獎(jiǎng)罰分明。另外，在維修組織管理上，針對(duì)選礦廠13臺(tái)振動(dòng)篩，成立5人專門檢修維護(hù)小組，做到專業(yè)點(diǎn)巡檢和維修相結(jié)合；嚴(yán)格按照設(shè)備使用要求，做好油位檢查、油質(zhì)跟蹤，選用高精度紅外線熱成像儀對(duì)溫度跟蹤測(cè)量，加強(qiáng)設(shè)備的潤滑管理。

3.6 改進(jìn)效果

通過以上改進(jìn)措施，振動(dòng)篩的使用情況明顯改善，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）2022年開始，未出現(xiàn)振動(dòng)篩主梁、側(cè)板、篩網(wǎng)支撐梁等主要部件的損壞；改造前非正常更換彈簧數(shù)量平均每年40個(gè)/臺(tái)，改造后2022年的損壞數(shù)量到8月份為止僅更換10個(gè)/臺(tái)，損壞更換數(shù)量大大降低；采用新型冷卻系統(tǒng)后，激振器內(nèi)部最高溫度較改造前降低8～10℃。

（2）2021年3臺(tái)直線篩共9臺(tái)激振器共計(jì)檢修10次，改造后2022年至今僅報(bào)修2次，預(yù)計(jì)全年維修費(fèi)用可減少30萬元。

（3）2021年因振動(dòng)篩突發(fā)故障搶修11次，累計(jì)247.5工時(shí)，人工費(fèi)需11.14萬元，改造后2022年未出現(xiàn)因突發(fā)故障造成的搶修。

（4）2021年在有備用篩的情況下，仍因預(yù)選篩故障2次，對(duì)正常生產(chǎn)造成影響，單系列非正常停機(jī)時(shí)間超過14 h，改造后2022年至今未因設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)造成影響。

4 結(jié)論

（1）隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，新設(shè)備的出現(xiàn)使得選礦工藝不斷得到改進(jìn)，大型雙層直線振動(dòng)篩在礦山濕式篩分工藝中的應(yīng)用越來越廣泛。

（2）該篩分設(shè)備使用過程中出現(xiàn)的上述故障較為普遍，主要原因是未按設(shè)備使用要求運(yùn)行和維護(hù)管理，或由于現(xiàn)場安裝不合理導(dǎo)致工況無法滿足使用要求所致。現(xiàn)場通過針對(duì)性分析、技術(shù)改造及加強(qiáng)管理等取得了較好的效果，為類似礦山提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。