图5改造前筛板布置简图
建议改造后，筛板尺寸为：38块600*720*45筛板和8块300*720*45筛板。筛板具体布局如图6所示。改造后，筛板与横梁通过螺栓、压条连接成为一体，也就是说，整个振动筛成为一个整体。各下横梁中部的弯矩减小，振动筛在运行过程中下横梁不易振裂。
图6改造后筛板布置简图
4.5筛板材质改造
图2USL3.6×5.25直线振动筛下横梁
3.筛下横梁断裂的原因分析
3.1筛下横梁在交变应力的作用下产生疲劳断裂
在振动筛工作过程中,下横梁不仅要承受筛面和物料的重量，还要承受振动所产生的高频惯性力(交变应力)。下横梁在交变应力下的破坏形式与静载荷下完全不同。在交变应力的作用下，所产生的最大应力虽然远远低于材料的许用应力，但是长期振动，会出现疲劳裂纹。因此,在恶劣的振动条件下，下横梁破坏时的应力远低于普通机械零件强度指标下的应力要求。
3.2筛下横梁在使用中发生断裂
大部分下横梁断裂现象出现在横梁中部,这是因为静不定横梁的特点是弯矩与长度的平方成正比（公式： ）,而下横梁断裂的主要原因是受到弯矩的作用。弯矩最大值出现在横梁的中部，因此横梁中部容易断裂。经过仔细观察分析,在交变应力作用下,一般先从横梁中央槽钢(轨座)与横梁焊接处发生微观裂纹,微观裂纹两侧面在断裂后有一段明显的光滑的扩展区,其下大部分是断裂粗糙区,具有明显的疲劳破坏特征。（注明：静不定横梁就是指应用静力学理论不能解答出下横梁所承受的所有力值。也就是说，下横梁所承受力的未知量的数目多于独立平衡方程的数目，不能通过解方程求出未知量。）
5．效益分析
5.1降低了维修量
经过以上改造，振动筛的整体结构没有变化，下横梁断裂周期延长，减少了由于USL3.6×5.25型直线振动筛断梁而对生产造成的影响，减轻了维修工作量，有利于安全生产。
5.2节约成本
对USL3.6×5.25型直线振动筛下横梁进行改造，有利于降低维修费用。由以上计算可知，改造后的加厚钢管的抗弯截面模量是改造前的1.37倍。这样，在相同的条件下，下横梁的使用寿命也会相应的延长。仅此一项，每年可节约材料费约3～4万元。
振幅7-10mm，筛孔尺寸：0.5-20mm
生产能力：120t/h
装机功率：2×22KW（电机型号：Y200L2-6）
图1USL3.6×5.25直线振动筛
2.2USL3.6×5.25型直线振动筛下横梁结构
USL3.6×5.25型直线振动筛共有8根下横梁，其结构为φ325×10mm的热扎无缝钢管，长度为3640 mm，材料为45钢。横梁两端与内径为φ328㎜的法兰焊接，每片法兰与侧板之间分别用10个M20×80的高强度螺栓连接（弹簧底座附近的下横梁用M20×100㎜的高强度螺栓连接），横梁中轴线表面上方对称焊接一根8#热轧槽钢作为固定筛板的小梁轨座，如图2所示。（注明：振动筛原设计是由φ20的铆钉进行连接的，经过更换下横梁后将其改为M20的高强度螺栓）。
3.3超负荷运转进一步加快了下横梁的断裂
从2008年开始，太西选煤厂二分区按照集团公司的要求，进行工艺优化，扩能改造。振动筛的小时处理量和开车时间不断提升，使得振动筛小时处理量由原设计的120吨/小பைடு நூலகம்，增加到150吨/小时。开车时间由原来的12小时/每天，增加到现在的16小时/每天。这样，无形中增加了振动筛的负荷，缩短了振动筛的使得使用寿命。使得振动筛出现频繁断梁，造成严重的事故。
由上述分析可以明确,下横梁上方的槽钢小梁轨座不仅使横梁在此处产生应力集中,而且使小梁轨座与横梁焊接处及其附近存在着焊接内应力,正是这些内应力的存在,大大地削弱了整体横梁承受载荷的能力,从而在强烈的振动下,横梁在弯矩中央内应力大的地方产生开裂,导致疲劳断裂。疲劳断裂往往是在没有明显预兆的情况下突然发生的，因此容易造成严重的事故。
4.2消除焊接应力
小梁轨座与横梁焊接处及其附近存在着焊接内应力,正是这些内应力的存在,大大地削弱了横梁整体承受载荷的能力,因而在强烈的振动作用下,下横梁在弯矩最大处产生裂纹,导致疲劳断裂。因此，提高焊缝的质量以及消除横梁与小梁轨座之间的焊接应力是十分必要的。为了提高焊缝质量，我们由焊接水平较高的焊工对横梁和小梁轨座之间进行焊接，并在焊后对焊缝质量进行仔细的检查。为了消除焊接应力，焊接前,用氧气火焰对焊接区域及附近进行预热,预热温度大约350℃～400℃。构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前预热可以减少焊缝部分金属和周围金属的温差,有利于焊后比较均匀地同时冷却,可以减少一些焊接应力。焊接过程采用“逆向分段退焊法”，即把整个长焊缝分为各小段（一般为150～200mm的小段），采用自中间向两侧分段退焊的方法。如图4所示，焊接顺序为1、 、2、 。焊接后,用氧气火焰对焊接区域局部加热到温度大约600℃～650℃,这种局部高温回火可起到部分消除焊接应力的作用。
论文标题
浅析USL3.6×5.25振动筛筛下横梁断裂原因及改造
作者姓名
XXX
年龄
29岁
作者单位
职务
技术员
论文
发表期刊
2012年《神华科技》第2期第10卷
论文要点
1概述
直线振动筛是我国选煤厂目前使用最多的一种振动筛。这筛子的激振器由两根带有不平衡重的轴或偏心块组成，两根轴或偏心块作反向同步回转，它所产生的离心力使筛箱发生振动。太西选煤厂二分区重介系统所采用的USL3.6×5.25型直线振动筛在整个选煤过程中起着非常重要的作用，但该筛在使用过程中时常出现下横梁断裂的现象，这不仅影响了生产的正常进行，而且极大地增加了维修工作量和材料费用。
2USL3.6×5.25型直线振动筛
2.1技术特征
USL3.6×5.25型直线振动筛采用4套块偏心激振器，安装在筛箱两侧筛框上，应用自同步原理，分别由两台电机通过联轴器驱动激振器，如图1所示。其主要技术参数为：
外形尺寸：5980×5454×2140mm
筛面面积：S=18.9㎡，
频率：970r/min，
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意见
年月日
评审组意见
（盖章）
年 月 日
4．改造措施
4.1加厚管壁
原无缝钢管的外径为φ325 mm，壁厚为10mm，如图3所示。其抗弯截面系数：
图3改造前横梁截面图
现将无缝钢管的壁厚增至14mm，如图4所示，其抗弯截面系数：
图3改造后横梁截面图
由以上计算结果可以看出,改造后的横梁抗弯截面系数是改造前的1.37倍。由此可以看出，改造后的横梁抗弯曲强度有了明显的提高。
图4逆向分段退焊法示意图
4.3钢管质量选择
在挑选钢管时,要选择壁厚比较均匀的钢管,仔细检查钢管表面质量。钢管内外表面不得存在裂纹、轧折、发纹、结疤等缺陷，缺陷清除深度不得超过公称壁厚的负偏差。
4.4筛板布局改造
下横梁断裂的位置集中出现在中部（至今为止，只有一根横梁断裂部位出现在横梁总长约三分之二处）,也就是在振动筛横向第三块与第四块筛板之间，这是由于下横梁在振动筛工作过程中，横梁中部弯矩最大。USL3.6×5.25型直线振动筛筛板尺寸为：600mm×720mm×45mm，共计42块筛板，横向每排为6块筛板，如图5所示。
经计算，改造后每根下横梁的质量比改造前增加了109.8kg,每台设备共有8根下横梁，共增重878.6kg（壁厚为10mm的热轧无缝钢管的理论重量为62.54㎏/m，壁厚为14mm的热轧无缝钢管的理论重量为92.63㎏/m）。振动筛整体质量的增加，会导致振动筛振幅的降低。为了不影响振动筛的处理能力，建议将振动筛部分不锈钢筛板改为同样尺寸的聚氨酯筛板。这样对设备的性能并无多大影响。