本文作者：彭志林（湘潭钢铁集团有限公司）
摘 要:
运用系统分析的原理,对湘钢湘乡白云石矿新建粉矿生产系统的2575园振动筛筛箱侧板开裂现象进行了详细分析,认为筛箱侧板开裂的主要原因是由于横梁设计不合理造成的。
1、问题的提出
湘钢湘乡白云石矿2575园振动筛于2000年6月安装在新建粉矿生产系统,作为0～ 5 mm粉矿产品的最终分级设备。该振动筛为自定中心式园振动筛,其筛面长为7500 mm,宽为2500mm,配套电机为Y200L— 4型(30 kW, 1460 r/min),振动频率为16.67～13.33 Hz,振幅为8～12 mm,筛分处理量为180～ 200 t/h,其减振方式为座双层减振。激振器是采用国外技术生产的自定中心式激振器,具有结构紧凑,激振力大的优点。激振器安装在两主侧板上,其间采用万向节联接,以确保两激振器同步。但在系统试生产的过程中,发现两侧振动器下方侧板均产生裂纹,其裂纹从激振器下方一直延伸到筛箱侧板下沿(见图1),同时侧板间联接横梁用的钢管管端沿管向开裂。
图1 激振器下方侧板开裂示意
1-激振器; 2-横梁圆管; 3-裂缝
随后采取了将激振力设置降低到偏中状态,并对筛箱两侧开裂处附近约800 mm× 500 mm的面积进行置换。采用的工艺是:直流电焊,保温,两面同时对焊,双面坡口为30°,中间厚度为5 mm,尽量保证焊接质量。同时采用铝基脂代替ZL—3锂基脂(SY1412—75)进行润滑。通过以上措施,对振动筛进行处理,但运行时间不到15天,再次发现原开裂处加剧开裂的现象。轴承发热仍旧,导致电机电流急剧上升,电机自动停机。针对上述现象,笔者进行了如下检测。
2、检测方法与检验结果
2.1 成分分析
在侧板开裂处取样,分析其化学成分,结果见附表。由附表可知,侧板成分符合GB/T1591-94标准的要求。
附表 侧板化学成分分析结果(% )
项目C Mn Si S P V Nb Ti
检验值 0.181.42 0.40 0.015 0.0250.020 0.0450.18
标准范围0.201.0～1.6<0.55 <0.035<0.045 0.02～0.15 0.015～0.06 0.02～ 0.2
2.2 金相检验
金相试样在开裂区用线切割取样,在X-05大型金相显微镜下观察,其结果见图2。
图2 裂缝处金相组织 × 100
由图2可见,侧板金相组织为铁素体加少量珠光体,其晶粒沿某一方向变形,形成带状组织。
3、分析讨论
根据化学成分分析结果,该侧板成分符合标准要求,排除了侧板断裂由材质原因所致。但由金相检验可知,在侧板开裂区金相组织被拉长变形,呈纤维状,证明侧板断裂是一个由屈服到断裂的过程。材料的屈服强度不够是侧板开裂的主要原因,在静载荷下,侧板所选钢材为Q345,其屈服强度>345 MPa。根据振动筛强度设计,最大激振力为47040 kg;筛箱重8772 kg,石料在筛体内重约1000 kg;侧板厚度为13 mm,材质为Q345,其屈服强度为274.4～ 349.3 MPa;弹簧支点之间的水平距离为5600 mm,筛箱高度为1850 mm,筛箱倾角18° (见图3)。振动筛处于振动状态下,因振动产生的动变形使得材料的应力增加,当这种因动变形而产生的最大动应力发生在筛箱停机过共振区时,其所承受的应力一般是静载荷的4～ 5倍。图3所示B点为筛箱侧板承受最大动应力部位。通过对B点建立力学模型,进行受力分析,根据弯矩图,计算最大弯矩,最大应力为105 MPa。在筛箱过共振区时,B点的最大拉应力在400～ 500 MPa,因此侧板从设计上来讲,是不合理的。
图3 振动筛结构示意
1—激振器; 2—筛体; 3—弹簧;
4—隔振梁; 5—隔振弹簧
从横梁结构分析,该振动筛的横梁采用圆管结构(见图4),因2575圆振动筛属大型振动筛,一般大型振动筛的横梁设计采用冷矿筛的箱形结构,很少采用圆管结构。因圆管的刚度与强度比箱形结构要差(同比尺寸)。横梁在振动筛结构中的作用是很重要的,如果横梁的强度与刚度达不到设计与使用的要求,会导致横梁断裂,侧板开裂,继而对激振器产生外力作用,最坏结果是筛体变形开裂,设备根本不能运行。从该振动筛的横梁设计情况来看,可以认为采用圆管(况且圆管管径过小)是不合理的。从以上出现的现象来看,特别是在侧板加厚之后,仍然存在问题,可以间接说明横梁设计的不合理性。
图4 主侧板与横梁结构示意
1—主侧板; 2—厚壁管
另外,横梁与侧板联接方面也存在问题。图5为主侧板与横梁结构示意图。从图5可见,横梁在振动情况下受力比较大,横梁出现沿管向开裂的情况,说明横梁与主侧板联接处存在应力集中的问题,因此即使横梁采用圆管结构,在横梁与侧板联接部分都应采取加强筋进行加强。
图5 横梁与主侧板加强筋示意
1—加强筋; 2—主侧板; 3—横梁圆管;
4—管端轴向开裂; 5—主侧板底
4、解决办法
综上所述,为了从根本上解决这一影响矿山生产的瓶颈问题, 2002年3月,该矿对振动筛进行了大修,由于横梁在筛箱结构中是主结构件,不便于改进,因此决定将圆管结构横梁,整体置换成等当量横截面积的箱型结构横梁。然后在运转的初期,将激振力调至偏小值,随运转时间的增加,再逐步将激振力调至正常值。自大修至今,没再出现侧板开裂现象,设备运转正常。
5、结 论
(1)、侧板开裂的直接原因是材料在使用过程中发生屈服现象所致;
(2)、2575圆振动筛属大型振动筛,该类振动筛采用圆管结构设计不合理,应改用冷矿筛的箱型结构。
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