多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法

1317 编辑：中冶有色技术网来源：河南理工大学

2024-07-22 16:02:42

权利要求书： 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；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；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；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；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。

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：其中，M为质量，m0为主筛框的质量，mn为第n个浮动筛框的质量，n的数值为振动筛所安装的浮动梁数量，C为阻尼，c0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，k0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，x0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，t为时间。

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：

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；

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；

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；

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。

说明书：一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法技术领域[0001] 本发明属于筛分技术领域，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[0002] 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。[0003] 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。发明内容[0004] 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。

[0005] 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。[0006] 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；[0007] 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；[0008] 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；[0009] 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；[0010] 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。[0011] 优选的，所述多自由度系统动力学模型设计为：[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018] 其中，M为质量，m0为主筛框的质量，mn为第n个浮动筛框的质量，n的数值为振动筛所安装的浮动梁数量，C为阻尼，c0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，k0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，x0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，t为时间。[0019] 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：[0020] 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；[0021] 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；[0022] 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；[0023] 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。[0024] 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。

附图说明[0025] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0026] 图1为本发明一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法的系统示意图。[0027] 图2为固定框与激振球示意图。[0028] 图3为本发明提出的振动筛质体、筛面和料群耦合系统的多自由度系统动力学模型原理图。[0029] 图标：1多自由度大挠度弹性振动筛；1 1筛箱；1 1 1主筛框；1 1 2浮动筛框；1 1 3筛面；1 2剪切弹簧；1 3支撑弹簧；1 4支撑架；1 5固定框；1 6激振球；1 7激振装置；2 1高速摄像机；2 2图像分析计算机；2 3加速度传感器；2 4采集仪；2 5分析计算机；2 6计算机。

具体实施方式[0030] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。[0031] 请参阅图1和图2，图1为本申请实施例提供的一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统的示意图，图2为固定框与激振球示意图。[0032] 多自由度大挠度弹性振动筛分系统的关键在于：一个多自由度大挠度弹性振动筛，通过建立大挠度弹性振动筛多自由度系统动力学模型，由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实现等厚筛分。[0033] 多自由度大挠度弹性振动筛1含有筛箱1 1、支撑架1 4、激振装置1 7、支撑弹簧1 3、激振球1 6，所述筛箱1 1含主筛框1 1 1与浮动筛框1 1 2，主筛框1 1 1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1 1 2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1 2安装在侧板外侧，相邻的主动梁与浮动梁之间安装筛面1 1 3，筛面下装有固定框1 5，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1 6在固定框内，激振装置1 7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1 3与支撑架1 4连接，支撑架安装在地面上。

[0034] 筛面动力学分析设备由加速度传感器2 3、采集仪2 4、分析计算机2 5构成，所述加速度传感器2 3安装在所述多自由度大挠度弹性振动筛1的每段筛面1 1 3上，筛面1 1 3上安装的加速度传感器2 3数量根据筛面1 1 3段数来确定，每段筛面1 1 3中段安装一个加速度传感器2 3，加速度传感器2 3与采集仪2 4采用数据传输线连接，采集仪2 4使用数据传输线将筛面加速度数据传输给分析计算机2 5，分析计算机2 5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。[0035] 高速摄像分析设备由高速摄像机2 1、图像分析计算机2 2构成，所述高速摄像机2 1通过数据传输线与图像分析计算机2 2连接，所述高速摄像机2 1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2 2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。

[0036] 请参阅图3，图3为本发明提出的振动筛质体、筛面和料群耦合系统的多自由度系统动力学模型原理图，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2 6，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1 1 3物料高于或低于平均物料高度时，计算机2 6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1 1 3相关的剪切弹簧1 2刚度和阻尼，以及与此筛面1 1 3连接的浮动筛框1 1 2的质量，同时依据多频激振理论加入激振球1 6辅助振动筛分，改变筛面1 1 3振幅，并基于加速度传感器2 3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。

[0037] 具体的，多自由度系统动力学模型设计为：[0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044] 其中，M为质量，m0为主筛框1 1 1的质量，mn为第n个浮动筛框1 1 2的质量，n的数值为振动筛所安装的浮动筛框数量，C为阻尼，c0为支撑弹簧1 3的阻尼，cn为第n个浮动筛框1 1 2上剪切弹簧1 2的总阻尼，cn′为第n个浮动筛框上筛面1 1 3的总阻尼，K为刚度，k0为支撑弹簧1 3的刚度，kn为第n个浮动筛框1 1 2上剪切弹簧1 2的总刚度，kn′为第n个浮动筛框1 1 2上筛面1 1 3的总刚度，X为位移，x0为主筛框1 1 1的位移，xn为第n个浮动筛框1 1 2的位移，F为激振力，f为电机激振力，ω为电机频率，t为时间，可以根据实际振动筛浮动筛框1 1 2和剪切弹簧1 2的数量，灵活调整多自由度模型。

[0045] 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：[0046] 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2 6中进行编程。[0047] 步骤二、启动激振装置1 7并调节激振频率，主筛框1 1 1与浮动筛框1 1 2做相对运动，筛面1 1 3做驰张运动，料群从料仓通过入料口与筛面1 1 3接触，进行筛分作业。[0048] 步骤三、通过高速摄像机2 1观察筛面1 1 3上料群分布状况，使用图像分析计算机2 2对图像进行分析处理，得到各段筛面1 1 3上料群的空间位置。[0049] 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1 1 3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1 2刚度和浮动筛框1 1 2质量，在高于平均物料高度筛面1 1 3下依据高于的程度加入一到三个激振球1 6，改变筛面1 1 3振幅，并基于加速度传感器2 3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。[0050] 在筛分过程中，启动电机，料群进入筛箱进行筛分作业，此时高速摄像机2 1观察筛面1 1 3料群分布状态，图像分析计算机2 1对高速摄像机2 1的观察结果进行分析，确定料群平均高度以及各段筛面1 1 3上料群是否高于或低于料群平均高度，并将结果传入到计算机内，计算机根据图像分析计算机2 2分析结果，高于或低于料群平均高度的筛面1 1 3减少或增加相关连的剪切弹簧1 2的阻尼、刚度和浮动筛框1 1 2的质量，参数调整后计算机计算出各段筛面1 1 3振幅，按照计算机调整后的部件参数调整振动筛的部件参数，并加入激振球1 6辅助筛分过程，筛面动力学分析设备验证计算结果，高速摄像机2 1再次观察验证调整结果，最终使振动筛实现等厚筛分。

[0051] 因此，本发明可以通过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，在一些情况下，还可以通过调节激振球数量，以调节筛上料群分布状态。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。[0052] 综上所述，本申请实施例提供一种多自由度大挠度弹性振动筛分系统及调控方法，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。[0053] 在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。[0054] 以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。