香蕉振动筛故障分析研究

采用螺栓焊接在固定筛板螺栓的托架上，托架与现有筛机的轨座角钢螺栓连接，焊接在托架上的螺栓用防松螺母对筛板进行固定;耳板连接结构，耳板连接结构由原焊接形式改进为铆接形式;降低整体筛板的重量，降低运行过程中的机械惯性，降低耳板运行过程中所受惯性应力，降低连接处的承受应力;通过降低部件老化点位，较少震动过程中得点位松动，可有效降低故障率。

关键词：香蕉振动筛  聚氨酯  焊接  铆接

筛分机械是利用激振器带动筛体往复震动，摇动等动作將其中的水分或异物等去除或将各种原料和各种初级产品经过筛板筛分，获取不同颗粒大小的物料，再进行下一步的深加工和提高产品品质时所使用的振动机械设备。

对于散货码头而言，振动筛可完成对散货筛选及去杂质的功能，带来经济利益，对于应用于散货的振动筛。

1 香蕉振动筛结构原理

香蕉筛作为煤矿及煤炭散货码头尤为常用，香蕉筛是一种新型的筛分设备，因其特殊的形状得名，入料端坡度较大，一般情况下为34°，随着物料的前进下降，坡度越来越缓，一直到出料口，坡度下降到10°左右，所以从侧面看像一个香蕉一样。分为单层和多层筛面式香蕉筛，主要应用在原煤分级、脱泥、脱介和脱水等工艺环节。

香蕉筛主要结构分为筛架部分、激振器部分、筛板部分、缓冲装置部分及出入料口，以市面常见香蕉筛为例，振动筛为达到提高振动筛筛体的强度和刚度，降低整机重量的同时可降低功耗、提高设备使用效率、提高使用寿命;振动筛筛体横梁及激振器梁配合面为提高各部件精密度，提高使用寿命，组装前均采用自动数控机床进行加工;筛体结构采用虎克螺栓和高强度螺栓禁锢组成，具有极强的耐疲劳性，筛架侧板与横梁之间采用铆接形式固定连接，筛框横梁采用箱型梁结构，内设加强肋，非加工面为确保防锈，在安装前均经喷砂处理并涂环氧树脂漆[1]。

但在日常生产作业过程中，香蕉筛由于工作原理的原因，作业过程中易造成设备损坏，下文以筛板脱落和筛架横梁耳板断裂为例进行香蕉振动筛生产作业中的孤战故障进行分析研究，以上两个故障比较有代表性且故障原因具有特例性。

2 香蕉振动筛筛板脱落故障分析

首先对筛板脱落进行相关分析，筛板作为选别物料的介质十分重要，且振动筛的筛板需要同振动筛筛体连接整体震动起到振动筛的作用，原厂筛板采用聚氨酯橡胶包裹筛板的形式，出入口盲板为钢骨架聚氨酯包裹形式;该筛板安装方式为在钢结构上用螺栓紧固聚氨酯轨座，再将带有卡槽的聚氨酯筛板安装在轨座上。

日常作业过程中会出现大面积筛板脱落现象，且筛板脱落前进行日常检查不易发现，给生产作业造成很大影响，对下游运输皮带造成较大的安全隐患，通过分析筛板脱落主要原因为轨座经较长时间的使用后老化、开裂，筛板失去固定或筛板卡槽老化、开裂[2]。

针对聚氨酯材料，简称聚氨酯（polyurethane），聚氨基甲酸酯是一种新兴高分子材料。是一种常用的有机高分子材料，聚氨酯因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域广泛，涉及航空、国防、汽车、航天、轻工、电子、化工、纺织、医疗、建筑、建材等各行各业。聚氨酯材料的老化影响因素主要有以下几点。

（1）热。温度提高是聚氨酯材料的胶体的热裂解或热交联原因之一。热氧是普遍存在的一种老化现象，导致提高氧扩散速度和活化氧化反应，从而加速橡胶氧化反应速度。但热的基本作用还是活化作用。

（2）光。紫外线对聚氨酯胶体起破坏作用的是能量较高。光波越短、能量越大。紫外线会直接引起橡胶分子链的断裂和交联，以及因吸收光能而产生游离基，加速氧化链反应过程。

（3）氧。氧化作用是聚氨酯材料老化的重要原因之一。氧在胶体中同胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变。

（4）机械应力。聚氨酯材料在机械应力反复作用下及不断摩擦过程中，会使胶体分子链断裂生成游离基，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化过程。哪个能占优势，视其所处的条件而定。此外，在应力作用下容易引起臭氧龟裂。

（5）水分。水分的影响有两个方面：第一，胶体在潮湿空气淋雨或浸泡在水中时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和清水基团等成分被水抽提溶解。第二，水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气暴露的交替作用下，会加速橡胶的破坏。

3 香蕉振动筛筛板脱落故障解决方案

通过分析研究結合振动筛的运行原理分析，初步判断造成振动筛筛板材料（聚氨酯）老化的原因主要为机械应力、水分及氧化，其中，机械应力最为突出，由于振动筛的作业性质及运行原理，在作业过程中因惯性的原因，筛板同轨座长时间发生机械应力，对轨座根部薄弱点造成损伤。再者，日常作业煤流通过，加大空气通过量，增加含氧量，加速氧化，同时，由于地域原因和清洗要求，日常也会使振动筛筛板材料（聚氨酯）受到水分的严重影响，加速振动筛筛板材料（聚氨酯）老化，通过以上对材料的分析可以看出，针对振动筛筛板老化周期短的缺陷是无法通过主观方式解决的，针对此情况，优先考虑对筛板的整体结构、材料及连接方式进行改造优化。

克服以上问题可采用螺栓焊接在固定筛板螺栓的托架上，托架与现有筛机的轨座角钢螺栓连接，焊接在托架上的螺栓用防松螺母对筛板进行固定[3]。更换筛板后，筛机的固有频率会有很小的改变;更换后需要测量筛机的振幅、振动角度。如果测量的结果无法达到原有标准，可对筛机作出相应的调整以达到要求。其中，筛板采用12mm哈道斯耐磨板可延长使用寿命，螺栓紧固方式可保障筛板所受应力对整体筛板不受影响，不会造成筛板脱落，如图1所示。

4 香蕉振动筛横梁耳板断裂故障分析

第二个典型故障分析是振动筛横梁耳板断裂，横梁断裂。此故障不易发现，由于振动筛横梁耳板结构位置位于筛板的下方，长时间运行表面存在积煤，同时检查维修需拆除筛板处理，维修检查不便，故此故障不易及时发现处理，仅能通过振动筛运行过程中的运行声音进行判断，运行过程中出现哒哒哒的规律性异响，同时振动筛的筛板出现异常波动，存在以上情况就需要对筛板进行拆除检查横梁耳板的情况。

振动筛横梁、筛架侧板与横梁采用铆接形式链接固定，筛框横梁采用箱型梁结构，内设加强肋，提高整体结构强度，同时采用铆接形式的形式固定，提高稳定性，连接箱型横梁与筛板的连接耳板采用传统的焊接工艺。

日常生产作业过程中存在焊接残余应力造成焊接质量较差的情况，焊接残余应力是由于焊接过程中发热引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以焊接施工过程中不可避免地会产生残余应力[4}。消除残余应力的方法通常是高温回火，即将焊接件放在热处理炉内保温一定时间或加热到一定温度（Ac1以下），利用材料在高温下屈服极限的降低，使焊接材料的内应力高的地方产生塑性流动，塑性变形逐渐增加，弹性变形逐渐减少而使应力降低。

故需对焊接部位进行焊接热处理，焊接后热处理对金属抗拉强度、极限蠕变的影响与以下两方面有关，一是与热处理的加热温度，二是与热处理的保温时间有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随不同种类钢材而不同，焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理[5]。热处理的加热和冷却需控制时长，力求内外壁均匀。

由于焊接方式的热处理环节存在对焊接点位处理不到位的情况，存在一定隐患，尤其针对振动筛这类震动性设备，运行过程中存在大量的应力需要释放，缓冲系统、激振器、激振器横梁的部位均存在应力集中的情况，故易发生设备故障。

振动筛横梁耳板断裂分析研究，存在以下几点故障原因。

（1）零部件老化。部分零部件或结构由于长时间使用存在老化的情况，部分钢结构存在锈蚀的情况，托架角钢存在螺孔松动老化的情况。

（2）筛板重量。由于振动筛设计的参数是固定的，筛板的重量和质量会使振动筛运行过程中增加运行惯性，运行惯性增大，在运行过程中产生额应力增大，整机的应力通过振动筛底座的弹簧缓冲装置释放，由于缓冲装置的惯性缓冲范围是固定的，超出范围的应力将通过整机对薄弱的部位进行释放，振动筛的整体结构中，焊接部位相较而言最为薄弱，故存在焊接耳板断裂的风险。

（3）筛分煤质。振动筛日常筛分过程中，存在筛分的煤质较湿，大量煤粉会堵塞筛板的筛孔，增大振动筛负荷。

（4）筛板松动。日常维护过程中，筛板松动未及时发现处理。

5 香蕉振动筛横梁耳板断裂解决方案

针对上述问题，经过研究分析，通过以下几个方向进行故障处理解决。

（1）耳板连接结构，耳板连接结构由原焊接形式改进为铆接形式，铆接（英文名riveting）即铆钉连接，利用轴向力将零件铆钉孔内钉杆墩粗并形成钉头，连接多个零件的方法。铆接的原理其实非常简单，铆钉类似于膨胀螺钉一样，通过使用铆钉枪或者铆接设备，使铆钉前段膨胀使连接件进行结合{5]。通过钻孔（①）、锪窝（②）、光滑表面（③）、放置铆钉（④）、固定铆钉位置（⑤）、铆钉抢操作成型（⑥）几个步骤，通俗地讲，铆接就是指将两个厚度不大的板，通过在其指定部位上钻孔，然后将铆钉放进去，用铆钉枪将铆钉铆死，而将两个板或物体连接在一起的方法，如图2所示。

（2）筛板减重，在筛板设计允许的范围内，降低整体筛板的重量，降低运行过程中的机械惯性，降低耳板运行过程中所受惯性应力，降低连接处的承受应力[6]。

（3）老化磨损修复更换，由于连接部件的老化，易造成筛板与横梁的连接松动，长时间松动会造成运行过程中应力局部激增无法释放，造成局部点位损坏，故通过降低部件老化点位，较少震动过程中得点位松动，可有效降低故障率。

6结语

近年来国家对能源的不断重视，煤炭作为现阶段的主要能源供给，尤为关键重要，煤炭产销过程中得重要设备就显得尤为重要，而作为“性能稳定、效率高、处理量大等”优点的香蕉振动筛必将越来越受到市场的青睐，通过以上两个振动筛的典型故障分析，可以更好地解决日常生产中遇到的问题故障，提高振动筛的可靠性，降低设备使用的在线故障率，提高振动筛的有效利用率和在线完好率。

参考文献

[1] 徐元博，蔡宗琰.频率加权能量算子在振动筛故障诊断中的应用[J].煤炭学报，2017（9）：2475-2482

[2] 范伟，何越宙，王寅，等.基于VMD-RQA的直线振动筛激振力不平衡故障诊断[J].振动与冲击，2021（18）：25-32

[3] 李栋，刘跃，王帅，等.矿用直线振动筛结构故障分析[J].工矿自动化，2020（5）：34-38

[4] 薛光辉.大型振动筛大梁裂纹故障诊断方法研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2020.

[5] 张则荣，樊智敏，王永岩.基于应变模态的振动筛横梁损伤诊断及疲劳剩余寿命预测研究 [J].机械工程学报，2017（9）：101-107.

[6] 闫小锋.振动筛关键部件的动态分析及裂纹诊断[D].唐山：华北理工大学，2020.

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