直線振動(dòng)篩狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的研究

0膜分離式直線振動(dòng)篩和zkx型直線振動(dòng)篩是同一互精煤脫水是選擇煤炭加工的一項(xiàng)重要技術(shù)，其技術(shù)效果直接影響到精煤產(chǎn)品的水分。湖南天泰能源有限公司(原株洲洗煤廠)在20世紀(jì)90年代早期即開始著手對原波蘭制造搖動(dòng)脫水篩進(jìn)行技術(shù)改造,改造的目的是提高單臺(tái)設(shè)備的處理能力、增強(qiáng)設(shè)備的可靠性。在確定技術(shù)改造方案的過程中,存在兩種截然不同的技術(shù)方案:一部分管理干部及工程技術(shù)人員主張選用ZKX型直線振動(dòng)篩,而另一部分管理干部及工程技術(shù)人員則主張選用ZKB型直線振動(dòng)篩。這兩種直線振動(dòng)篩各有不同的激振方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),秉著尊重科學(xué)的原則,技術(shù)改造兼顧采納兩個(gè)技術(shù)方案,323-1#、5#、9#采用ZKX型直線振動(dòng)篩,323-3#、4#采用ZKB型直線振動(dòng)篩。經(jīng)過幾年的運(yùn)行,兩種型號(hào)篩機(jī)均存在故障頻繁、工人維修勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備大修費(fèi)用很高等問題,筆者采用現(xiàn)代設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)對以上5臺(tái)設(shè)備進(jìn)行故障診斷,并依據(jù)診斷結(jié)論進(jìn)行針對性的技術(shù)改造,連續(xù)幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明:以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷理論指導(dǎo)設(shè)備的技術(shù)改造是非常成功的,本文將研究直線振動(dòng)篩狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷和技術(shù)改造方案。1測與故障診斷技術(shù)直線振動(dòng)篩是典型的振動(dòng)利用設(shè)備,其狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷包括振動(dòng)診斷技術(shù)、聲診斷技術(shù)、溫度診斷技術(shù)和振聲診斷技術(shù)(VibroacousticalDiagnoise)等。1.1異常機(jī)器結(jié)構(gòu)的診斷技術(shù)利用正常機(jī)器或結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性(如固有頻率、振型、傳遞函數(shù)等)與異常機(jī)器或結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性的不同來判別機(jī)器或結(jié)構(gòu)是否存在故障的技術(shù)叫振動(dòng)診斷技術(shù)。振動(dòng)診斷技術(shù)方便而且可靠,是在故障預(yù)報(bào)中用得較多的一種診斷技術(shù)。1.2聲音診斷技術(shù)利用聲學(xué)原理進(jìn)行故障診斷的技術(shù)有聲和噪聲診斷、超聲波診斷和聲發(fā)聲診斷。1.3系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)許多機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與溫度有關(guān),例如電動(dòng)機(jī)、軸承及減速箱工況溫度能反映其散熱、潤滑等運(yùn)行狀態(tài),因此,根據(jù)系統(tǒng)及其周圍環(huán)境溫度的變化,可以識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的變化。溫度檢測技術(shù)在機(jī)器診斷中是最早采用的一種診斷技術(shù),隨著現(xiàn)代化熱學(xué)傳感器和檢測技術(shù)的發(fā)明和發(fā)展,溫度診斷技術(shù)已成為故障診斷技術(shù)的一個(gè)重要方向。1.4振動(dòng)診斷技術(shù)vibroc細(xì)胞成像振聲診斷技術(shù)是對診斷的對象同時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào),分別進(jìn)行信號(hào)處理,然后綜合進(jìn)行診斷,可以大大提高診斷的準(zhǔn)確性。2臺(tái)電機(jī)齒動(dòng)強(qiáng)迫傳動(dòng)的一般故障診斷ZKB系列直線振動(dòng)篩采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng),自同步傳動(dòng),主振彈簧為橡膠彈簧,傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,維修方便。運(yùn)轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲和振動(dòng)。ZKX系列直線振動(dòng)篩采用箱式激振器、單臺(tái)電機(jī)齒動(dòng)強(qiáng)迫傳動(dòng)。運(yùn)動(dòng)中容易產(chǎn)生由于加工、裝配方面誤差而引發(fā)較強(qiáng)的噪聲和振動(dòng),安裝技術(shù)要求高,維修質(zhì)量難于保證。但它與ZKB系列直線振動(dòng)篩顯著不同的是,箱式激振器可離機(jī)維修,只要有適量的備用箱式激振器,不會(huì)對生產(chǎn)造成影響。ZKX系列常見故障:噪聲嚴(yán)重、后墻板、篩板下底梁斷裂、電機(jī)軸斷裂、電機(jī)經(jīng)常燒壞、電機(jī)底座螺栓振斷、電機(jī)支撐架斷裂、激振器傳動(dòng)齒輪及軸承損壞、主振彈簧折斷、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)跑料現(xiàn)象。ZKB系列常見故障:噪聲嚴(yán)重、后墻板、篩板下底梁斷裂、軸承潤滑不良及損壞、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)跑料現(xiàn)象。3故障診斷3.1振動(dòng)信號(hào)法3.1.1振動(dòng)篩彈簧振動(dòng)的測試篩機(jī)特征振幅與加速度測量測點(diǎn)布置如圖1所示。測點(diǎn)1、2、3、4為篩體與支撐彈簧聯(lián)結(jié)點(diǎn),對每個(gè)測點(diǎn)實(shí)測出料方向(水平方向)與垂直方向的振幅與加速度,測量結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1,各篩最大雙振幅值為6.8～8.2mm。按設(shè)計(jì)要求,ZKB系列振動(dòng)篩雙振幅為10～11mm,ZKX系列雙振幅為6.8～11.4mm,各篩機(jī)最大雙振幅均未超過設(shè)計(jì)值。從表1可以看出,對于各臺(tái)振動(dòng)篩,四個(gè)主振彈簧水平振動(dòng)量級基本一致,但垂直振動(dòng)量級差別較大。如5#篩機(jī)測點(diǎn)4的垂直振動(dòng)幅值為3.1mm,而測點(diǎn)3的垂直振動(dòng)幅值為1.7mm;3#篩機(jī)測點(diǎn)1的垂直振動(dòng)幅值為2.9mm,而測點(diǎn)3的垂直振動(dòng)幅值為1.55mm。支撐彈簧垂直振動(dòng)幅值的嚴(yán)重差異將導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)果:其一,是垂直振動(dòng)幅值較大的彈簧由于受力狀況比其它彈簧惡劣,將先于其它彈簧折斷,從維修的角度看,失效一組彈簧,須更換整個(gè)四組彈簧,增大維修工作量和維修成本;其二,是振動(dòng)篩工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生跑編現(xiàn)象。結(jié)合考慮水平、垂直振動(dòng)幅值,5#、9#篩差別較大,其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性也較差,從現(xiàn)場維修和特征幅值分析均表明5#、9#機(jī)事故較多。3.1.2工作頻率成分在空載狀態(tài)下,對各振動(dòng)篩若干特征點(diǎn)實(shí)測響應(yīng)譜,以確定各篩機(jī)主要頻率成分。從測試結(jié)果看,1#、3#、4#篩機(jī)空載Z向譜、Y向譜,篩板Z向譜、Y向譜,激振器Y向譜、Z向譜,頻率成分單一,均為其工作頻率,但5#、9#篩激振器、篩板Z向譜、Y向譜,頻率成分均較復(fù)雜。實(shí)測振動(dòng)響應(yīng)頻譜如圖2、圖3所示。從圖2、圖3可以看出,5#、9#兩篩機(jī)其激振器響應(yīng)譜圖成分復(fù)雜,除工作頻率外,尚有豐富的工作頻率的倍頻程。如5#的16Hz、128Hz、416Hz、448Hz、544Hz。9#篩機(jī)的15Hz、45Hz、60Hz、75Hz、90Hz、105Hz等。9#篩機(jī)響應(yīng)譜頻率成分復(fù)雜的原因是激振器部分存在故障。由于激振器部分除工作頻率下的振動(dòng)外,尚有工作頻率倍頻成分的振動(dòng),使電機(jī)軸實(shí)際受力情況遠(yuǎn)比單一工作頻率下的受力情況惡劣,從而使電機(jī)壽命大大縮短,電機(jī)軸及底座易于折斷。3.1.3激振器工作頻率2對電機(jī)軸受力的影響如圖4、圖5為篩機(jī)、電機(jī)軸敲擊響應(yīng)譜和篩機(jī)電機(jī)支架傳遞函數(shù)幅值譜。從圖4可以看出,9#篩機(jī)電機(jī)固有頻率43Hz與74Hz與激振器工作頻率的3倍與5倍頻相近,從而使電機(jī)軸在近共振區(qū)工作,而電機(jī)軸受力為對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力,這是導(dǎo)致電機(jī)軸斷裂的主要原因。再從圖5可以看出,電機(jī)支架傳遞函數(shù)中196Hz、316Hz、396Hz、612Hz、832Hz與激振器工作頻率的13、21、26、41、55倍相近,從而使電機(jī)支架也在近共振區(qū)工作,正是由此原因造成支架底座焊接斷裂。3.2噪聲產(chǎn)生的原因如圖6所示為9#篩機(jī)噪聲譜。從圖6可以看出,噪聲譜主要頻率均為工作頻率的倍頻進(jìn)分,頻譜范圍較寬,且無明顯的優(yōu)勢頻率,表明產(chǎn)生噪聲的原因是多方面的。3.3z機(jī)制及振動(dòng)篩模態(tài)根據(jù)現(xiàn)場9#篩機(jī)故障較多的特點(diǎn),對其作試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,并選取ZKB型4#篩機(jī)作對比,模態(tài)分析測試儀器框圖見圖7,結(jié)果見表2。圖8～圖10為ZKX系列第3、4、6階振型圖。從表2可以看出,ZKB2460A型振動(dòng)篩模態(tài)數(shù)據(jù)及其各階振型(因篇幅關(guān)系,這里僅列前2、3、4三階振型,如圖11～13所示)比較均勻,說明其結(jié)構(gòu)無明顯薄弱處。對比9#篩機(jī)噪聲譜圖與固有頻率,噪聲譜線242Hz、393Hz、437Hz與篩機(jī)的固有頻率240.63Hz、393.48Hz、432.88Hz相近,這三階模態(tài)主要是篩框的彎曲振動(dòng),其振動(dòng)對噪聲影響較大,從第3、5、6階振型圖看,篩框剛度不均勻,出料口左側(cè)的剛度明顯低于出料口右側(cè),左側(cè)振動(dòng)大,右側(cè)振動(dòng)小,這是影響該篩機(jī)脫水效果差,跑偏現(xiàn)象嚴(yán)重的重要原因。4改造方案和改造效果4.1仿真結(jié)果及特性措施根據(jù)前面故障原因分析,結(jié)合篩機(jī)整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分步實(shí)施以下技術(shù)改造方案:①排除ZKX型激振器故障,從而消除激振器工作頻率倍頻部分振動(dòng),使激振器在單一工頻下工作;②調(diào)整激振器工作頻率(如改變傳動(dòng)比),使電機(jī)軸固有頻率遠(yuǎn)離激振器工作頻率的倍頻,避免電機(jī)軸在近共振區(qū)工作;③增加電機(jī)支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度,使電機(jī)支架的固有頻率遠(yuǎn)離激振器工作頻率的倍頻,避免電機(jī)支架在近共振區(qū)工作;④調(diào)整篩框結(jié)構(gòu)與主振彈簧剛度,使篩框動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良,四個(gè)主振彈簧靜態(tài)垂向變形量、水平及動(dòng)態(tài)振動(dòng)量級基本一致;⑤采用阻尼減振措施降低篩板結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲;⑥采用阻尼減振措施降低箱式激振器和外置式偏心塊保護(hù)外罩激振噪聲,從而降低整個(gè)篩機(jī)噪聲;⑦結(jié)合脫水工藝要求,將ZKX2460單層直線振動(dòng)篩機(jī)改造成雙層篩,篩框主梁由圓管改成矩形管,增大其抗彎強(qiáng)度,以箱式激振器空間坐標(biāo)為變量,確定篩機(jī)重心,從而使新制篩機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能;⑧對于ZKB型篩機(jī),雖然結(jié)構(gòu)上無大的問題,致命的問題是潤滑不良,為解決設(shè)備維修費(fèi)用太高及維修工作量大的狀況,將原固體潤滑改為稀油循環(huán)潤滑,設(shè)置稀油泵站。4.2篩機(jī)改造效果經(jīng)多項(xiàng)技術(shù)改造,實(shí)現(xiàn)了以上技術(shù)方案,如圖14所示為ZKX型9#篩機(jī)故障治理效果。ZKX系列篩機(jī)改造后(重新設(shè)計(jì)、制造),使用壽命比改造前提高5～6倍,1997年自行設(shè)計(jì)、制造的雙層ZKX系列篩機(jī)至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。ZKB系列篩機(jī)潤滑系統(tǒng)改造后,軸承使用壽命提高了10倍,每年節(jié)省設(shè)備維修費(fèi)用100萬元以上,多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,ZKB系列篩機(jī)稀油潤滑系統(tǒng)改造后并未出現(xiàn)泄漏嚴(yán)重的問題。5對現(xiàn)場機(jī)械的分析根據(jù)以上分析、討論,以及長達(dá)10年的技術(shù)改造與設(shè)備運(yùn)行管理的成功經(jīng)驗(yàn),我們總結(jié)出如下結(jié)論與建議:1)采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù),識(shí)別振動(dòng)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)與結(jié)構(gòu)故障,指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和技術(shù)改造,從而實(shí)施機(jī)械設(shè)備狀態(tài)維修,技術(shù)上是可行的,經(jīng)濟(jì)上具有較好