多维并联振动筛的筛分过程解析及其机构设计与优化方法研究

The multidimensional parallel vibrating screen was originally proposed by our task group member. In view of the current situation that these is a lack of accuracy analysis for screening process of multidimensional parallel vibrating screen and the design and optimization method for multidimensional parallel vibrating screen is vague, put forward the research of precise analysis for screening process of multidimensional parallel vibrating screen and its mechanism design and optimization. Research content includes: (1) Propose and optimize of the ideal screen surface movement form by particle discrete element method. (2) Based on the crash basic theory and the discrete element theory, reveal the material movement rule and the quantitative index for design and optimization of the multidimensional parallel vibrating screen. (3) In accordance with the topological structural theory and method based on position and orientation characteristic set, synthesize the structure type of the main mechanism of (2-6) dimensional parallel vibrating screen that meets the ideal screen surface movement type, the material movement rule and the quantitative index for design and optimization. Then optimal design the scale parameter of the main mechanism of multidimensional parallel vibrating screen by genetic algorithm. (4) Develop the optimized multidimensional parallel vibrating screen prototype and have experimental verification. Thereby effectively analyze the screening process of multidimensional parallel vibrating screen, and propose an application-oriented mechanism design method for multidimensional parallel vibrating screen, which provide a reliable theoretical basis for its engineering design.

多维并联振动筛为申请人所在课题组原创提出，目前其筛分过程缺乏有效解析、机构设计与优选缺乏定量指标，而这两者对于优化多维并联振动筛结构和提高筛分效率具有重要意义。本项目研究内容包括：（1）通过采用颗粒离散元法模拟各种筛分过程，提出并优选理想筛面运动形式；（2）基于碰撞基础理论和离散元理论，揭示具有理想筛面运动的多维并联振动筛的物料运动规律及其机构设计与优选的定量指标体系；（3）根据优选的理想筛面运动形式、揭示的物料运动规律及机构设计与优选的定量指标，采用基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计理论和方法，综合出（2-6）维并联振动筛主机构新机型并优选，又采用遗传算法对优选的振动筛主机构进行尺度参数优化设计；（4）研制优化的并联振动筛样机并进行试验验证。本项目研究有望能有效解析多维并联振动筛的透筛过程，并提出一种面向应用的多维并联振动筛机构设计与优化方法，为其工程设计奠定科学的理论基础。

新型并联振动筛可利用并联机构的空间多维运动来提高筛分效率。但是，目前并联振动筛的筛分过程缺乏具体有效的解析，其机构设计与优选还缺乏定量指标，而这两者对于优化并联振动筛机构和提高筛分效率具有重要意义，本项目围绕这两个方面进行了研究，其研究内容以及取得的主要成果有：.(1) 基于碰撞基础理论，研究了物料颗粒与多维振动筛面的碰撞接触过程，以及颗粒在多维振动筛面上的运动状态，得到了筛面上物料颗粒的运动规律。.(2) 基于颗粒离散元素法，解析了多维振动筛面上物料的筛分机理，提出了对筛面上物料分散和分层过程影响较大的4个筛面运动量，即分别沿筛面长度、宽度和高度方向的3个移动量和1个绕筛面法线方向的转动量。.(3) 在优选振动自由度组成的各种振动形式下，研究了物料颗粒在多维振动筛面上的透筛过程，发现3平移1转动（3T-1R）的四维振动形式透筛性最好，为理想的筛面运动形式，并提出了该四维振动筛机构设计与优选的定量指标。.(4) 根据上述定量指标，采用基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计方法，综合和分析了满足理想筛面运动形式的并联振动筛主机构，并根据少输入-多输出并联机构的设计原则与方法，对机型进行了优化改进。.(5) 对优化的振动筛主机构进行了运动学和动力学分析，并基于筛分效率和驱动力矩计算，优选出合适的振动筛机构尺寸参数，最后研制了四维并联振动筛样机并进行了筛分试验。.试验结果表明：新型的四维并联振动筛在提高筛分效率、节能降噪等方面具有明显的优势；同时，由于其结构简单、装配容易，且易通过调节杆长实现参数调整，从而适用于不同的筛分物料和筛分工艺，实现一机多用，是一种适宜于产品化的振动筛。.本项目的研究成果为新型并联振动筛提供了一种基于定量指标与机构拓扑结构设计方法相结合的机构设计与优选方法，增强了其设计的有效性，为提升振动筛产品的性能奠定了技术基础。本项目的研究成果，可作为一般并联振动筛机构设计的示范，具有重要的理论意义和较好的应用价值。