吳澤洲 涂曉琴 曾愛民

（三川德青工程機械有限公司）

隨著泥水盾構(gòu)直徑趨向大型化，地面泥水處理量向3 000 m3/h 及以上躍遷，這就迫切需要使用大型振動篩來高度集成設(shè)計泥水分離設(shè)備，以實現(xiàn)縮小設(shè)備占地面積、減少設(shè)備故障點、降低設(shè)備投資和運維費用的目的。國產(chǎn)振動篩在工況運行時可靠性不高，橫梁斷裂、側(cè)板開裂等早期失效現(xiàn)象時有發(fā)生，1.8 m 及以上篩寬的大型振動篩尤為突出。實踐證明，影響振動篩產(chǎn)品可靠性的因素中，生產(chǎn)制造占三成，但對大型振動篩而言，生產(chǎn)制造因素可能躍升到五成以上。我國煤炭行業(yè)曾引進國外振動篩全套設(shè)計圖紙，但生產(chǎn)制造出的篩機，在可靠性上普遍低于原裝進口篩機，大型篩機的可靠性甚至不足原裝進口篩機的20%。因此，通過優(yōu)化篩機制造工藝來提升制造質(zhì)量，緩解改善大型振動篩的早期失效問題很有必要。

1 ZXT型振動篩篩箱結(jié)構(gòu)

ZXT 型振動篩是三川德青工程機械有限公司自主研發(fā)設(shè)計制造的，主要用于泥水的預篩分及旋流底流的脫水篩分，是該公司生產(chǎn)制造的最寬、最大的篩機。

ZXT 型雙層振動篩主要由篩箱、篩板及緊固附件、振動電機、隔振支承裝置等組成。在振動電機激振力激勵下，篩板隨同篩箱作平面直線往復運動，渣料沿篩面向出渣口作拋擲運動，實現(xiàn)泥水的預篩分、旋流底流的脫水篩分等功能。篩箱是振動篩最主要的構(gòu)成部件，也是振動篩生產(chǎn)制造的重難點。篩箱主要由振動橫梁、連接橫梁、加強橫梁、側(cè)板、內(nèi)外加強筋腹板等鉚固、焊接而成。篩箱結(jié)構(gòu)見圖1。

針對篩箱早期失效現(xiàn)象，從ZXT 型振動篩篩箱的生產(chǎn)制造入手，對影響篩箱制造質(zhì)量的工藝因素進行分析、研究與探討，針對性提出優(yōu)化改進措施，以提高篩箱制造質(zhì)量，延長篩箱使用壽命，從而為大型篩箱的生產(chǎn)制造積累經(jīng)驗。

2 材料質(zhì)量的控制

篩箱不僅要在交變載荷下連續(xù)運行，同時還受塊料沖擊、物料的磨損與腐蝕，因而設(shè)計時需在保證有足夠強度與一定壽命的前提下盡量降低參振質(zhì)量，以優(yōu)化篩機性能參數(shù)。因而材料的選擇與控制十分重要，尤其是篩箱側(cè)板、振動橫梁、支撐橫梁等關(guān)鍵部位的材料。材料或構(gòu)件中有折疊、夾層、夾雜等內(nèi)在質(zhì)量缺陷，或有裂紋、劃傷、結(jié)疤、變形等外在質(zhì)量缺陷，則這些原始缺陷在激振力作用下，會逐漸擴展，當達到一定臨界尺寸時，就會嚴重影響篩機的疲勞強度，發(fā)生橫梁斷裂、側(cè)板開裂等失效現(xiàn)象。因此鋼板、型鋼進場時，必須同時提供質(zhì)量檢驗報告及產(chǎn)品合格證，且外觀質(zhì)量符合規(guī)范要求。振動橫梁及側(cè)板等重要構(gòu)件除進行標準化驗外，下料前還需進行超聲波探傷。

關(guān)鍵板材在數(shù)控切割前，先在鋼板上標識零件輪廓線，在輪廓線內(nèi)外側(cè)各50 mm 范圍內(nèi)進行100%超聲波探傷，其他按4 點/m2100 mm×100 mm 做超聲波探傷抽檢，板材內(nèi)部不允許有大于30 mm×30 mm分層［1］，其目的是為了發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷，避免下料后產(chǎn)生單邊切口裂紋，可在一定程度上消除斷裂源。

振動橫梁的無縫鋼管需作100%超聲波探傷，探傷儀以高出基準靈敏度6 dB 的掃描靈敏度進行掃描；當發(fā)現(xiàn)缺陷時，再將探傷儀調(diào)整到基準靈敏度進行掃描，若缺陷回波幅度≥基準靈敏度，則判定為不合格品［2］。不合格品可在公差范圍內(nèi)適當修磨后再復探，目的是為了發(fā)現(xiàn)材料的內(nèi)部缺陷，避免管材受力后引起應(yīng)力集中，可一定程度上消除裂紋成核。

焊接所用的焊條（焊絲）、焊劑等焊接材料的質(zhì)量必須符合設(shè)計要求和現(xiàn)行國家規(guī)范，進場嚴格按規(guī)定驗收，合格后方可入庫。焊接過程中，焊劑使用前按要求烘烤，焊接用氣體必須符合現(xiàn)行國家標準的純度要求［3］，目的是為了保證焊縫接頭的質(zhì)量，提高焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度。

3 制造質(zhì)量的控制

篩機制造質(zhì)量控制主要包括焊接變形控制、內(nèi)應(yīng)力控制以及加工精度控制3 個方面。為控制篩機制造質(zhì)量，制定以下工藝對策。

3.1 下料控制

篩機工況運行時，受連續(xù)交變激振力作用，為保證篩箱整體疲勞強度，去除應(yīng)力集中源，制定篩箱生產(chǎn)制造通用原則如下。

（1）所有構(gòu)件均應(yīng)讓出不規(guī)則部分后整體下料，不允許有拼焊現(xiàn)象；鋼材表面若有扭曲或彎曲等不平缺陷，需采取矯正措施校平鋼板或校直型材；型材采用鋸切下料，規(guī)則薄板采用剪板下料，側(cè)板、異形板材采用數(shù)控切割下料；切割口表面粗糙度Ra50，目的是縮小熱影響范圍，減少熱變形，提高下料精度，控制應(yīng)力集中。

（2）所有構(gòu)件下料后，均應(yīng)進行Sa2 級拋丸除銹預處理，材料表面沒有可見油脂、氧化皮、鐵銹等雜質(zhì)?？諝庀鄬穸?0%～70%時，應(yīng)在拋丸后2 h 內(nèi)完成防銹底漆的噴涂；空氣相對濕度小于60%時，應(yīng)在拋丸后4 h 內(nèi)完成防銹底漆的噴涂，目的是去除附著物，清潔材料表面，提高構(gòu)件的美觀性，同時防止材料再氧化及二次污染。

（3）所有構(gòu)件下料后，均需去除切口周邊的熔瘤、掛渣或毛刺，切割缺口均倒角、打磨光滑，目的是去除應(yīng)力集中源，為后續(xù)加工提供便利。

3.2 焊接控制

ZXT 型篩箱大小5.5 m×2.0 m×2.5 m，橫梁長2.04 m，焊接作業(yè)量大，焊縫質(zhì)量要求高。為控制焊接變形，保證焊接質(zhì)量，工藝技術(shù)人員制定出篩箱焊接通用原則如下。

（1）篩箱母材多采用碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，電弧焊匹配選用J427/J506焊條，埋弧焊匹配選用H08MnA 焊絲，氣體保護焊匹配選用H08Mn2SiA 焊絲，以保證焊縫的強度、韌性和塑性等力學性能。

（2）壁厚12 mm 以下構(gòu)件開單面坡口，壁厚12 mm 以上構(gòu)件開雙面坡口，開坡口優(yōu)先采用機加工；若采用碳弧氣刨，需打磨去除坡口表面的滲碳氧化層，層厚約0.7 mm；去除坡口邊緣表面上的氧化皮、鐵銹、熔渣等附著物，直至露出金屬光澤，清理范圍不少于20 mm，目的是讓電弧能深入到焊縫的根部，使根部能夠焊透并融合好，提高焊縫接頭強度。

（3）焊接接頭組對后，優(yōu)先采用工裝定位或卡具剛性固定，也可在坡口內(nèi)直接點焊定位。組對定位時，不僅要控制對口錯邊量、組對間隙及棱角度等參數(shù)不超過產(chǎn)品制造、驗收標準的規(guī)定［4］，還要保證不影響底層焊縫的施焊作業(yè)。工裝定位的目的是實現(xiàn)焊前固定、焊后校正，以控制焊接變形。

（4）焊前進行預熱，預熱溫度為100～200 ℃，預熱范圍為坡口邊緣正反面各75 mm范圍內(nèi)，加熱方式為火焰加熱。預熱目的是提高焊接接頭初始溫度，減少焊縫金屬與母材間的溫差，防止產(chǎn)生焊接裂紋。

（5）CO2氣體保護焊一般采用細焊絲、小電流、低電壓的短路過渡形式。工藝參數(shù)焊絲規(guī)格為?1.2 mm，焊接電流為120～130 A，電弧電壓為9 V，焊接速度為30～50 cm/min，焊絲伸出長度為10～15 mm，焊道數(shù)為2，氣體流量為20 L/min。焊接層次為打底焊→填充焊→蓋面焊，按要求進行多道焊與層間清理，層間溫度150～400 ℃，目的是實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程，焊接飛濺小，焊縫成形良好。

（6）焊后橫向錘擊焊縫，盡量使焊縫金屬向橫向擴展，以消除焊接應(yīng)力。因鋼材在300～500 ℃有脆性，因而建議錘擊冷焊縫，即在100～150 ℃時進行。

3.3 內(nèi)應(yīng)力控制

篩箱的制作過程伴隨有不均勻的加熱和冷卻，將產(chǎn)生多種內(nèi)應(yīng)力，有折彎時產(chǎn)生的折彎應(yīng)力、焊接時產(chǎn)生的焊接應(yīng)力、強行緊固連接時的連接應(yīng)力等，各構(gòu)件鉚焊成一體時將合成新的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力在激振力作用下對篩箱有破壞作用，因而對參振焊件需進行焊后熱處理——去應(yīng)力退火，以細化鋼的晶粒，消除應(yīng)力集中，提高焊縫強度，是篩機保證質(zhì)量及延長壽命的有效手段。

振動橫梁去應(yīng)力退火工藝規(guī)范為開爐后緩慢加熱，2 h 內(nèi)溫升至400 ℃；2 h 后以100 ℃/h 加熱至Ac1以下100～200 ℃，且保持爐內(nèi)各控點溫差不大于20 ℃；以最厚斷面計算，每25 mm 厚度爐內(nèi)保溫1 h，但不得少于4 h；閉爐隨爐冷卻至200 ℃以下，再出爐空冷至室溫。對于加工焊件的去應(yīng)力退火，在粗加工后、精加工前進行，退火溫度取下限。開爐放置構(gòu)件時，需注意將構(gòu)件放平墊正，避免熱處理變形。

3.4 機械加工控制

（1）側(cè)板的加工。側(cè)板是篩箱的重要構(gòu)件，面積大且形狀不規(guī)則，根據(jù)振動受力特性，主側(cè)板采用整張鋼板低溫下料，采用定位精度± 0.1 mm 的數(shù)控等離子切割機切割成形。ZXT 主側(cè)板上的鉚接孔多達上百個（圖2），分別與各橫梁及內(nèi)外加強筋腹板等鉚接。側(cè)板上所有孔的加工優(yōu)先采用平面數(shù)控鉆，可實現(xiàn)一次裝夾即可完成，與傳統(tǒng)的劃鉆工藝相比，消除了人為因素的影響，大幅提高了加工精度及功效。若沒有一次成孔設(shè)備，則將2塊側(cè)板通過工藝孔配對疊加后，采用鉆模加工各螺栓孔及鉚接孔。

（2）橫梁的加工。橫梁是兩側(cè)板之間的主要連接部件，一般包括振動橫梁、連接橫梁和加強橫梁，數(shù)量較多。橫梁具有連接兩側(cè)側(cè)板、傳遞電機激振力和承載固定篩板的功能，是容易發(fā)生早期失效現(xiàn)象的關(guān)鍵部件。要提高大型振動篩的可靠性，無論是焊接方面還是機加工方面，都要保證橫梁質(zhì)量，包括形位公差和尺寸公差，且焊后要做探傷檢測。以數(shù)量最多的連接橫梁為例，說明橫梁加工中需要注意的問題［5］。連接橫梁結(jié)構(gòu)見圖3。

中間H 型鋼一般采用鋸床鋸切下料，兩端法蘭一般采用數(shù)控等離子切割機切割下料。在專用工裝夾具上分別固定H 型鋼和法蘭，采用CO2氣體保護焊機，嚴格按焊接工藝指導書焊接成型，焊后超聲波探傷檢測，Ⅱ級合格。合格的構(gòu)件去除焊渣后，進行去應(yīng)力退火處理、噴丸處理，以消除焊接應(yīng)力。

為有效保證橫梁加工精度，加工時采用同一定位基準一次性裝夾固定，不僅能消除系統(tǒng)誤差，還可提高構(gòu)件的互換性；為有效保證橫梁的形位公差，不允許采用兩端法蘭端面作為基準，而是校核H 型鋼的對中端面作為加工基準。優(yōu)先采用對頭鏜床同時鏜銑兩端法蘭面及端面各孔，若無相應(yīng)設(shè)備也可采用數(shù)控鏜銑床一次性裝夾后加工。需要注意的是，所有橫梁寬度要控制在-0.5 mm 公差范圍內(nèi)，所有橫梁兩端法蘭加工后的厚度要保持一致，不超出-0.1 mm 公差范圍；所有橫梁的H 型鋼與兩端法蘭的垂直度要控制在0.5 mm 公差范圍內(nèi)，兩端法蘭端面的平行度要控制在0.5 mm公差范圍內(nèi)。

（3）內(nèi)外加強筋腹板的加工。內(nèi)外加強筋腹板一般薄而長，加工的關(guān)鍵是控制焊接應(yīng)力和焊接變形，因而針對性設(shè)計了專用的工裝夾具。內(nèi)外加強筋腹板先配對，通過工藝孔對稱裝夾固定在工裝的兩側(cè)，再嚴格按焊接工藝指導書焊接成型，焊后超聲波探傷檢測，Ⅱ級合格。合格的構(gòu)件去除焊渣后，與工裝一起進行去應(yīng)力退火處理，然后再拆離工裝，分別進行噴丸處理，最后采用工裝夾具加工各鉚接孔。

3.5 組裝控制

篩箱主要是通過鉚釘來完成各構(gòu)件的連接，相關(guān)構(gòu)件均需加工孔，成孔后的毛刺對結(jié)合面的粗糙度有影響。為消除橫梁斷裂隱患，防止鉚釘產(chǎn)生松動現(xiàn)象，組裝前需對各構(gòu)件連接結(jié)合面去除污物、去毛刺倒棱角后，涂防銹油，以保證鉚接質(zhì)量。

篩箱組裝時，先將主側(cè)板、內(nèi)外加強筋腹板分別配對，鉚接組裝成對稱的兩側(cè)板；利用工裝將配對側(cè)板對稱立起來，確保兩側(cè)板相互平行，兩側(cè)相對應(yīng)的兩孔同軸；分別找正、定位，逐個將振動橫梁、連接橫梁、加強橫梁鉚接固定在側(cè)板上，保證安裝后對稱側(cè)板平行、同軸，并與各橫梁垂直。

鉚接過程中需要注意鉚接操作順序，先用螺栓副將需鉚接的構(gòu)件連接起來，在找平找正的過程中，逐漸擰緊螺栓副；鉚接順序是從最中間開始，然后成放射狀向周邊逐步擴散鉚接，直至最外緣；鉚接過程是松開1 個螺栓副，然后再鉚接1 個鉚釘。該種操作雖繁瑣，但能提高主側(cè)板與其他構(gòu)件的結(jié)合緊密性，使篩箱形成一個剛性整體，從而保證篩箱有足夠的強度和剛度［6］。

3.6 耐磨防腐處理

振動篩在泥水分離的篩分過程中，篩箱側(cè)板及篩下橫梁長期受渣料或泥水混合物的持續(xù)磨損、沖刷及腐蝕，嚴重降低了振動篩的可靠性和使用壽命。

側(cè)板和橫梁常規(guī)是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼制作而成。目前，側(cè)板的防護主要是噴涂防腐蝕底漆，同時篩上部分結(jié)合篩板的安裝輔以聚氨酯側(cè)壓條；橫梁的防護多采用黏結(jié)橡膠板。實踐表明，噴涂防腐蝕底漆防護作用不大，泥水混合物在短時間內(nèi)就可沖刷磨損光涂層；橡膠板的黏結(jié)工藝繁瑣，質(zhì)量不穩(wěn)定，且橡膠板的耐磨性能有限，遠不如聚氨酯制品。為達到耐磨防腐目的，對篩箱噴涂聚氨酯彈性體。

噴涂型聚氨酯彈性體是聚氨酯的升級產(chǎn)品，是現(xiàn)代涂裝領(lǐng)域重要的創(chuàng)新技術(shù)，其性能與橡膠相似，耐磨、彈性好、強度高，使用領(lǐng)域幾乎與橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域重合，其可塑性優(yōu)于橡膠，可根據(jù)需要制作各種物件。

4 結(jié)論

研究大型篩箱的制造工藝，對于篩箱使用壽命的提高、制造成本的降低以及運維費用的減少意義重大，只有不斷提高生產(chǎn)制造工藝水平，才能使國產(chǎn)大型振動篩更好地滿足工況使用要求。通過采取以上工藝對策，加強制造質(zhì)量管控后，有效改善了ZXT型篩箱發(fā)生橫梁斷裂、側(cè)板開裂等早期失效現(xiàn)象，大幅提高了ZXT 型振動篩的工況運行可靠性，有力保障了地下盾構(gòu)工程的順利掘進與施工。