小課堂 | 淺析振動(dòng)篩設(shè)備故障診斷

一、什么是振動(dòng)篩？

振動(dòng)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(jí)、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(dòng)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(dòng)，而下旋轉(zhuǎn)重錘則使篩面產(chǎn)生錐面回轉(zhuǎn)振動(dòng)，其聯(lián)合作用的效果則使篩面產(chǎn)生復(fù)旋型振動(dòng)。其振動(dòng)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(dòng)軌跡的曲線形狀并改變篩面上物料的運(yùn)動(dòng)軌跡。

振動(dòng)篩主要分為直線振動(dòng)篩、圓振動(dòng)篩、高頻振動(dòng)篩。振動(dòng)篩按振動(dòng)器的型式可分為單軸振動(dòng)篩和雙軸振動(dòng)篩。單軸振動(dòng)篩是利用單不平衡重激振使篩箱振動(dòng)，篩面傾斜，篩箱的運(yùn)動(dòng)軌跡一般為圓形或橢圓形。雙軸振動(dòng)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(dòng)軌跡為直線。振動(dòng)篩有慣性振動(dòng)篩、偏心振動(dòng)篩、自定中心振動(dòng)篩和電磁振動(dòng)篩等類型。

振動(dòng)篩主機(jī)結(jié)構(gòu)圖如下：

二、振動(dòng)篩設(shè)備維護(hù)概述

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

振動(dòng)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(wú)明顯變形或者脫膠現(xiàn)象，當(dāng)橡膠墊破損或者過(guò)渡壓扁時(shí)，應(yīng)同時(shí)更換兩塊中空橡膠墊。

2. 振動(dòng)篩日常維護(hù)內(nèi)容包括篩子表面，振動(dòng)篩特別是篩面緊固情況，振動(dòng)篩松動(dòng)時(shí)應(yīng)及時(shí)緊固。振動(dòng)篩定期清洗篩子表面，振動(dòng)篩對(duì)于漆皮脫落部位應(yīng)及時(shí)修理、除銹并涂漆，對(duì)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(dòng)篩定期檢查：振動(dòng)篩定期檢查包括周檢和月檢。

三、振動(dòng)篩故障類型

振動(dòng)篩由于工作環(huán)境惡劣，工作強(qiáng)度大，因而在運(yùn)行過(guò)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(dòng)篩常見(jiàn)的故障類型主要有篩箱異常振動(dòng)、激振器軸承損壞、激振大梁疲勞裂紋以及篩箱側(cè)板開(kāi)裂等，下面簡(jiǎn)單介紹這幾種常見(jiàn)的故障類型。

3.1篩箱異常振動(dòng)

篩箱異常振動(dòng)主要指在振動(dòng)篩運(yùn)行過(guò)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(dòng)的主要原因。支撐彈簧多為三個(gè)或四個(gè)一組，支撐箱體振動(dòng)，由于支撐面不平或長(zhǎng)時(shí)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(gè)支撐點(diǎn)受到的回復(fù)力不一致，從而產(chǎn)生異常振動(dòng)。長(zhǎng)時(shí)間的異常振動(dòng)會(huì)使振動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(guò)程中焊縫處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，需要經(jīng)過(guò)熱處理以減少應(yīng)力，提高強(qiáng)度。但因長(zhǎng)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(kāi)裂

在振動(dòng)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(huì)產(chǎn)生橫向的力。如果篩箱發(fā)生異常振動(dòng)，產(chǎn)生偏擺或橫擺，此時(shí)激振力與重力方向不重合，整體會(huì)產(chǎn)生橫向的分力。側(cè)板為薄板結(jié)構(gòu)，如果承受過(guò)大的橫向力則會(huì)扭曲變形，長(zhǎng)此以往便容易產(chǎn)生開(kāi)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(dòng)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(guò)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(dòng)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(duì)潤(rùn)滑要求較高。若軸承內(nèi)外圈與滾動(dòng)體之間出現(xiàn)磨損，則會(huì)導(dǎo)致軸承點(diǎn)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(shí)會(huì)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(zhǎng)時(shí)間使用后掉落或許偏心塊巨細(xì)不共同時(shí)，直線振蕩篩激振器股動(dòng)對(duì)?的偏心塊布局發(fā)作高速工作，會(huì)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(shí)，要及時(shí)替換偏心塊布局，保證振蕩篩的兩個(gè)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(dòng)篩的四種常見(jiàn)故障可知，其故障相輔相成，但關(guān)鍵點(diǎn)還是篩箱的異常振動(dòng)和平衡性以及激振器軸承的溫度為主要監(jiān)測(cè)對(duì)象。

四、振動(dòng)篩故障診斷解決方案

為適應(yīng)市場(chǎng)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(dòng)篩設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的故障早期診斷及維護(hù)維修模式，以此來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)維修策略，便于在振動(dòng)篩設(shè)備故障趨勢(shì)形成時(shí)提供維護(hù)參考，實(shí)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(dòng)監(jiān)測(cè)

對(duì)于支撐彈簧引起的篩箱異常振動(dòng)，往往不能直接的通過(guò)檢測(cè)其剛度、測(cè)試其靜止時(shí)特征參數(shù)來(lái)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(gè)彈簧座處的加速度信號(hào)，并通過(guò)算法求得其堅(jiān)強(qiáng)特征值?；谒崛〉膱?jiān)強(qiáng)特征值，分析各堅(jiān)強(qiáng)特征值與常見(jiàn)異常狀態(tài)之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)篩運(yùn)行狀態(tài)的診斷。常見(jiàn)的振動(dòng)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(guò)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(dòng)篩篩箱四個(gè)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(dòng)監(jiān)測(cè)

激振器軸承是激振器系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接影響振動(dòng)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(shì)必導(dǎo)致振動(dòng)篩運(yùn)行效率不合理。正常情況下，振動(dòng)篩工作時(shí)激振器會(huì)過(guò)熱，影響機(jī)器效率。勵(lì)磁機(jī)過(guò)熱的主要原因是勵(lì)磁機(jī)軸承型號(hào)與勵(lì)磁機(jī)匹配度低、軸承熱膨脹空間不足、軸承潤(rùn)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(gè)方面：軸承的振動(dòng)信息與溫度信息。振動(dòng)信息能夠在時(shí)頻域反映振動(dòng)信號(hào)的頻譜特征，故障軸承的振動(dòng)信號(hào)具有沖擊振動(dòng)的特點(diǎn)，通過(guò)不同頻率對(duì)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(rùn)滑不良以及振動(dòng)異常情況時(shí)，其軸承溫度會(huì)升高且溫升較快，通過(guò)測(cè)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(duì)于軸承的溫度監(jiān)測(cè)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(cè)溫傳感器，由于使用現(xiàn)場(chǎng)有水氣、粉塵等問(wèn)題，采用紅外測(cè)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(cè)，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(wú)線測(cè)溫終端如下圖所示：

PT100溫度傳感器 

多路無(wú)線測(cè)溫終端

激振器軸承測(cè)溫PT100傳感器安裝

4.3驅(qū)動(dòng)電機(jī)異常監(jiān)測(cè)

對(duì)于振動(dòng)篩驅(qū)動(dòng)電機(jī)，除了常規(guī)的在電機(jī)軸承有載端、無(wú)載端，聯(lián)軸器軸承座上安裝三合一有線傳感器，監(jiān)測(cè)軸承的振動(dòng)信息外，當(dāng)振動(dòng)篩出現(xiàn)異常時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相電流信息也會(huì)發(fā)生變化。

以故障激勵(lì)、載荷變化→扭矩波動(dòng)→電磁扭矩波動(dòng)→磁通量變化→電流變化為理論依據(jù)，將故障激勵(lì)轉(zhuǎn)化為力矩的波動(dòng)；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(lì)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?lì)下的機(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(duì)中、平行不對(duì)中故障、篩箱故障）。

電流諧波傳感器

低壓柜中空開(kāi)及導(dǎo)軌電源安裝

電流傳感器及邊緣終端安裝

4.4硬件整體方案

硬件解決方案

五、實(shí)施效果

2021年5月30日，振動(dòng)篩352-VS3出現(xiàn)篩箱偏振告警，振動(dòng)位移趨勢(shì)如圖所示：

下端左側(cè)Z軸位移

下端右側(cè)Z軸位移

導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

可知故障振動(dòng)篩（352-VS3）彈簧振動(dòng)下端左側(cè)彈簧和下端右側(cè)彈簧的加速度、速度、位移特征值相差一倍以上，因此觸發(fā)了篩箱偏振報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)激振器偏心塊調(diào)整以后，振動(dòng)正常。

（來(lái)源：中云康崇科技）