关志强

（潞安化工集团公司五阳热电厂， 山西 长治 046205）

引言

直线振动筛因其结构简单，性能可靠，筛分效果优异等特点，在热电厂中细粒级煤炭脱泥脱水、脱介以及物料分级等方面得到了广泛应用。但热电厂直线振动筛工作环境恶劣，在工作过程中既会受到物料的冲击，又会受到煤泥水及介质液体等的侵蚀，从而导致其在持续激振力的影响和作用下，主体结构寿命降低，并经常出现裂纹甚至断裂。热电厂直线振动筛经常表现出轴承发热、转数不够、筛分质量降低、有运转杂音等故障，为此必须从断裂力学及部件材料等角度综合分析裂纹产生的原因及发展趋势，为裂纹的预防提供依据。

1 直线振动筛工作原理

直线振动筛是热电厂物料筛分过程中所必需的设备，物料在筛面上不停运动，小于筛孔尺寸的物料穿过筛孔后降落，而大于筛孔尺寸的物料则保留在筛面。直线振动筛通常包括筛箱、激振器、弹簧支撑等部分，激振器主要由2 根不同重量的轴构成，并可向不同方向转动而使筛箱不停产生振动。当前国内热电厂所使用直线振动筛倾角通常为0°～10°，振动方向角一般在30°～65°范围内取值。惯性振动筛的振幅通常较大，便于将物料抛出筛面，并避免堵孔；直线振动筛筛分大块物料时的振幅通常控制在12～14 mm，而用于物料脱水、脱介和脱泥时的振幅通常控制在8～14 mm，振幅较大时筛孔尺寸应相应增大，反之，振幅较小时应相应缩小筛孔尺寸；直线振动筛振动频率通常在700～900 次/min 范围内。

2 直线振动筛零部件裂纹形成机理

在运行过程中，直线振动筛裂纹故障交替出现，且各故障之间相互影响，直线振动筛传动系统、弹簧阻尼系统及构件发生裂纹故障后，使得振动筛运行状态发生改变，既影响整体结构强度，又不利于工作效率的提高。结合工程实践，热电厂直线振动筛零部件中间段、固定螺栓、筛箱、侧板、底梁、大梁等处较容易形成裂纹甚至发生断裂，其中直线振动筛零部件是发挥连接作用的关键性部件。为有效实现直线振动筛关键零部件裂纹预防，必须先对裂纹的形成机理进行分析。

2.1 正常工作状态下裂纹形成机理

2.1.1 受力分析

将直线振动筛零部件视为均布载荷简支梁[1]进行受力情况分析，零部件受力结构图如图1 所示。

图1 直线振动筛零部件受力结构图

由图1 可得到以下受力公式：

2.1.2 裂纹及断裂的形成

在进行直线振动筛设计时，各部件的疲劳极限及屈服极限均比工作应力高，且所选取材料的冲击韧性和延伸率充足，所以必须对关键零部件的裂纹形成原因进行分析。由于受使用材料、加工工艺、运行环境等因素影响，直线振动筛零部件结构内部及外表面必定存在0.1 mm 以上的缺陷，这些既有缺陷会在诸多因素影响下快速发展，并引发应力集中现象，在脉动循环交变应力[2]作用下引发裂纹，从而造成直线振动筛零部件结构的疲劳极限降低。根据对直线振动筛零部件裂纹的受力分析可知，其中部往往承受较大的弯曲应力，所以其中部缺陷引发裂纹的可能性最大，甚至会进一步导致直线振动筛零部件的断裂。

在直线振动筛关键零部件诸多的断裂形态中，塑性断裂和变形断裂可由直观察觉，而包括脆性断裂、环境断裂在内的大部分疲劳断裂均无法通过直观察觉，因此必须进行其关键零部件断裂演变过程研究。直线振动筛的受力部件大多为普通碳素钢、碳素结构钢等塑性材料，发生断裂时并无明显的屈服阶段，而断裂后塑性变形较大，断裂后断口表现出明显的脆性断裂特征。根据线弹性理论[3]，在受到静应力作用后，如果关键零部件裂纹尺寸比临界裂纹尺寸小，则裂纹一般不会继续扩展，而受到变应力作用时，裂纹则会继续扩展，待达到临界尺寸后扩展程度增大，直至发生脆性断裂。

2.2 非正常工作状态下裂纹形成机理

热电厂直线振动筛均在一定工作制度下运行，但在更换不同重量零部件、双层筛改为单层筛、双层筛加强焊接钢板而造成参振质量改变、给料不均、弹簧损坏等的特殊情况下，都会引起正常工作制度和工作状态的改变，从而改变筛分机固有频率，引发筛箱重心偏移，导致其筛箱围绕中心摇摆不定，进而加速横梁等关键零部件裂纹的产生和扩大。

3 直线振动筛关键零部件裂纹预防

3.1 侧板开裂预防

直线振动筛侧板开裂主要表现为顺振动向开裂和与振动向垂直开裂两类。对于前者而言，应将正方形副板添加至裂纹周围20 cm 范围处进行加固；对于后者，则必须进行侧板整体性加固，并对整体铆接副板进行处理，以避免侧板整体发生断裂。

3.2 底梁中部裂纹预防

直线振动筛底梁与受筛原煤接触时间长，在不断的振动及原煤碰撞下，其中间部位发生裂纹的可能性较大，对于底梁中部裂纹必须进行打坡口处理，并采用塞焊及断续焊将副板焊接至底梁，并将坡口处焊接平整，以增强底梁结构强度。

3.3 激振器大梁裂纹预防

直线振动筛结构中的激振器是主要装置，激振器大梁的作用尤为关键，但其在长时间运行后也会发生裂纹，为此，必须在可能发生裂纹处开坡口，坡口尺寸要与钢板厚度相同，并将坡口焊接平整。通过严格控制焊接温度、时间及焊条类型来保证焊接质量，完成焊接后，还应在裂纹处增焊副板，在副板上增焊加强筋，以保证激振器大梁抗疲劳性能的提升。

3.4 出入料口挡板裂纹预防

物料长时间运动会导致出料口挡板因受磨损而变薄以及物料无法准确降落至盲板，这也是引发出料口挡板裂纹和入料口挡板裂纹的主要原因。因此，必须将出料口挡板组件堆焊至原来厚度，并进行磨平处理，以增强出料口挡板的抗磨损程度；同时需调整入料口高度、角度等参数，保证物料能准确无误降落至盲板，并通过槽钢、方管等对裂纹处进行加固处理。

直线振动筛关键零部件裂纹预防除应采取以上措施外，还应加强对紧固件、传动件、橡胶挠性联轴器、三角带等的检查，具体包括激振器、电机连接地面螺栓的稳定程度，筛板上楔钉及螺栓牢固、齐全程度，压条和木楔是否松动短缺以及连接处螺栓与铆钉是否短缺松动，此外还需关注激振器主轴的灵活度，轴承润滑、密封等情况。

4 结论

直线振动筛结构简单、运行高效、性能优异，通过其筛网振动可有效筛分各类物料，而通过对其关键零部件裂纹进行预防，有效促进了直线振动筛性能优势的发挥和生产效率的提升。