小課堂 | 淺析振動篩設(shè)備故障診斷

2022-12-15

一、什么是振動篩？

振動篩是現(xiàn)代礦物加工行業(yè)重要設(shè)備之一，主要用于物料的分級、脫水、脫泥及脫介作業(yè)。其原理是利用激振器所產(chǎn)生的往復(fù)旋型振動而工作的。激振器上旋轉(zhuǎn)重錘使篩面產(chǎn)生平面回旋振動，而下旋轉(zhuǎn)重錘則使篩面產(chǎn)生錐面回轉(zhuǎn)振動，其聯(lián)合作用的效果則使篩面產(chǎn)生復(fù)旋型振動。其振動軌跡是一復(fù)雜的空間曲線。該曲線在水平面投影為一圓形，而在垂直面上的投影為一橢圓形。調(diào)節(jié)上、下旋轉(zhuǎn)重錘的激振力，可以改變振幅。而調(diào)節(jié)上、下重錘的空間相位角，則可以改變篩面運(yùn)動軌跡的曲線形狀并改變篩面上物料的運(yùn)動軌跡。

振動篩主要分為直線振動篩、圓振動篩、高頻振動篩。振動篩按振動器的型式可分為單軸振動篩和雙軸振動篩。單軸振動篩是利用單不平衡重激振使篩箱振動，篩面傾斜，篩箱的運(yùn)動軌跡一般為圓形或橢圓形。雙軸振動篩是利用同步異向回轉(zhuǎn)的雙不平衡重激振，篩面水平或緩傾斜，篩箱的運(yùn)動軌跡為直線。振動篩有慣性振動篩、偏心振動篩、自定中心振動篩和電磁振動篩等類型。

振動篩主機(jī)結(jié)構(gòu)圖如下：

二、振動篩設(shè)備維護(hù)概述

傳統(tǒng)的振動篩設(shè)備維護(hù)方式主要是定期（時）維修、事后維修以及中途搶修等。

振動篩日常維護(hù)工作：

1. 每班檢查篩體支撐裝置，觀察中空橡膠墊有無明顯變形或者脫膠現(xiàn)象，當(dāng)橡膠墊破損或者過渡壓扁時，應(yīng)同時更換兩塊中空橡膠墊。

2. 振動篩日常維護(hù)內(nèi)容包括篩子表面，振動篩特別是篩面緊固情況，振動篩松動時應(yīng)及時緊固。振動篩定期清洗篩子表面，振動篩對于漆皮脫落部位應(yīng)及時修理、除銹并涂漆，對于裸露的加工表面應(yīng)涂以工業(yè)凡士林以防生銹。

3. 振動篩定期檢查：振動篩定期檢查包括周檢和月檢。

三、振動篩故障類型

振動篩由于工作環(huán)境惡劣，工作強(qiáng)度大，因而在運(yùn)行過程中其相關(guān)零部件容易出現(xiàn)故障，引起篩分效率下降，甚至造成安全事故。振動篩常見的故障類型主要有篩箱異常振動、激振器軸承損壞、激振大梁疲勞裂紋以及篩箱側(cè)板開裂等，下面簡單介紹這幾種常見的故障類型。

3.1篩箱異常振動

篩箱異常振動主要指在振動篩運(yùn)行過程中，篩箱產(chǎn)生偏擺或搖擺，導(dǎo)致物料篩分不均勻，篩分效率下降。其中，支撐彈簧的剛度變化是導(dǎo)致篩箱異常振動的主要原因。支撐彈簧多為三個或四個一組，支撐箱體振動，由于支撐面不平或長時間受載運(yùn)行，四組支撐彈簧在自由高度或剛度上有所差別，導(dǎo)致篩箱在各個支撐點受到的回復(fù)力不一致，從而產(chǎn)生異常振動。長時間的異常振動會使振動篩的工作效率下降，篩箱側(cè)板由于扭振的原因，產(chǎn)生剪切應(yīng)力，容易出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時發(fā)生彈簧斷裂，引發(fā)安全事故。

3.2激振器大梁的疲勞裂紋

激振器大梁主要用于安裝激振器并傳遞激振力。振動篩正常工作情況下，激振器的重力及其產(chǎn)生的周期變化的激振力、篩箱振動產(chǎn)生的慣性力以及大梁自身的重力都施加在激振器大梁上，使得其受力極為復(fù)雜。由于激振器大梁為鋼板拼焊而成，焊接過程中焊縫處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，需要經(jīng)過熱處理以減少應(yīng)力，提高強(qiáng)度。但因長期處于強(qiáng)度高、受力復(fù)雜的工況下，其結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)疲勞損傷，產(chǎn)生裂紋。

3.3篩箱側(cè)板開裂

在振動篩正常工作情況下，激振力與篩機(jī)自身重力在同一直線上，整體不會產(chǎn)生橫向的力。如果篩箱發(fā)生異常振動，產(chǎn)生偏擺或橫擺，此時激振力與重力方向不重合，整體會產(chǎn)生橫向的分力。側(cè)板為薄板結(jié)構(gòu)，如果承受過大的橫向力則會扭曲變形，長此以往便容易產(chǎn)生開裂，導(dǎo)致篩機(jī)使用壽命下降。

篩箱結(jié)構(gòu)圖

3.4激振器軸承損壞

激振器軸承是連接激振器與驅(qū)動裝置的關(guān)鍵零部件，與一般的旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比，其外圈通過結(jié)合面固定在與篩箱相連的軸承座上，受到篩箱往復(fù)式周期性變動的作用力，承載負(fù)荷大、頻率高。激振器軸承轉(zhuǎn)速較高，而且工作環(huán)境惡劣，因此對潤滑要求較高。若軸承內(nèi)外圈與滾動體之間出現(xiàn)磨損，則會導(dǎo)致軸承點蝕故障的發(fā)生，并且使軸承溫度升高，徑向間隙變小，嚴(yán)重時會出現(xiàn)軸承“抱軸”現(xiàn)象，影響生產(chǎn)。

另外，當(dāng)設(shè)備偏心塊在長時間使用后掉落或許偏心塊巨細(xì)不共同時，直線振蕩篩激振器股動對?的偏心塊布局發(fā)作高速工作，會招致設(shè)備轉(zhuǎn)速反常，很容易發(fā)作沖突和溫升，損害軸承。此時，要及時替換偏心塊布局，保證振蕩篩的兩個傾向塊巨細(xì)共同，工作平衡。

激振器結(jié)構(gòu)爆炸圖

綜合振動篩的四種常見故障可知，其故障相輔相成，但關(guān)鍵點還是篩箱的異常振動和平衡性以及激振器軸承的溫度為主要監(jiān)測對象。

四、振動篩故障診斷解決方案

為適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需要，武漢中云康崇科技有限公司研究基于振動篩設(shè)備狀態(tài)實時在線監(jiān)測的故障早期診斷及維護(hù)維修模式，以此來代替?zhèn)鹘y(tǒng)維修策略，便于在振動篩設(shè)備故障趨勢形成時提供維護(hù)參考，實現(xiàn)全流程設(shè)備的預(yù)檢預(yù)修，可為企業(yè)避免不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

4.1篩箱異常振動監(jiān)測

對于支撐彈簧引起的篩箱異常振動，往往不能直接的通過檢測其剛度、測試其靜止時特征參數(shù)來判定其是否影響篩箱的正常工作。因此選用加速度傳感器采集篩箱的四個彈簧座處的加速度信號，并通過算法求得其堅強(qiáng)特征值?；谒崛〉膱詮?qiáng)特征值，分析各堅強(qiáng)特征值與常見異常狀態(tài)之間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)對振動篩運(yùn)行狀態(tài)的診斷。常見的振動篩異常狀態(tài)包括偏擺、搖擺、橫擺、扭振、共振、結(jié)構(gòu)件損壞等。

如下圖，通過三合一溫振傳感器獲取四組支撐彈簧相同剛度以及不同剛度下，振動篩篩箱四個彈簧支撐座處的位移曲線。安裝位置如下圖所示：

篩箱上端彈簧三合一有線傳感器安裝

篩箱下端彈簧三合一有線傳感器安裝

4.2 激振器異常振動監(jiān)測

激振器軸承是激振器系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接影響振動篩的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。如果激振器出現(xiàn)故障，勢必導(dǎo)致振動篩運(yùn)行效率不合理。正常情況下，振動篩工作時激振器會過熱，影響機(jī)器效率。勵磁機(jī)過熱的主要原因是勵磁機(jī)軸承型號與勵磁機(jī)匹配度低、軸承熱膨脹空間不足、軸承潤滑不良或外部灰塵進(jìn)入。

激振器的狀態(tài)信息主要包含兩個方面：軸承的振動信息與溫度信息。振動信息能夠在時頻域反映振動信號的頻譜特征，故障軸承的振動信號具有沖擊振動的特點，通過不同頻率對應(yīng)的波形峰值判斷軸承故障。軸承的溫度信息能夠反映故障軸承的外在表現(xiàn)特征，若軸承出現(xiàn)潤滑不良以及振動異常情況時，其軸承溫度會升高且溫升較快，通過測量軸承的溫度可以從另一層面判斷軸承是否出現(xiàn)故障。

對于軸承的溫度監(jiān)測可以采用常規(guī)的接觸式熱電偶或者PT100方式，也可以采用非接觸的紅外測溫傳感器，由于使用現(xiàn)場有水氣、粉塵等問題，采用紅外測溫可靠性和精度受環(huán)境影響很大，因此選用接觸式的PT100溫度傳感器作為軸承溫度檢測，PT100傳感器要求體積小、重量輕以及安裝牢固。因此本方案擬采用的PT100溫度傳感器和多路無線測溫終端如下圖所示：

PT100溫度傳感器

多路無線測溫終端

激振器軸承測溫PT100傳感器安裝

4.3驅(qū)動電機(jī)異常監(jiān)測

對于振動篩驅(qū)動電機(jī)，除了常規(guī)的在電機(jī)軸承有載端、無載端，聯(lián)軸器軸承座上安裝三合一有線傳感器，監(jiān)測軸承的振動信息外，當(dāng)振動篩出現(xiàn)異常時，其驅(qū)動電機(jī)的三相電流信息也會發(fā)生變化。

以故障激勵、載荷變化→扭矩波動→電磁扭矩波動→磁通量變化→電流變化為理論依據(jù)，將故障激勵轉(zhuǎn)化為力矩的波動；以經(jīng)典電機(jī)理論為基礎(chǔ)建立電機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用電磁扭矩與載荷扭矩之間的等量關(guān)系為紐帶，建立典型故障激勵下的電機(jī)-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相耦合的機(jī)電仿真模型?；谒⒌牡湫凸收霞钕碌臋C(jī)電耦合仿真模型，并可分析出激振器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同類型的故障（轉(zhuǎn)子不平衡、偏角不對中、平行不對中故障、篩箱故障）。