一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法

本发明属于筛分，具体而言，涉及一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法。

背景技术：

1、振动弛张筛主要是由主筛框和浮动筛框构成，二者在激振器的作用下做相向或相背的往复运动，其动力学特性直接影响着安装在主浮筛框横梁上筛面的运动规律及筛面上物料的活跃程度和筛分效果。目前常用振动筛各段筛面的倾角、振幅及振动强度沿筛面方向前后一致，造成入料端易出现料群堆积和筛上物料分布不均等现象，以致筛分过程中系统动力学稳定性受到较大的影响，使得剪切弹簧和筛面等关键部件出现易损坏的问题。

2、借鉴传统等厚筛的结构形式，采用多段折线形式布置振动弛张筛主浮筛框，使得筛面与水平面的夹角由入料端至出料端依次递减，以改变物料在不同位置的运动轨迹和速度，使得物料沿筛面长度方向保持厚度一致，进而提高筛面的有效利用率，但这种通过改变筛面倾角形式实现等厚筛分的筛机设计复杂、高度较大，且各段筛面倾角相对固定，振幅不能分段调整，难以满足现代化选煤厂高效集约化的生产要求。

技术实现思路

1、针对目前存在的问题，本发明基于多自由度系统动力学理论及多频激振弹性筛分技术，提供一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法，利用系统各参数协同作用对筛分效果的影响规律，调整振动筛部件参数。

2、本发明的目的之一是提供一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法，优点是能够通过调整振动筛上多种部件调整筛面振幅。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统，其特征在于，包括多自由度大挠度弹性振动筛、筛面动力学分析设备、高速摄像分析设备、系统动力学调节设备；

4、所述多自由度大挠度弹性振动筛含有筛箱、支撑架、激振装置、支撑弹簧、激振球，所述筛箱含主筛框与浮动筛框，主筛框含有两个上端安装有激振梁，下端安装有承重梁的对称侧板，主动梁固定在侧板上，浮动筛框由多个单独的浮动梁组装，通过连接板与侧板连接，剪切弹簧安装在侧板外侧，相邻的主动梁与浮动梁之间安装筛面，筛面下装有固定框，固定框包含钢板、纵向钢筋、横向钢筋，每个固定梁与浮动梁下焊有钢板，钢板下突出纵向钢筋，横向钢筋固定在纵向钢筋上，激振球在固定框内，激振装置包括电机和激振器，所述激振梁上安装有激振器，电机安装在电机底座，电机与激振器采用电线连接，筛箱通过支撑弹簧与支撑架连接，支撑架安装在地面上；

5、所述筛面动力学分析设备由加速度传感器、采集仪、分析计算机构成，所述加速度传感器安装在所述多自由度大挠度弹性振动筛的每段筛面上，加速度传感器与采集仪采用数据传输线连接，采集仪使用数据传输线将筛面加速度数据传输给分析计算机，分析计算机对数据分析处理，验证系统动力学参数调节设备的调节结果；

6、所述高速摄像分析设备由高速摄像机、图像分析计算机构成，所述高速摄像机通过数据传输线与图像分析计算机连接，所述高速摄像机正对主筛框一侧，观察筛面上料群颗粒的运动速度与空间分布，图像分析计算机对颗粒的分布状态进行分析计算，将分析结果传输给系统动力学参数调节设备；

7、所述系统动力学调节设备为装有多自由度系统动力学模型代码的计算机，据高速摄像分析设备的分析结果，确定出平均物料高度，当筛面物料高于或低于平均物料高度时，计算机自动减少或增加其在多自由度系统动力学模型的相关参数，其中相关参数包含与此筛面相邻的剪切弹簧刚度和阻尼，以及与此筛面连接的浮动梁的质量，同时依据多频激振理论加入激振球辅助振动筛分，改变筛面振幅，并基于加速度传感器新采集的加速度数据验证多自由度系统动力学模型的计算结果，最终实现等厚筛分。

8、优选的，所述多自由度系统动力学模型设计为：

9、

10、

11、

12、

13、

14、

15、其中，m为质量，m1为主筛框的质量，mn为第n个浮动筛框的质量，m2到mn的实际数量为振动筛所安装的浮动梁数量，c为阻尼，c1为支撑弹簧的阻尼，cn为第n个浮动筛框上剪切弹簧的总阻尼，cn′为第n个浮动筛框上筛面的总阻尼，k为刚度，k1为支撑弹簧的刚度，kn为第n个浮动筛框上剪切弹簧的总刚度，kn′为第n个浮动筛框上筛面的总刚度，x为位移，x1为主筛框的位移，xn为第n个浮动筛框的位移，f为激振力，f为电机激振力，ω为电机频率。

16、本发明还提供一种应用于上述的多自由度大挠度弹性振动筛分系统的调控方法，包括以下步骤：

17、步骤一、基于多自由度系统动力学理论建立所述振动筛多自由度系统动力学模型，并将模型在计算机中进行编程；

18、步骤二、启动激振装置并调节激振频率，主筛框与浮动筛框做相对运动，筛面做弛张运动，料群从料仓通过入料口与筛面接触，进行筛分作业；

19、步骤三、通过高速摄像机观察筛面上料群分布状况，使用图像分析计算机对图像进行分析处理，得到各段筛面上料群的空间位置；

20、步骤四、根据高速摄像分析设备的分析结果，确定出平均物料高度，当筛面物料高于或低于平均物料高度时，计算机自动减少或增加各段剪切弹簧刚度和浮动筛框质量，在高于平均物料高度筛面下依据高于的程度加入一到三个激振球，改变筛面振幅，并基于加速度传感器新采集的加速度数据验证多自由度系统动力学模型的计算结果，最终实现等厚筛分。

21、与现有的技术相比，本发明基于多自由度系统动力学理论及多频激振弹性筛分技术建立振动筛多自由度系统动力学模型，通过筛面动力学分析设备自动检测筛面的实时振幅、高速摄像分析设备自动检测筛上筛分颗粒的实时运动轨迹；将检测数据传输到分析设备进行分析，将结果代入振动筛质多自由度系统动力学模型，通过计算机计算结果调节振动筛部件参数，实现振动筛上筛分颗粒沿整个筛面等厚筛分。本发明自动监测数据、调整方式简单，筛分情况理想。

技术特征：

1.一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统，其特征在于，包括多自由度大挠度弹性振动筛、筛面动力学分析设备、高速摄像分析设备、系统动力学调节设备；

2.根据权利要求1所述的多自由度大挠度弹性振动筛分系统，所述多自由度系统动力学模型设计为：

3.一种应用于权利要求1至2中任一项所述的多自由度大挠度弹性振动筛分系统的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本申请提供一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法，系统包括多自由度大挠度弹性振动筛，筛面动力学分析设备、高速摄像分析设备、系统动力学参数调节设备，筛面动力学分析设备对弹性筛面振幅自动监测，高速摄像分析设备对各段筛面上料群运动轨迹自动捕捉，系统动力学参数调节设备根据多自由度大挠度弹性振动筛分系统动力学模型计算结果，调控振动筛部件参数，以及，可以调节激振球数量。本发明针对各式料群，依靠筛面动力学分析设备、高速摄像分析设备，系统动力学参数调节设备，通过调整筛面振幅以改变筛上料群分布状态，实现料群沿整个筛面等厚筛分的效果，并达到最优筛分效率。

技术研发人员：宫三朋,王晨浩,赵国锋,吴涛,张家康,乔子琦,明平美,陈国强,陈水生
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13