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本文作者：刘建文(中国矿业大学化学与环境工程学院) 精煤脱水是选煤加工的关键工艺,其工艺效果直接影响精煤产品水分。湖南天泰能源有限公司(原株洲洗煤厂)在20世纪90年代早期开始即着手对原波兰制造摇动脱水筛进行技术改造,改造的目的是提高单台设备的处理能力、增强设备的可靠性。在前后3年的技术改造过程中先后上了2台ZKB型筛机和3台ZKX型筛机,但在投产运行的几年中发现两种筛机均存在故障频繁、维修费用高、工人劳动强度大等问题,严重影响了正常洗煤生产。ZKX系列最突出的故障是筛框结构失效,如后墙板、筛板下底梁断裂以及电机轴断裂、电机底座螺栓振断、电机支撑架断裂、激振器传动齿轮及轴承损坏、主振弹簧折断、运转时出现跑料现象。ZKB系列最突出的故障是轴承润滑不良及损坏。为配合精煤脱水工艺要求,须将单层筛板改成双层筛(因老厂房空间限制,不能选用定型的双层振动筛),我们采用试验模态分析诊断技术,找出ZKX型筛机结构及系统故障,为技术改造方案设计提供理论依据。 1、模态试验的几个问题确定 试验模态分析是以控制理论为基础,从所测得的输入、输出信息中去辨识结构的模态参数。近几年来,试验模态技术发展很快,各种测试手段日益更新,模态参数识别软件也层出不穷,这为我们获得较为准确的模态参数带来极大方便。 1、1激振方法 激振方法的选择包括两方面内容:采用什么样的激振信号;采用单点激振还是多点激振。问题的中心在于是否能够提供足够的能量,把需要的频段中的模态全部激发出来。激励信号可采用随机信号、脉冲信号等。 1、1、1随机信号 随机信号可用噪声发生器产生,其优点是,能量均匀分布在频带上,且在较宽频率范围内对结构进行激励,总的激振力水平,如平均值、均方值等是可以控制的。其缺点是泄漏误差大。 1、1、2脉冲信号 脉冲信号是用锤击法提供的,该方法的优点是设备简单,不需要精心设计、安装激振器的夹具,便于现场测试或在线测试;激振点可以灵活选择,敲击力方向可以任意;测试精度能满足一定要求,高于随机激励。缺点是激振力频率范围不易控制;仅适合于低频,高频模态不易激出来;由于振动能量分散,从而信噪比小;锤击有时可能过载,使结构进入非线性范围。固定的激振点是经过多点试敲后选定的。模态分析的频域法有两种:单点激振法和多点激振法。在本次试验中根据现场条件,采用单点激振、锤击脉冲信号法。 1、2固定方式 在进行模态试验分析时,首先要确定被测物体的固定方式。固定方式一般 有两种:一种是按照其实际工作状况的方式约束;二是悬吊式。由于本次试验对象是中型直线振动筛,实际工作状况是筛框支撑在主振弹簧上,可选择实际工作状态方式。 1、3测点布置 测点布置原则是:布置在筛框横梁连接点和刚度变化较显著的点上,尽可能使筛框横梁布点均匀,左右对称布置。这样,既便于今后的模态综合,又不致使识别的模态失真。测点布置、测点数量的选择还应考虑到以下两方面的要求:能够明确显示在试验频段内所有模态的基本特征及互相间的区别;保证所关注的结构点(如与其它结构的连接点),都在所选的测量点之中。为提高信噪比,测点不应选在各阶振型节点附近;在研究的主要部位,测点布置应较为密集。用压电式加速度传感器测量各测点在垂直方向上的振动加速度响应,并将信号记录在磁带机上。ZKX2460直线筛模态分析测点布置如图1。 1、4提高测试精度的措施 (1)、仔细标定系统灵敏度。在机械阻抗测量时,我们校正的不仅是单个传感器的灵敏度,而且是力传感器与加速度传感器灵敏度的相对比值。 (2)、冲击力的大小决定于激起各阶模态所需之能量水平,但过大的冲击力会造成局部非线性,所以锤击时要控制冲击力的大小。同时锤击的动作要迅速,不能抖动,特别要防止试件反弹造成二次冲击。 (3)、进行数据处理时,首先需要确定触发系统。脉冲信号采用信号触发。即当有一脉冲信号过来时,才进行一次触发平均。为减少随机误差,应进行多次平均。 (4)、考虑到筛框结构的阻尼较小,频响函数的半功率带较窄,故应尽量提高频率分辨率。 (5)、筛框结构完好,筛板安装牢靠。 2、模态实验 测试仪器框图如图2。 3、故障诊断 通过模态试验提供的丰富信息,可用来研究筛框振动情况,并可以直接对结构设计进行评价。ZKX2460一阶～十阶振型及结构图如图3a～ k。 (1)、一阶振型频率为5.07 Hz,阻尼为62.601 7%,因固有频率小于工作频率(15 Hz),直线振动筛在停车过程中将通过筛机的共振区,引起很大的振动。但就阻 尼而言,一阶振型阻尼比其它振型阻尼大得多。 (2)、三阶振型频率为240.63 Hz,阻尼为3.095 9%,固有频率与工作频率的16倍非常接近,振动形式表现为筛框出口侧左右振动幅度差异较大,洗煤脱水工艺表现为跑偏,即出口断面料层不均匀、产品水分相差很大,对生产工艺产生较大影响。筛框结构上表现为筛框主墙板刚性差别大。 (3)、四、五、七、八、九、十等6阶振型表现为筛框主梁的弯曲振动,说明主梁刚度不够。 (4)、六阶振型频率为478.93Hz,与工作频率的32倍非常接近,阻尼为1.385 6%,是前九阶振型中最小的,这阶振型表现为筛框主墙板的弯曲振动,说明墙板刚度不够。笔者在承担筛机的双层筛技术改造方案设计中采用了上述ZKX型筛筛框模态分析和故障诊断研究成果,自行设计制造的2ZKX2460A型筛机经过几年的运转,工作状态一直良好,且成为附属选煤机械厂的定型新产品。 |
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