香蕉振動篩故障分析研究

夏文浩

摘要：采用螺栓焊接在固定篩板螺栓的托架上，托架與現有篩機的軌座角鋼螺栓連接，焊接在托架上的螺栓用防松螺母對篩板進行固定;耳板連接結構，耳板連接結構由原焊接形式改進為鉚接形式;降低整體篩板的重量，降低運行過程中的機械慣性，降低耳板運行過程中所受慣性應力，降低連接處的承受應力;通過降低部件老化點位，較少震動過程中得點位松動，可有效降低故障率。

關鍵詞：香蕉振動篩? 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

篩分機械是利用激振器帶動篩體往復震動，搖動等動作將其中的水分或異物等去除或將各種原料和各種初級產品經過篩板篩分，獲取不同顆粒大小的物料，再進行下一步的深加工和提高產品品質時所使用的振動機械設備。

對于散貨碼頭而言，振動篩可完成對散貨篩選及去雜質的功能，帶來經濟利益，對于應用于散貨的振動篩。

1 香蕉振動篩結構原理

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°，隨著物料的前進下降，坡度越來越緩，一直到出料口，坡度下降到10°左右，所以從側面看像一個香蕉一樣。分為單層和多層篩面式香蕉篩，主要應用在原煤分級、脫泥、脫介和脫水等工藝環節。

香蕉篩主要結構分為篩架部分、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，振動篩為達到提高振動篩篩體的強度和剛度，降低整機重量的同時可降低功耗、提高設備使用效率、提高使用壽命;振動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，組裝前均采用自動數控機床進行加工;篩體結構采用虎克螺栓和高強度螺栓禁錮組成，具有極強的耐疲勞性，篩架側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構，內設加強肋，非加工面為確保防銹，在安裝前均經噴砂處理并涂環氧樹脂漆[1]。

但在日常生產作業過程中，香蕉篩由于工作原理的原因，作業過程中易造成設備損壞，下文以篩板脫落和篩架橫梁耳板斷裂為例進行香蕉振動篩生產作業中的孤戰故障進行分析研究，以上兩個故障比較有代表性且故障原因具有特例性。

2 香蕉振動篩篩板脫落故障分析

首先對篩板脫落進行相關分析，篩板作為選別物料的介質十分重要，且振動篩的篩板需要同振動篩篩體連接整體震動起到振動篩的作用，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構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。

日常作業過程中會出現大面積篩板脫落現象，且篩板脫落前進行日常檢查不易發現，給生產作業造成很大影響，對下游運輸皮帶造成較大的安全隱患，通過分析篩板脫落主要原因為軌座經較長時間的使用后老化、開裂，篩板失去固定或篩板卡槽老化、開裂[2]。

針對聚氨酯材料，簡稱聚氨酯（polyurethane），聚氨基甲酸酯是一種新興高分子材料。是一種常用的有機高分子材料，聚氨酯因其卓越的性能而被廣泛應用于國民經濟眾多領域。產品應用領域廣泛，涉及航空、國防、汽車、航天、輕工、電子、化工、紡織、醫療、建筑、建材等各行各業。聚氨酯材料的老化影響因素主要有以下幾點。

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

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

（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生游離基鏈鎖反應，分子鏈發生斷裂或過度交聯，引起橡膠性能的改變。

（4）機械應力。聚氨酯材料在機械應力反復作用下及不斷摩擦過程中，會使膠體分子鏈斷裂生成游離基，引發氧化鏈反應，形成力化學過程。機械斷裂分子鏈和機械活化氧化過程。哪個能占優勢，視其所處的條件而定。此外，在應力作用下容易引起臭氧龜裂。

（5）水分。水分的影響有兩個方面：第一，膠體在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時，容易破壞，這是由于橡膠中的水溶性物質和清水基團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，會加速橡膠的破壞。

3 香蕉振動篩篩板脫落故障解決方案

通過分析研究結合振動篩的運行原理分析，初步判斷造成振動篩篩板材料（聚氨酯）老化的原因主要為機械應力、水分及氧化，其中，機械應力最為突出，由于振動篩的作業性質及運行原理，在作業過程中因慣性的原因，篩板同軌座長時間發生機械應力，對軌座根部薄弱點造成損傷。再者，日常作業煤流通過，加大空氣通過量，增加含氧量，加速氧化，同時，由于地域原因和清洗要求，日常也會使振動篩篩板材料（聚氨酯）受到水分的嚴重影響，加速振動篩篩板材料（聚氨酯）老化，通過以上對材料的分析可以看出，針對振動篩篩板老化周期短的缺陷是無法通過主觀方式解決的，針對此情況，優先考慮對篩板的整體結構、材料及連接方式進行改造優化。

克服以上問題可采用螺栓焊接在固定篩板螺栓的托架上，托架與現有篩機的軌座角鋼螺栓連接，焊接在托架上的螺栓用防松螺母對篩板進行固定[3]。更換篩板后，篩機的固有頻率會有很小的改變;更換后需要測量篩機的振幅、振動角度。如果測量的結果無法達到原有標準，可對篩機作出相應的調整以達到要求。其中，篩板采用12mm哈道斯耐磨板可延長使用壽命，螺栓緊固方式可保障篩板所受應力對整體篩板不受影響，不會造成篩板脫落，如圖1所示。

4 香蕉振動篩橫梁耳板斷裂故障分析

第二個典型故障分析是振動篩橫梁耳板斷裂，橫梁斷裂。此故障不易發現，由于振動篩橫梁耳板結構位置位于篩板的下方，長時間運行表面存在積煤，同時檢查維修需拆除篩板處理，維修檢查不便，故此故障不易及時發現處理，僅能通過振動篩運行過程中的運行聲音進行判斷，運行過程中出現噠噠噠的規律性異響，同時振動篩的篩板出現異常波動，存在以上情況就需要對篩板進行拆除檢查橫梁耳板的情況。

振動篩橫梁、篩架側板與橫梁采用鉚接形式鏈接固定，篩框橫梁采用箱型梁結構，內設加強肋，提高整體結構強度，同時采用鉚接形式的形式固定，提高穩定性，連接箱型橫梁與篩板的連接耳板采用傳統的焊接工藝。

日常生產作業過程中存在焊接殘余應力造成焊接質量較差的情況，焊接殘余應力是由于焊接過程中發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，所以焊接施工過程中不可避免地會產生殘余應力[4}。消除殘余應力的方法通常是高溫回火，即將焊接件放在熱處理爐內保溫一定時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，使焊接材料的內應力高的地方產生塑性流動，塑性變形逐漸增加，彈性變形逐漸減少而使應力降低。

故需對焊接部位進行焊接熱處理，焊接后熱處理對金屬抗拉強度、極限蠕變的影響與以下兩方面有關，一是與熱處理的加熱溫度，二是與熱處理的保溫時間有關。焊后熱處理對焊縫金屬沖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長，力求內外壁均勻。

由于焊接方式的熱處理環節存在對焊接點位處理不到位的情況，存在一定隱患，尤其針對振動篩這類震動性設備，運行過程中存在大量的應力需要釋放，緩沖系統、激振器、激振器橫梁的部位均存在應力集中的情況，故易發生設備故障。

振動篩橫梁耳板斷裂分析研究，存在以下幾點故障原因。

（1）零部件老化。部分零部件或結構由于長時間使用存在老化的情況，部分鋼結構存在銹蝕的情況，托架角鋼存在螺孔松動老化的情況。

（2）篩板重量。由于振動篩設計的參數是固定的，篩板的重量和質量會使振動篩運行過程中增加運行慣性，運行慣性增大，在運行過程中產生額應力增大，整機的應力通過振動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，超出范圍的應力將通過整機對薄弱的部位進行釋放，振動篩的整體結構中，焊接部位相較而言最為薄弱，故存在焊接耳板斷裂的風險。

（3）篩分煤質。振動篩日常篩分過程中，存在篩分的煤質較濕，大量煤粉會堵塞篩板的篩孔，增大振動篩負荷。

（4）篩板松動。日常維護過程中，篩板松動未及時發現處理。

5 香蕉振動篩橫梁耳板斷裂解決方案

針對上述問題，經過研究分析，通過以下幾個方向進行故障處理解決。

（1）耳板連接結構，耳板連接結構由原焊接形式改進為鉚接形式，鉚接（英文名riveting）即鉚釘連接，利用軸向力將零件鉚釘孔內釘桿墩粗并形成釘頭，連接多個零件的方法。鉚接的原理其實非常簡單，鉚釘類似于膨脹螺釘一樣，通過使用鉚釘槍或者鉚接設備，使鉚釘前段膨脹使連接件進行結合{5]。通過鉆孔（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）幾個步驟，通俗地講，鉚接就是指將兩個厚度不大的板，通過在其指定部位上鉆孔，然后將鉚釘放進去，用鉚釘槍將鉚釘鉚死，而將兩個板或物體連接在一起的方法，如圖2所示。

（2）篩板減重，在篩板設計允許的范圍內，降低整體篩板的重量，降低運行過程中的機械慣性，降低耳板運行過程中所受慣性應力，降低連接處的承受應力[6]。

（3）老化磨損修復更換，由于連接部件的老化，易造成篩板與橫梁的連接松動，長時間松動會造成運行過程中應力局部激增無法釋放，造成局部點位損壞，故通過降低部件老化點位，較少震動過程中得點位松動，可有效降低故障率。

6結語

近年來國家對能源的不斷重視，煤炭作為現階段的主要能源供給，尤為關鍵重要，煤炭產銷過程中得重要設備就顯得尤為重要，而作為“性能穩定、效率高、處理量大等”優點的香蕉振動篩必將越來越受到市場的青睞，通過以上兩個振動篩的典型故障分析，可以更好地解決日常生產中遇到的問題故障，提高振動篩的可靠性，降低設備使用的在線故障率，提高振動篩的有效利用率和在線完好率。

參考文獻

[1] 徐元博，蔡宗琰.頻率加權能量算子在振動篩故障診斷中的應用[J].煤炭學報，2017（9）：2475-2482

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

[3] 李棟，劉躍，王帥，等.礦用直線振動篩結構故障分析[J].工礦自動化，2020（5）：34-38

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

[5] 張則榮，樊智敏，王永巖.基于應變模態的振動篩橫梁損傷診斷及疲勞剩余壽命預測研究 [J].機械工程學報，2017（9）：101-107.

[6] 閆小鋒.振動篩關鍵部件的動態分析及裂紋診斷[D].唐山：華北理工大學，2020.

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