小課堂 | 淺析振動篩設備故障診斷

2022-12-15

一、什么是振動篩？

振動篩是現代礦物加工行業重要設備之一，主要用于物料的分級、脫水、脫泥及脫介作業。其原理是利用激振器所產生的往復旋型振動而工作的。激振器上旋轉重錘使篩面產生平面回旋振動，而下旋轉重錘則使篩面產生錐面回轉振動，其聯合作用的效果則使篩面產生復旋型振動。其振動軌跡是一復雜的空間曲線。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。調節上、下旋轉重錘的激振力，可以改變振幅。而調節上、下重錘的空間相位角，則可以改變篩面運動軌跡的曲線形狀并改變篩面上物料的運動軌跡。

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的雙不平衡重激振，篩面水平或緩傾斜，篩箱的運動軌跡為直線。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。

振動篩主機結構圖如下：

二、振動篩設備維護概述

傳統的振動篩設備維護方式主要是定期（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象，當橡膠墊破損或者過渡壓扁時，應同時更換兩塊中空橡膠墊。

2. 振動篩日常維護內容包括篩子表面，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及時修理、除銹并涂漆，對于裸露的加工表面應涂以工業凡士林以防生銹。

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

振動篩由于工作環境惡劣，工作強度大，因而在運行過程中其相關零部件容易出現故障，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行過程中，篩箱產生偏擺或搖擺，導致物料篩分不均勻，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行，四組支撐彈簧在自由高度或剛度上有所差別，導致篩箱在各個支撐點受到的回復力不一致，從而產生異常振動。長時間的異常振動會使振動篩的工作效率下降，篩箱側板由于扭振的原因，產生剪切應力，容易出現裂紋，嚴重時發生彈簧斷裂，引發安全事故。

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生的周期變化的激振力、篩箱振動產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生應力集中，需要經過熱處理以減少應力，提高強度。但因長期處于強度高、受力復雜的工況下，其結構容易出現疲勞損傷，產生裂紋。

3.3篩箱側板開裂

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

篩箱結構圖

3.4激振器軸承損壞

激振器軸承是連接激振器與驅動裝置的關鍵零部件，與一般的旋轉機械相比，其外圈通過結合面固定在與篩箱相連的軸承座上，受到篩箱往復式周期性變動的作用力，承載負荷大、頻率高。激振器軸承轉速較高，而且工作環境惡劣，因此對潤滑要求較高。若軸承內外圈與滾動體之間出現磨損，則會導致軸承點蝕故障的發生，并且使軸承溫度升高，徑向間隙變小，嚴重時會出現軸承“抱軸”現象，影響生產。

另外，當設備偏心塊在長時間使用后掉落或許偏心塊巨細不共同時，直線振蕩篩激振器股動對?的偏心塊布局發作高速工作，會招致設備轉速反常，很容易發作沖突和溫升，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共同，工作平衡。

激振器結構爆炸圖

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測對象。

四、振動篩故障診斷解決方案

為適應市場經濟的需要，武漢中云康崇科技有限公司研究基于振動篩設備狀態實時在線監測的故障早期診斷及維護維修模式，以此來代替傳統維修策略，便于在振動篩設備故障趨勢形成時提供維護參考，實現全流程設備的預檢預修，可為企業避免不可估量的經濟損失。

4.1篩箱異常振動監測

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特征值。基于所提取的堅強特征值，分析各堅強特征值與常見異常狀態之間的映射關系，從而實現對振動篩運行狀態的診斷。常見的振動篩異常狀態包括偏擺、搖擺、橫擺、扭振、共振、結構件損壞等。

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 激振器異常振動監測

激振器軸承是激振器系統的關鍵部件，直接影響振動篩的運行效率和運行質量。如果激振器出現故障，勢必導致振動篩運行效率不合理。正常情況下，振動篩工作時激振器會過熱，影響機器效率。勵磁機過熱的主要原因是勵磁機軸承型號與勵磁機匹配度低、軸承熱膨脹空間不足、軸承潤滑不良或外部灰塵進入。

激振器的狀態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特征，若軸承出現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故障。

對于軸承的溫度監測可以采用常規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，由于使用現場有水氣、粉塵等問題，采用紅外測溫可靠性和精度受環境影響很大，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驅動電機異常監測

對于振動篩驅動電機，除了常規的在電機軸承有載端、無載端，聯軸器軸承座上安裝三合一有線傳感器，監測軸承的振動信息外，當振動篩出現異常時，其驅動電機的三相電流信息也會發生變化。

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，將故障激勵轉化為力矩的波動；以經典電機理論為基礎建立電機數學模型，利用電磁扭矩與載荷扭矩之間的等量關系為紐帶，建立典型故障激勵下的電機-轉子系統相耦合的機電仿真模型。基于所建立的典型故障激勵下的機電耦合仿真模型，并可分析出激振器轉子系統在不同類型的故障（轉子不平衡、偏角不對中、平行不對中故障、篩箱故障）。