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弛张筛面运动学特性与3mm筛分过程参数优化

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煤炭工程 2021年第10期53卷 166-170页

作者：李明石建光康永飞孙银辉潘淼国能包头能源有限责任公司煤炭洗选中心内蒙古鄂尔多斯017000 中国矿业大学江苏徐州221116

针对粘湿动力煤3mm干法筛分效率低、筛面使用寿命短等问题,开展了弛张筛面结构设计、运动学特性测试与3mm筛分过程参数优化研究。利用振动测试技术分析了弛张筛内外筛框与筛面的运动学时频特性,优化了筛面材料配方与结构设计,研制了变... 详细信息

针对粘湿动力煤3mm干法筛分效率低、筛面使用寿命短等问题,开展了弛张筛面结构设计、运动学特性测试与3mm筛分过程参数优化研究。利用振动测试技术分析了弛张筛内外筛框与筛面的运动学时频特性,优化了筛面材料配方与结构设计,研制了变厚度横截面弧形过渡筛面,探究了工作频率和处理能力对筛分效果的影响规律。结果表明:筛面材料配方与结构优化后,筛面中心点y方向振动强度由36.50g降至21.63g,显著降低了筛上料群的运动速度,延长了筛分时间,使用寿命超过6个月。随工作频率的增加,筛分效率呈现先增加后降低的趋势,随处理能力的增加,筛分效率呈现减小趋势。当频率为9.33Hz,处理能力为400t/h时,3mm筛分效率达92.85%,煤泥脱除率达到95.67%,与原筛面相比,筛分效率提高了11.18个百分点,实现了选煤厂煤泥减量生产。

关键词：弛张筛粘湿动力煤运动学特性 3mm筛分

基于DEM弛张筛面与颗粒群双向耦合的动态特性

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煤炭学报 2019年第6期44卷 1930-1940页

作者：张新武兵牛蔺楷熊晓燕董致新太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024

颗粒和弛张筛筛面的双向耦合可以为筛机的系统动力学分析提供更加可靠的参考依据,但利用离散元软件EDEM和动力学仿真软件RecurDyn在进行联合仿真时,EDEM不支持柔性体的计算。为了模拟弛张筛面和物料的动态特性,提出了线性分段插值的方... 详细信息

颗粒和弛张筛筛面的双向耦合可以为筛机的系统动力学分析提供更加可靠的参考依据,但利用离散元软件EDEM和动力学仿真软件RecurDyn在进行联合仿真时,EDEM不支持柔性体的计算。为了模拟弛张筛面和物料的动态特性,提出了线性分段插值的方法对筛板进行近似柔性化处理。首先计算了近似柔性筛面中点在静止状态和内死点时的挠度和筛孔收缩率,并和悬链线柔性筛面的相对误差进行比较,证明了近似柔性化方法的可行性。然后基于所建立的近似刚柔耦合模型,研究了偏心块质量,筛面倾角和入料粒度组成对筛分效率、生产率和颗粒速度等筛分性能指标的影响。结果表明:筛分效率,生产率和颗粒速度等筛分性能指标与偏心块质量,筛面倾角和入料粒度组成等参量之间均为非线性关系。筛分效率随着偏心块质量、筛面倾角和入料粒度含量的减小而增加;生产率随着偏心块质量的增加而减小,而生产率与筛面倾角、入料粒度含量之间的关系却相反,但难筛颗粒含量为25%时生产率最低,此外,为了考虑筛分效率和生产率同时达到最优,偏心块质量应取为0.5m0;颗粒运动速度随着偏心块质量和筛面倾角的增加呈递增趋势,但受入料粒度组成的影响较小。研究为进一步揭示潮湿细粒煤的运动规律和弛张筛筛面的动力学分析提供了思路。

关键词：弛张筛筛分效率近似柔性化动态特性双向耦合

双层直线振动弛张筛动力学特性与结构优化研究

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双层直线振动弛张筛动力学特性与结构优化研究

作者：董琪中国矿业大学

学位级别：硕士

目前煤炭在我国的能源储量、能源种类以及能源消费结构组成中依旧处于主体地位,其关系到国家能源安全,是国家经济命脉。在“碳达峰”、“碳中和”的国家战略背景下,煤炭的清洁和高效利用有了更高的标准。弛张筛凭借筛分效率高、不易堵... 详细信息

目前煤炭在我国的能源储量、能源种类以及能源消费结构组成中依旧处于主体地位,其关系到国家能源安全,是国家经济命脉。在“碳达峰”、“碳中和”的国家战略背景下,煤炭的清洁和高效利用有了更高的标准。弛张筛凭借筛分效率高、不易堵塞等优点,被广泛应用在原煤的分级、脱水、脱泥等工序。但弛张筛在激振力、惯性力和物料冲击力等多重载荷作用下,容易出现筛框稳定性差、侧板开裂等失效行为。传统的静态设计方法难以满足弛张筛日渐提升的性能要求。针对这些问题,本文采用机械动力学理论和有限元分析相结合的方法,对双层直线振动弛张筛展开参数计算、有限元仿真及结构优化研究。主要研究工作如下:首先介绍双层直线振动弛张筛的工作原理和结构组成,并根据筛分需求对弛张筛的工作参数进行选取和计算;基于集中质量法建立弛张筛力学模型,利用牛顿第二定律构造振动微分方程并进行数值求解,得到弹簧刚度、三阶固有频率以及幅频特性曲线,并验证弛张筛工作参数的合理性;通过Simulink对弛张筛振动系统进行数值仿真,得到弛张筛的时域特性曲线,验证弛张筛振幅满足工作要求。考虑螺栓对弛张筛刚度的弱化作用,将螺栓结合部简化建模方法引入弛张筛的有限元分析中,建立双层直线振动弛张筛的有限元模型并进行模态分析,得到十四阶振型和固有频率,验证弛张筛不会发生共振;通过谐响应分析得到弛张筛整机及关键零部件的变形与应力分布状况,验证筛体结构满足强度要求。基于螺纹几何形状的数学表达式,采用节点编辑法建立激振梁与侧板螺栓连接结构的简化有限元模型;对横向简谐载荷作用下的激振梁螺栓进行振动有限元仿真,分析螺栓的应力、应变、残余预紧力、滑移曲线以及接触应力等,验证螺栓能满足工作要求;针对激振梁螺栓的松动问题,采用控制变量法探讨不同初始预紧力、振动幅值、摩擦系数、振动频率作用下激振梁螺栓的松动规律。根据结构优化设计理论并结合弛张筛使用情况,以弛张筛的质量、侧板和加强梁的应力作为目标函数建立优化数学模型;在弛张筛模态与静力学仿真的基础上,以侧板、梁的截面尺寸和加强梁的位置尺寸为设计变量,采用中心组合设计方法进行试验设计,利用二次多项式拟合得到响应面;对输出变量进行局部灵敏度分析和响应面分析,得到设计变量与目标函数之间的响应关系;采用多目标遗传算法进行响应面优化求解,优化后弛张筛质量减小了6.10%、侧板和加强梁应力分别降低了26.49%、33.31%,较好地达成了预期优化目标。本文含图100幅,表15个,参考文献120篇。

关键词：弛张筛有限元分析激振梁螺栓结构优化

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耦合激励下的弛张筛面的动力学特性

中南大学学报（自然科学版） 2021年第12期52卷 4201-4209页

作者：陈宝兴徐宁宁林冬冬王新文中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

提出一种新的筛面动力学研究方法,探究纵向−横向耦合激励作用下的弛张筛面的振动特征。首先,建立受到纵向−横向耦合激励下的弦振动模型;其次,建立筛面振动的能量方程,利用Hamilton原理建立振动的偏微分方程,用有限元法将偏微分方程转化... 详细信息

提出一种新的筛面动力学研究方法,探究纵向−横向耦合激励作用下的弛张筛面的振动特征。首先,建立受到纵向−横向耦合激励下的弦振动模型;其次,建立筛面振动的能量方程,利用Hamilton原理建立振动的偏微分方程,用有限元法将偏微分方程转化为常微分方程,并用MATLAB求得数值解;第三,利用ABAQUS建立筛面振动的仿真模型,并导出模拟结果,与理论计算结果对比验证理论的正确性;最后,研究筛面在纵向−横向耦合激励作用下的动力学特性,并分析不同横向激励对筛面横向振动的影响。研究结果表明:在耦合激励作用下,弛张筛面在纵向与横向上均作近似周期振动,且横向激励对弛张筛筛面振动有较大影响;随着横向激励增大,筛面中点处横向振幅由27.43 mm增大到54.25 mm,振动周期由0.21 s减小到0.10 s,加速度则由10.3g增加到43.6g,筛面的振动强度显著增强。

关键词：弛张筛筛面耦合激励 Hamilton原理

弛张筛筛面形貌对潮湿细粒煤筛分效果的影响研究

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弛张筛筛面形貌对潮湿细粒煤筛分效果的影响研究

作者：曹荣太原理工大学

学位级别：硕士

在动力煤深度筛分设备中,具有弹性筛面的弛张筛可为物料提供30-50g的抛射加速度,有利于细粒煤充分透筛,因此广泛用于煤炭的深度分级作业。然而在实际筛分过程中,由于开采出的原煤具有一定的外在水分,导致细粒煤粘结成团,若湿煤聚团未被... 详细信息

在动力煤深度筛分设备中,具有弹性筛面的弛张筛可为物料提供30-50g的抛射加速度,有利于细粒煤充分透筛,因此广泛用于煤炭的深度分级作业。然而在实际筛分过程中,由于开采出的原煤具有一定的外在水分,导致细粒煤粘结成团,若湿煤聚团未被及时解聚,容易形成错配物,恶化筛分过程。为了加大弛张筛筛面对湿煤聚团的碰撞解聚程度,提高筛分效率,本文利用离散元数值模拟及试验研究分析了弛张筛筛面形貌对潮湿细粒煤筛分效果的影响,得出采用合理的筛面形貌可以增大湿煤聚团的破碎打散程度,有利于加大物料运动的复杂性和多样性,从而提高筛分效率的结论,具体研究内容如下:（1）基于离散元理论,对EDEM应用编程接口中的颗粒体积力和颗粒工厂插件进行编译,建立由多种粒度颗粒组成的湿煤聚团模型,为弛张筛筛分模拟提供更合理的聚团模型。（2）对弛张筛筛面形貌提出参数化建模思想,将其参数化为形状参数和间隔参数。采用有限元显示动力学算法,对单个煤颗粒在不同形状参数筛面上的碰撞应力进行计算,得出有利于聚团破碎的最优形状参数。在最优形状参数下,通过EDEM-Recur Dyn联合仿真模拟了湿煤聚团在不同间隔参数筛面上的筛分过程,并基于灰色决策理论对仿真结果进行分析,得出单因素条件下的最优间隔参数,进而得出形貌筛面的最优参数。（3）基于上述研究,模拟了物料群在最优形貌和无形貌筛面上的筛分过程,通过对筛面上物料的筛分状态、筛分效率、粘结残量、颗粒平均速度以及颗粒运动轨迹进行分析,结果表明最优形貌筛面有助于提高弛张筛的筛分效率,加大湿煤聚团的解聚程度,增加物料运动的复杂性,进而证明通过采用合理的筛面形貌来提高弛张筛筛分效率是可行的。（4）设计并搭建弛张筛原理试验台,对最优形貌和无形貌筛面上潮湿细粒煤物料群和湿煤聚团的筛分进行试验,并对筛分结果进行统计分析与对比,试验结果表明,与无形貌筛面相比,最优形貌筛面可提高物料群的筛分效果,增大湿煤聚团的破碎解聚程度,降低筛上产物中错配物含量,进一步验证了所选最优筛面形貌模型的可行性和可靠性。本文的研究工作和结论可为弛张筛的优化设计提供一定的理论参考依据。

关键词：弛张筛离散元筛面形貌湿煤聚团筛分效率参数化设计联合仿真

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弛张筛在我国选煤厂的应用及选择建议

煤炭加工与综合利用 2022年第4期 59-62页

作者：卫玉花国能经济技术研究院有限责任公司北京102200

概述了弛张筛的定义及在选煤厂应用的类型、作用和生产厂商,介绍了不同类型弛张筛在选煤厂应用的典型案例,对不同弛张筛的筛分效率和经济性进行对比,同时以大柳塔选煤厂大井系统改造为例,给出了弛张筛选型的合理建议。

关键词：选煤厂弛张筛筛分效率经济性

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弛张筛筛板与颗粒碰撞行为研究

弛张筛筛板与颗粒碰撞行为研究

作者：唐弦太原理工大学

学位级别：硕士

煤炭的开采中,煤炭一般具有一定的水分且细粒煤炭含量较高,导致了煤炭在筛分过程中会发生黏附成团和堵塞筛孔的现象,进而造成筛分环境恶化及筛分效率降低。弛张筛独特的聚氨酯筛板与相互交错的弛张运动,使筛面上运动的物料得到较大的抛... 详细信息

煤炭的开采中,煤炭一般具有一定的水分且细粒煤炭含量较高,导致了煤炭在筛分过程中会发生黏附成团和堵塞筛孔的现象,进而造成筛分环境恶化及筛分效率降低。弛张筛独特的聚氨酯筛板与相互交错的弛张运动,使筛面上运动的物料得到较大的抛射强度,能有效的实现潮湿细粒煤炭的筛分。目前对湿煤聚团与弛张筛筛板碰撞解聚的研究较为缓慢,为兼顾湿煤聚团的解聚与筛板的使用寿命,本文基于聚团筛分试验建立湿煤聚团离散元模型,并对筛板进行建模与动力学分析,然后建立离散元-动力学联合模拟并结合试验研究分析湿煤聚团与弛张筛筛板的碰撞解聚机理,并通过改变参数分析其影响因素。具体研究内容如下:(1)将一定质量的干燥原煤加水制备成质量含水量为10.5%的潮湿原煤,确定聚团结构并选取若干整体尺寸相近的湿煤聚团,干燥后用多层套筛进行筛分,统计聚团中心大颗粒和不同粒径范围的小颗粒的质量,再利用排水法测定煤的密度;基于实验数据与颗粒液桥力接触模型,并利用EDEM及其二次开发功能,建立更加模拟实际情况的中心非球形颗粒与非等径小颗粒粘结而成的湿煤聚团离散元模型,为湿煤聚团与弛张筛筛板碰撞分析提供合理的湿煤聚团模型。(2)通过对弛张筛筛面力学模型的分析,计算相邻两筛框的最大间距,结合弛张筛运动特性确定了筛板模型参数,及结构和运动参数的参考范围。建立柔性筛板模型,使用ANYSY Workbench分析了弛张筛筛面扰曲、应力的变化与分布规律,及速度与加速度最大时的分布规律,为后续联合仿真的参数设置提供了参考依据。(3)建立EDEM-RecurDyn联合仿真模拟湿煤聚团与柔性体弛张筛筛板碰撞解聚过程,对比分析了聚团与静止筛板和弛张筛板的碰撞解聚机理,结果表明湿煤聚团的解聚过程主要分为开始解聚阶段、快速解聚阶段、趋于稳定状态,柔性弛张筛板对聚团的碰撞解聚具有明显的增强作用。设计并搭建弛张筛原理试验台,将制备的湿煤聚团与静止筛板和弛张筛板进行碰撞,通过高速摄像机观察团聚体的碰撞解聚,试验与仿真结果具有良好的一致性,在一定程度上验证了仿真的有效性,并结合试验与仿真进一步分析湿煤聚团的解聚行为。(4)基于EDEM-RecurDyn联合仿真研究了不同偏心距,转速与小颗粒重力对湿煤聚团碰撞解聚的影响,并分析了聚团中不同粒径颗粒的解聚情况;结果表明在合理范围内增大弛张筛转速与偏心距能有效提高湿煤聚团的解聚程度和解聚速度,解聚程度随着小颗粒重力的增大而增大,细微颗粒的粘结是阻碍湿煤聚团解聚的主要因素。

关键词：弛张筛离散元法湿煤聚团筛面动力学联合仿真碰撞解聚

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弛张筛颗粒碰撞运动行为研究

弛张筛颗粒碰撞运动行为研究

作者：翟酉湘太原理工大学

学位级别：硕士

筛分潮湿细粒煤炭散体物料时,颗粒粒度较小同时受到所含水分的黏附作用,导致潮湿细粒煤黏附在一起形成聚团,或是黏附在筛板上堵塞筛孔,降低了筛分效率。为了解决这些问题,经过多年时间的科学研究,弛张筛成为潮湿细粒煤干法筛分最有效的... 详细信息

筛分潮湿细粒煤炭散体物料时,颗粒粒度较小同时受到所含水分的黏附作用,导致潮湿细粒煤黏附在一起形成聚团,或是黏附在筛板上堵塞筛孔,降低了筛分效率。为了解决这些问题,经过多年时间的科学研究,弛张筛成为潮湿细粒煤干法筛分最有效的分级设备,由于弛张筛采用柔性筛板替代了传统筛分设备的刚性筛板,并通过筛板的弛张运动,使得筛面物料获得很大的抛射强度,但是也造成筛板易疲劳老化等问题。目前对于湿煤聚团在弛张筛面上的运动行为解聚机理等研究发展较为缓慢,为了在保证筛分效率的同时降低抛射加速度提高筛板使用寿命,研究湿颗粒聚团在筛面上的碰撞解聚行为具有重要的现实意义。本文首先根据液桥理论,通过液桥几何形貌计算了两异径颗粒间液桥体积、表面积与保证液桥稳定的液桥极限距离等关键参数,根据液桥体积计算了液桥在拉伸断裂过程中的静态与动态液桥力,进而得到了颗粒间液桥分离能量的力学计算方法。利用液桥表面积得到了颗粒间液桥分离能量的热力学计算方法。通过离散元软件建立了湿煤颗粒聚团模型,通过三维软件建立了弛张筛原理模型,选择适当的筛板运动参数,采用多体动力学软件建立了柔性筛板模型,通过离散元-多体动力学联合仿真模拟了湿颗粒聚团与柔性筛板的碰撞解聚过程。分析了湿颗粒聚团与筛板的碰撞解聚行为。并且分析了碰撞过程中,碰撞速度,碰撞角速度,与筛板接触角度等初始条件对聚团解聚程度的影响以及聚团粘结强度与解聚能量消耗的关系。最后分析了湿煤聚团的解聚透筛行为。仿真结果表明:（1）粘结的破坏区域首先发生在聚团与筛面的接触区,随后由下而上,由中心向四周扩散。在碰撞速度较小的情况下,由于聚团顶部小颗粒距离碰撞区较远,往往不能充分解聚,而形成二级聚团。（2）碰撞后聚团的解聚程度随着碰撞速度的增大而增大。聚团的解聚程度随着筛板倾斜角度的增大而减小。增大聚团的旋转速度有助于聚团的碰撞解聚。（3）湿煤聚团的透筛效率在碰撞瞬间达到最大,碰撞完成后,聚团颗粒的透筛主要依靠筛板的弛张运动。最后利用弛张筛原理样机试验台,采用高速摄像机拍摄了潮湿细粒煤颗粒聚团的碰撞解聚行为,实验结果与仿真中聚团的碰撞解聚模式表现出了很好的一致性。文中构建的潮湿细粒煤聚团离散元模型能够较好的反映湿煤聚团碰撞解聚时的真实情况。最后对通过液桥粘结的颗粒在筛板激励作用下的液桥分离能量进行实验分析。将实验测得的分离能量与理论计算结果进行对比。

关键词：碰撞解聚离散元液桥弛张筛

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弛张筛筛面形貌对湿煤聚团筛分影响的研究

机械设计与制造 2021年第12期370卷 1-4,8页

作者：曹荣熊晓燕牛蔺楷张新太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

为设计出更高筛分效率的弛张筛,研究了筛面形貌对湿煤聚团筛分的影响。首先对筛面形貌进行参数化建模,然后利用有限元显示动力学分析了单颗粒与不同形貌筛面冲击碰撞下的应力大小,进而对形状参数进行优化。采用近似柔性化方法实现筛板... 详细信息

为设计出更高筛分效率的弛张筛,研究了筛面形貌对湿煤聚团筛分的影响。首先对筛面形貌进行参数化建模,然后利用有限元显示动力学分析了单颗粒与不同形貌筛面冲击碰撞下的应力大小,进而对形状参数进行优化。采用近似柔性化方法实现筛板的弛张运动,并在最优形状参数下利用EDEM-RecurDyn联合仿真模拟不同间隔参数筛板对湿煤聚团的筛分过程,分析了不同凸起间隔对筛上物颗粒数量,粘结键数量和筛分时间的影响。结果表明,改变筛面形貌有助于加大湿煤聚团的破碎程度,提高筛分效果。该结论可为弛张筛的设计及优化提供一定的理论基础。

关键词：弛张筛形貌设计 EDEM 联合仿真参数优化