非平面筛面并联运动振动筛筛分机理与设计理论的研究

振动筛是一种广泛运用于原料分级的重要基础装备，现有振动筛筛分效率较低、能耗大等问题一直未能得到很好的解决。本课题突破现有振动筛平面型筛面加激振器驱动的设计理念,提出并研究采用非平面筛面加并联机构驱动的新型振动筛,用并联机构的多维运动实现非平面筛面的三维透筛性。1）根据物料透筛运动的自适应原理，研究高效筛分的筛面透筛方向维数及其与驱动机构空间运动维数的关系，建立物料三维透筛运动学模型和筛分动力学模型;2）根据CRBR法研究并设计非平面筛面曲面结构与形状，及其几何参数变化规律与筛面振幅和频率的关系；3）根据有序单开链并联机构机型设计理论，综合一、二、三自由度并联机构新机型和尺度，研制变拓扑非平面筛面并联振动筛样机，进行筛分性能实验研究。最终，揭示这种新型振动筛的三维高效透筛筛分机理和设计理论，为其研制与应用奠定理论基础，这对提高筛分效率与节能降耗具有重要意义，并充实发展筛分理论。

振动筛是一种广泛运用于原料分级的重要基础装备，传统振动筛筛分效率低（80%左右）、能耗大等问题一直未能得到很好地解决。本项目突破传统振动筛一贯使用的偏心轮激振器驱动加平面型筛面的设计思想,提出并研究了并联机构驱动加非平面筛面的新型振动筛(以下简称: 非平面筛面并联振动筛),意在用并联机构的空间多维运动去实现非平面筛面的三维透筛性（克服传统振动筛的一维运动只能实现平面筛面具有的一维透筛性的缺点）,以提供良好的透筛环境，达到以较小的能量实现高效筛分的目的。主要研究内容包括:（1）根据颗粒物料运动的自适应原理，探讨了高效筛分的驱动机构空间运动维数与筛面透筛方向维数之间的关系，建立了物料三维透筛的运动模型;（2）根据基于事例和规则推理（CRBR）的方法，提出并设计了凹坑型、凸柱型、波浪型三种非平面筛面的曲面结构与形状，用实验方法得到了非平面筛面结构几何参数与筛分效率的关系；（3）根据基于方位特征集（POC）和序单开链(SOC)的并联机构拓扑结构设计理论和方法，综合出了二、三、六自由度并联机构新机型31种，为多自由度并联运动振动筛的机型优选和工程设计奠定了较好的机型基础；（4）研制了300×600、400×800两种规格的非平面筛面并联运动振动筛实验样机，及基于400×800并联运动振动筛的连续筛分系统装置；（5）在研制的实验样机和系统装置上，分别就集中给料和连续上料两种情况，进行了并联运动振动筛本身的筛分性能实验研究，及其与传统直线振动筛的筛分性能的比较实验研究。得到的重要结论是：并联机构振动筛与非平面筛面组合，比传统的直线筛加平面筛面，筛分效率约提高15％（达95%），透筛率均提高约46％，筛分效果好，生产效率高，这是因为具有三维空间运动的并联机构实现了非平面筛面的三维透筛性,同时又由于非平面筛面的有效筛分表面积增加。项目从理论分析和实验研究两方面，揭示了这种新型振动筛的三维高效透筛筛分机理，初步建立了其设计理论和方法，也证实了项目申请时所提出的大胆猜想和设计理念,所设计的并联运动振动筛的性能达到了预期的筛分效果，为研制其系列产品及推广应用奠定了较好的理论基础。这对筛分机械行业提高筛分效率与节能降耗具有重要意义，还充实发展了物料筛分理论，同时，拓展了并联机构新的应用领域。