湯建龍

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司）

福建馬坑礦業(yè)股份有限公司是福建龍巖市骨干型礦山企業(yè)，儲量4億多噸，主要為高品位的磁鐵礦，伴生鉬綜合回收利用，自2003年開始建設，到2018年規(guī)模逐步擴大到300萬t/a。該礦選礦工藝為破碎系統(tǒng)三段一閉路，磨選系統(tǒng)采用階段磨礦階段弱磁選工藝，分為3個系列。從2018年起采礦能力不斷提升，為提高碎磨效率，降低生產(chǎn)成本，配套采礦能力500萬t/a，采用高壓輥磨加預選篩分工藝，實現(xiàn)選廠500萬t/a生產(chǎn)能力。預選篩分采用3臺大型雙層直線振動篩進行濕式篩分，篩下-3 mm物料經(jīng)CZCS1545粗粒濕式磁選機選別，精礦進球磨機進行磨礦處理，尾砂經(jīng)脫水篩脫水，其中大型雙層直線振動篩型號為SLK3685W。

1 大型雙層振動篩結構及工作原理

1.1 振動篩結構

1個激振器傳動軸輸出端通過中間軸與第2個激振器的主動軸輸入端連接，帶動第2個激振器工作，第2個激振器的輸出端與第3個激振器主動軸輸入端連接，帶動第3臺激振器工作，各激振器之間的中間軸為橡膠聯(lián)軸器，具有一定的軸向補償功能，消除因振動篩振動導致的繞性變形和激振器軸承損壞造成的軸向串動，同時便于激振器的安裝和拆卸［1］。

1.2 振動篩工作原理［2］

振動篩工作原理見圖1，每臺激振器內部為一對參數(shù)完全相同的互相嚙合的齒輪，兩側安裝兩組偏心質量相同的偏心塊，設備運行時偏心塊轉速相同但轉動方向相反。根據(jù)力學原理，在任意時刻，兩組偏心塊異向旋轉產(chǎn)生的離心力在圖示Y—Y方向上的分力疊加，而在與其垂直方向X—X上的分力相互抵消，從而形成了只沿Y—Y方向上的單一激振力，帶動篩機沿Y—Y方向做往復簡諧運動。Y—Y方向就是振動篩的振動方向，振動篩振動軌跡為一條直線。

2 振動篩使用過程中的主要故障及分析

2.1 主要故障

（1）振動篩底座減震彈簧易斷，2018年4月生產(chǎn)系統(tǒng)投入運行以來，累計更換底座圓柱螺旋彈簧約120件。

（2）2#振動篩于2019年11月主梁斷裂，在主梁中部激振器的安裝位置出現(xiàn)整圈的開裂。

（3）3#振動篩篩板開裂，右側篩板從入料端開裂至下層第3根梁的法蘭位置，長度達2.8 m。

（4）激振器故障率高，從2018年4月開始使用，激振器陸續(xù)出現(xiàn)故障，3臺振動篩累計維修激振器23次，主要維修項目為更換激振器軸承、齒輪等，累計維修費用約108.4萬元。

2.2 故障原因分析

結合國內同類礦山使用情況，針對以上出現(xiàn)的故障，主要從現(xiàn)場使用維護狀況及安裝布置是否合理等原因進行分析，以尋求解決辦法。

2.2.1 振動篩彈簧易斷原因

彈簧的損壞一般屬于過負荷造成的剪切應力超標導致斷裂，彈簧之間受力不均，會導致各彈簧的長度不一致，同組內彈簧的整體變形量不相同，變形量大的彈簧受到剪切應力大，工作過程中該彈簧損壞幾率大［3］；另外，振動篩參振質量過大，在啟停和運行過程中振動篩整機大幅晃動，彈簧承受過大載荷，也易造成彈簧斷裂。

2.2.2 振動篩主梁易斷及篩框開裂原因

振動篩主梁是指篩框上部支撐振動器的橫梁，一般采用箱式振動器的振動篩都有一個很夯實的主梁，它的工況對篩子的壽命至關重要［4］。主梁斷裂是振動篩經(jīng)常遇到的問題，且斷裂后不易修復，嚴重影響生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，主梁斷裂主要原因如下。

（1）激振器緊固螺栓松動。激振器緊固螺栓一旦發(fā)生松動，勢必造成激振器產(chǎn)生的激振力猛烈沖擊主梁，主梁受到一個非正常的較大沖擊力，易造成斷裂。

（2）篩面存在積料。當篩下部排料不暢，物料堆積到與篩下橫梁接觸，振動篩的自由振動受到阻礙干擾，導致頓篩現(xiàn)象，也易造成主梁斷裂。

（3）激振力過大。振動篩正常工作運行是由電機帶動激振器偏心塊旋轉產(chǎn)生激振力，再通過傳動軸傳遞到振動篩。若激振力過大，使振動篩負荷增大，也會對主梁使用壽命產(chǎn)生不良影響。

（4）激振器非正常工作。每臺振動篩有3臺激振器，其中任何一臺出現(xiàn)故障，如軸承卡死、齒輪損壞等，便會造成振動篩的扭振，導致篩框變形，嚴重時造成篩板開裂和主梁斷裂等情況。

（5）振動篩過載或帶負荷啟動。過載或帶負荷啟動時主要對振動篩彈簧、電機影響較大，會使彈簧的彈性系數(shù)發(fā)生變化，導致振動篩前后左右振幅產(chǎn)生差異，物料的運動軌跡發(fā)生改變，對篩框、篩幫的沖擊加大，從而發(fā)生篩框開裂現(xiàn)象。

另外，振動篩給料不均勻，物料的沖擊不僅對振動篩局部磨損較大，水平的沖擊力還會破壞振動篩的整體受力平衡，也會對其壽命產(chǎn)生不良影響。

2.2.3 激振器損壞原因

通常激振器損壞的主要原因是軸承損壞、軸承潤滑不良和主軸磨損等，通常在點巡檢工作中通過觀察激振器是否出現(xiàn)異響和采用測溫儀檢測軸承溫升是否異常來判斷。

（1）該振動篩采用箱式激振器，通過飛濺潤滑方式對軸承進行潤滑，軸承內、外圈滾道與滾子間無法保證充分潤滑。

（2）軸承在不能充分潤滑的條件下運轉發(fā)熱，且產(chǎn)生的熱量無法及時排出，溫度高達110～120℃，溫度升高后又導致潤滑油黏度下降，進一步引起潤滑不良；造成軸承滾子保持架變形、散架，無法正常轉動［5］。

（3）軸承滾子、保持架和滾道磨損后造成游隙偏大時，若不能及時更換軸承，軸承運行異常，發(fā)熱量增加，沖擊負荷加大，導致軸承位主軸和軸承座磨損加大，使激振器損壞無法使用。

2.3 振動篩理論分析

彈簧剛度K計算，對單質量系統(tǒng)

式中，K為系統(tǒng)中彈簧的總剛度，N/m；ωg為系統(tǒng)的固有頻率，rad/s；M為參振質量，kg。

2.3.1 動力學參數(shù)

參振質量

式中，M1為篩箱質量，kg；M2為振動器質量，kg；M3為支撐裝置的上彈簧座總質量，kg；M4為聯(lián)軸器及其罩的質量，kg；M5為物料質量，kg，M5=fwBLγ∑Hi，fw為物料結合系數(shù)，取0.2；L為篩面的長度，m，γ為物料的松散密度，t/m3，∑Hi為各層篩面上料層平均厚度的總和，m；M6為其他參振質量，kg。以上幾個參數(shù)中，M1、M2、M3的質量由廠家設計制作，無法改變；M2振動器的質量改變不大，僅在改變激振塊數(shù)量的情況下有輕微的改變；M5中fw、B、L、γ等基本確定，在給料確定的情況下提高篩分效率可適當減小∑Hi值。

2.3.2 篩框橫梁受力分析

橫梁斷面形狀及結構是用兩端帶法蘭的矩形封閉型材構成，橫梁與其附件（篩面托架、篩面、緊固件等）構成一體，按一定頻率和振幅振動，因此其受力由動載（慣性力）和靜載（自重力）組成。附件質量均勻地分配到各梁，然后將動載最大值和靜載合成作為外載均布在橫梁上，其載荷分布及彎矩見圖2。

橫梁的均布載荷

式中，q為梁的均布載荷，N/m；W1為梁及其附件的重力（包括物料重力、中間激振器的重力），N；L為梁的長度，m；Fmax為梁的最大慣性力，N。

由圖2可見，大梁中間受力最大，2#篩的斷裂位置恰好也是在中部位置，可見通過減少物料的料層厚度和篩板的質量及通過降低振幅，可降低梁所受的載荷，降低斷梁的風險。

2.3.3 激振器的受力分析

對于激振器通常采用改變偏心塊位置來改變等效重心，即回轉半徑；改變激振塊數(shù)量來改變激振力，從而達到調整振動篩振幅的目的（圖3）。激振力為

式中，M為扇形塊質量，kg；Mk為偏心塊質量，kg；R為扇形塊的重心回轉半徑，m；Rk為偏心塊的等效重心回轉半徑，m，通過改變激振塊的數(shù)量和位置，Rk值可調。

2.3.4 軸承受力計算分析

每臺振動篩配備3臺箱式振動器，安裝在方形大梁上，中間1臺、兩邊各1臺，產(chǎn)生強大的激振力，激發(fā)振動篩振動，因此振動器軸承受動載荷主要是偏心塊旋轉產(chǎn)生的離心力F及扇形塊自重力Ws及偏心塊自Wk、支撐反力N。當F、Ws、Wk方向一致時，軸承受力最大。受力狀態(tài)見圖4。

正常情況下，振動篩運行時未發(fā)生水平方向偏斜，在水平方向，這樣軸承上的軸向力近似為零，當偏心塊處于圖4位置時，徑向力最大，F(xiàn)z計算公式為

軸承的壽命與載荷間的關系可表示為

式中，L10為基本額定壽命；C為軸承額定動負荷，N；P為當量動負荷，N；ε為壽命指數(shù)，振動篩為滾子軸承，ε=3.333 3；ft為溫度系數(shù)。

2.3.5 激振器的溫度對軸承的影響

根據(jù)潤滑原理，潤滑油對摩擦件形成潤滑保護的關鍵是潤滑油具有足夠的黏度，才能形成潤滑油膜。除根據(jù)設備工作狀況選取合適牌號的潤滑油外，通過改善導熱環(huán)境，提高散熱效率也是確?？煽繚櫥挠行侄?。

3 振動篩故障改進措施

針對以上振動篩出現(xiàn)的故障，通過實踐和理論分析，在確保振動篩足夠強度的情況下，減少整機的參振質量，降低激振力對于彈簧、篩梁、篩框以及激振器的負荷或非正常沖擊，是降低設備故障率的有效途徑［6］。同時，根據(jù)軸承工作原理，在降低動負荷的同時，改進潤滑效果也是確保激振器軸承持久耐用的有效措施。

3.1 振動篩給料不均改進措施

經(jīng)過高壓輥磨后的物料通過皮帶輸送到料斗，造漿水管的高壓水將物料沖散造漿后經(jīng)溜槽給入振動篩，由于篩寬達到3.6 m，物料落點較集中，且水管上噴水孔使用一段時間后易被雜物堵塞，造成礦漿在寬度方向布料不均?；诖?，在直線篩入料端上方安裝一個專用扇形布料溜槽，使礦漿先落到布料溜槽，同時加強造漿水管噴水孔的檢查和疏通，布料均勻程度得到很好改善。改造前振動篩給料布置見圖5。

3.2 激振器潤滑冷卻改進措施

用于預選篩分的振動篩一般都是持續(xù)24 h連續(xù)運行，一般情況下激振器溫度為60～75℃，夏天環(huán)境溫度高于30℃時，溫度可達70℃以上，對齒輪潤滑油的油質要求較高。激振器長期在較高的溫度下運行，潤滑油的黏度明顯下降，潤滑效果受到一定影響，這也是造成激振器軸承使用周期短的主要原因。為此，現(xiàn)場對激振器的結構進行改造，利用激振器采用飛濺潤滑的原理，加上篩子為濕式篩，將上端蓋改為水套結構，水套內接入流水，將部分飛濺到上蓋的較高溫度的潤滑油冷卻后流回油箱，改造后的激振器溫度下降8～10℃，即使環(huán)境溫度在35℃以上，激振器溫度也不會高于65℃。從潤滑油的黏溫特性曲線可見，對潤滑油溫度的有效控制，可以保證對設備的可靠潤滑。

3.3 振動篩篩網(wǎng)改進措施

選用彈性好、篩分效率高的彈性篩網(wǎng)，同時在保證篩網(wǎng)安裝牢固的情況下，減少篩板的厚度，減輕篩機的質量及減少料層厚度，可達到降低彈簧和激振器負荷的目的。

原廠配置的篩網(wǎng)規(guī)格為305 mm×305 mm，上層篩板和篩條厚度達50 mm，每片質量5.4 kg，篩孔易堵，整片篩板從入料端開始，堵孔現(xiàn)象逐步加重，整個篩子的參振質量增大。通過對篩網(wǎng)的逐步更換，選用新型DMI防堵篩網(wǎng)，減輕篩板質量，減少堵孔率，每片質量降為2.2 kg，僅上層篩網(wǎng)的質量就降低了1 100 kg以上，整機參振質量明顯降低。

3.4 激振器激振力改進措施

在滿足生產(chǎn)要求的前提下，拆除部分偏心塊，降低軸承負荷。經(jīng)計算，每臺激振器的傳動軸和從動軸各拆除一對偏心塊，激振力減少約30 kN，3臺激振器合計激振力減少90 kN。

3.5 振動篩使用管理改進措施

對崗位人員和車間管理人員進行培訓，做好振動篩的檢修管理，發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)、螺桿松動及時處理。當激振器出現(xiàn)溫度或聲音異常時，及時檢查并排除故障，避免設備帶病工作。對生產(chǎn)車間和職能部門加強培訓，提高各級人員對小隱患、小故障的重視，同時加強對相關設備管理考核制度的落實，做到獎罰分明。另外，在維修組織管理上，針對選礦廠13臺振動篩，成立5人專門檢修維護小組，做到專業(yè)點巡檢和維修相結合；嚴格按照設備使用要求，做好油位檢查、油質跟蹤，選用高精度紅外線熱成像儀對溫度跟蹤測量，加強設備的潤滑管理。

3.6 改進效果

通過以上改進措施，振動篩的使用情況明顯改善，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）2022年開始，未出現(xiàn)振動篩主梁、側板、篩網(wǎng)支撐梁等主要部件的損壞；改造前非正常更換彈簧數(shù)量平均每年40個/臺，改造后2022年的損壞數(shù)量到8月份為止僅更換10個/臺，損壞更換數(shù)量大大降低；采用新型冷卻系統(tǒng)后，激振器內部最高溫度較改造前降低8～10℃。

（2）2021年3臺直線篩共9臺激振器共計檢修10次，改造后2022年至今僅報修2次，預計全年維修費用可減少30萬元。

（3）2021年因振動篩突發(fā)故障搶修11次，累計247.5工時，人工費需11.14萬元，改造后2022年未出現(xiàn)因突發(fā)故障造成的搶修。

（4）2021年在有備用篩的情況下，仍因預選篩故障2次，對正常生產(chǎn)造成影響，單系列非正常停機時間超過14 h，改造后2022年至今未因設備故障對生產(chǎn)造成影響。

4 結論

（1）隨著科學技術不斷進步，新設備的出現(xiàn)使得選礦工藝不斷得到改進，大型雙層直線振動篩在礦山濕式篩分工藝中的應用越來越廣泛。

（2）該篩分設備使用過程中出現(xiàn)的上述故障較為普遍，主要原因是未按設備使用要求運行和維護管理，或由于現(xiàn)場安裝不合理導致工況無法滿足使用要求所致?，F(xiàn)場通過針對性分析、技術改造及加強管理等取得了較好的效果，為類似礦山提供了經(jīng)驗借鑒。