轴承知识 Bearing knowledge

小课堂 | 浅析振动筛设备故障诊断

2022-12-15

一、什么是振动筛？

振动筛是现代矿物加工行业重要设备之一，主要用于物料的分级、脱水、脱泥及脱介作业。其原理是利用激振器所产生的往复旋型振动而工作的。激振器上旋转重锤使筛面产生平面回旋振动，而下旋转重锤则使筛面产生锥面回转振动，其联合作用的效果则使筛面产生复旋型振动。其振动轨迹是一复杂的空间曲线。该曲线在水平面投影为一圆形，而在垂直面上的投影为一椭圆形。调节上、下旋转重锤的激振力，可以改变振幅。而调节上、下重锤的空间相位角，则可以改变筛面运动轨迹的曲线形状并改变筛面上物料的运动轨迹。

振动筛主要分为直线振动筛、圆振动筛、高频振动筛。振动筛按振动器的型式可分为单轴振动筛和双轴振动筛。单轴振动筛是利用单不平衡重激振使筛箱振动，筛面倾斜，筛箱的运动轨迹一般为圆形或椭圆形。双轴振动筛是利用同步异向回转的双不平衡重激振，筛面水平或缓倾斜，筛箱的运动轨迹为直线。振动筛有惯性振动筛、偏心振动筛、自定中心振动筛和电磁振动筛等类型。

振动筛主机结构图如下：

二、振动筛设备维护概述

传统的振动筛设备维护方式主要是定期（时）维修、事后维修以及中途抢修等。

振动筛日常维护工作：

1. 每班检查筛体支撑装置，观察中空橡胶垫有无明显变形或者脱胶现象，当橡胶垫破损或者过渡压扁时，应同时更换两块中空橡胶垫。

2. 振动筛日常维护内容包括筛子表面，振动筛特别是筛面紧固情况，振动筛松动时应及时紧固。振动筛定期清洗筛子表面，振动筛对于漆皮脱落部位应及时修理、除锈并涂漆，对于裸露的加工表面应涂以工业凡士林以防生锈。

3. 振动筛定期检查：振动筛定期检查包括周检和月检。

三、振动筛故障类型

振动筛由于工作环境恶劣，工作强度大，因而在运行过程中其相关零部件容易出现故障，引起筛分效率下降，甚至造成安全事故。振动筛常见的故障类型主要有筛箱异常振动、激振器轴承损坏、激振大梁疲劳裂纹以及筛箱侧板开裂等，下面简单介绍这几种常见的故障类型。

3.1筛箱异常振动

筛箱异常振动主要指在振动筛运行过程中，筛箱产生偏摆或摇摆，导致物料筛分不均匀，筛分效率下降。其中，支撑弹簧的刚度变化是导致筛箱异常振动的主要原因。支撑弹簧多为三个或四个一组，支撑箱体振动，由于支撑面不平或长时间受载运行，四组支撑弹簧在自由高度或刚度上有所差别，导致筛箱在各个支撑点受到的回复力不一致，从而产生异常振动。长时间的异常振动会使振动筛的工作效率下降，筛箱侧板由于扭振的原因，产生剪切应力，容易出现裂纹，严重时发生弹簧断裂，引发安全事故。

3.2激振器大梁的疲劳裂纹

激振器大梁主要用于安装激振器并传递激振力。振动筛正常工作情况下，激振器的重力及其产生的周期变化的激振力、筛箱振动产生的惯性力以及大梁自身的重力都施加在激振器大梁上，使得其受力极为复杂。由于激振器大梁为钢板拼焊而成，焊接过程中焊缝处会产生应力集中，需要经过热处理以减少应力，提高强度。但因长期处于强度高、受力复杂的工况下，其结构容易出现疲劳损伤，产生裂纹。

3.3筛箱侧板开裂

在振动筛正常工作情况下，激振力与筛机自身重力在同一直线上，整体不会产生横向的力。如果筛箱发生异常振动，产生偏摆或横摆，此时激振力与重力方向不重合，整体会产生横向的分力。侧板为薄板结构，如果承受过大的横向力则会扭曲变形，长此以往便容易产生开裂，导致筛机使用寿命下降。

筛箱结构图

3.4激振器轴承损坏

激振器轴承是连接激振器与驱动装置的关键零部件，与一般的旋转机械相比，其外圈通过结合面固定在与筛箱相连的轴承座上，受到筛箱往复式周期性变动的作用力，承载负荷大、频率高。激振器轴承转速较高，而且工作环境恶劣，因此对润滑要求较高。若轴承内外圈与滚动体之间出现磨损，则会导致轴承点蚀故障的发生，并且使轴承温度升高，径向间隙变小，严重时会出现轴承“抱轴”现象，影响生产。

另外，当设备偏心块在长时间使用后掉落或许偏心块巨细不共同时，直线振荡筛激振器股动对?的偏心块布局发作高速工作，会招致设备转速反常，很容易发作冲突和温升，损害轴承。此时，要及时替换偏心块布局，保证振荡筛的两个倾向块巨细共同，工作平衡。

激振器结构爆炸图

综合振动筛的四种常见故障可知，其故障相辅相成，但关键点还是筛箱的异常振动和平衡性以及激振器轴承的温度为主要监测对象。

四、振动筛故障诊断解决方案

为适应市场经济的需要，武汉中云康崇科技有限公司研究基于振动筛设备状态实时在线监测的故障早期诊断及维护维修模式，以此来代替传统维修策略，便于在振动筛设备故障趋势形成时提供维护参考，实现全流程设备的预检预修，可为企业避免不可估量的经济损失。

4.1筛箱异常振动监测

对于支撑弹簧引起的筛箱异常振动，往往不能直接的通过检测其刚度、测试其静止时特征参数来判定其是否影响筛箱的正常工作。因此选用加速度传感器采集筛箱的四个弹簧座处的加速度信号，并通过算法求得其坚强特征值。基于所提取的坚强特征值，分析各坚强特征值与常见异常状态之间的映射关系，从而实现对振动筛运行状态的诊断。常见的振动筛异常状态包括偏摆、摇摆、横摆、扭振、共振、结构件损坏等。

如下图，通过三合一温振传感器获取四组支撑弹簧相同刚度以及不同刚度下，振动筛筛箱四个弹簧支撑座处的位移曲线。安装位置如下图所示：

筛箱上端弹簧三合一有线传感器安装

筛箱下端弹簧三合一有线传感器安装

4.2 激振器异常振动监测

激振器轴承是激振器系统的关键部件，直接影响振动筛的运行效率和运行质量。如果激振器出现故障，势必导致振动筛运行效率不合理。正常情况下，振动筛工作时激振器会过热，影响机器效率。励磁机过热的主要原因是励磁机轴承型号与励磁机匹配度低、轴承热膨胀空间不足、轴承润滑不良或外部灰尘进入。

激振器的状态信息主要包含两个方面：轴承的振动信息与温度信息。振动信息能够在时频域反映振动信号的频谱特征，故障轴承的振动信号具有冲击振动的特点，通过不同频率对应的波形峰值判断轴承故障。轴承的温度信息能够反映故障轴承的外在表现特征，若轴承出现润滑不良以及振动异常情况时，其轴承温度会升高且温升较快，通过测量轴承的温度可以从另一层面判断轴承是否出现故障。

对于轴承的温度监测可以采用常规的接触式热电偶或者PT100方式，也可以采用非接触的红外测温传感器，由于使用现场有水气、粉尘等问题，采用红外测温可靠性和精度受环境影响很大，因此选用接触式的PT100温度传感器作为轴承温度检测，PT100传感器要求体积小、重量轻以及安装牢固。因此本方案拟采用的PT100温度传感器和多路无线测温终端如下图所示：

PT100温度传感器

多路无线测温终端

激振器轴承测温PT100传感器安装

4.3驱动电机异常监测

对于振动筛驱动电机，除了常规的在电机轴承有载端、无载端，联轴器轴承座上安装三合一有线传感器，监测轴承的振动信息外，当振动筛出现异常时，其驱动电机的三相电流信息也会发生变化。

以故障激励、载荷变化→扭矩波动→电磁扭矩波动→磁通量变化→电流变化为理论依据，将故障激励转化为力矩的波动；以经典电机理论为基础建立电机数学模型，利用电磁扭矩与载荷扭矩之间的等量关系为纽带，建立典型故障激励下的电机-转子系统相耦合的机电仿真模型。基于所建立的典型故障激励下的机电耦合仿真模型，并可分析出激振器转子系统在不同类型的故障（转子不平衡、偏角不对中、平行不对中故障、筛箱故障）。