提高筛选效率：一种基于柔性反弹挡板和振动翻转流筛耦合的新型双驱动协同筛选系统

《Powder Technology》：Improving screening efficiency: a novel dual-drive cooperative screening system based on flexible rebound baffle and vibrating flip-flow screen coupling

双驱动协同筛分系统（DDCSS）通过集成可弯曲反弹挡板与振动翻板筛（VFFS）提升粘性细煤筛分效率，系统研究挡板安装高度（H值）对物料运动特性及筛分性能的影响，发现优化后最大效率增益达11.01%，并实现筛长缩减至原设计的64.96%。

　　在煤炭加工过程中，筛选是一项至关重要的环节。它不仅有助于提高煤炭的质量，还能有效减少运输和使用过程中的能耗与环境污染。然而，随着机械化采煤技术的不断进步，原煤的粒径逐渐减小，同时其含水量也显著增加。这种变化使得细颗粒煤更容易黏附在粗颗粒和筛板上，形成复杂的界面粘附系统，进而导致筛孔堵塞和颗粒团聚，严重影响筛选效率。特别是在3毫米或6毫米的深度筛选过程中，这一问题尤为突出。

传统振动筛在处理这类粘性细颗粒时存在一定的局限性。其振动强度通常受限于约10克加速度，难以有效实现颗粒的分离和筛孔的疏通。近年来，振动翻流筛（VFFS）的出现显著提升了对粘性细颗粒的筛选效率，其性能远超传统振动筛。VFFS采用聚氨酯筛板，这种材料在振动过程中具有较大的变形能力，能够产生超过50克加速度的振动。通过这种方式，VFFS有效缓解了传统筛板在筛选过程中出现的筛孔堵塞问题，从而提高了整体的筛选效率。

尽管VFFS在解决筛孔堵塞方面取得了显著进展，但在物料排出端仍存在细颗粒黏附于粗颗粒的现象，表明其筛选效率仍有进一步提升的空间。为了提高粘性细颗粒的分离效率，研究者们关注于改变颗粒在筛面上的运动特性，特别是通过增强碰撞能量和碰撞频率来促进颗粒团聚的破裂。因此，本研究提出了一种创新的优化方案，即在聚氨酯筛板上方安装一定高度的柔性反弹挡板系统，从而构建出一种双驱动协同筛选系统（DDCSS）。

该系统采用与VFFS筛板相同的悬挂结构，一端固定于浮动框架，另一端连接至主框架。通过这种设计，挡板系统能够与筛板协同工作，形成一种新的筛选机制。本研究结合实验分析与数值模拟的方法，深入探讨了挡板安装高度（H值）对物料运动特性及筛选性能的影响。具体而言，研究首先分析了H值对物料在筛面上沿流动方向（x轴）和垂直方向（y轴）的运动特性的影响。随后，以提升筛选效率为目标，定量评估了H值对筛选效率的具体影响。最后，通过将传统VFFS的筛选效率作为基准，研究探讨了在实现相同筛选效率的前提下，H值优化对筛板长度的影响。

实验与模拟的结果表明，通过合理调整H值，DDCSS能够显著提高筛选性能。其中，当以提高筛选效率为主要目标时，系统可以实现高达11.01%的效率提升。此外，当以优化筛板长度为研究重点时，H值为120毫米时，系统能够达到与2624毫米无挡板筛板相同的筛选效果，从而将筛板长度缩减至原长的64.96%。这一发现不仅为提高筛选效率提供了新的思路，也为优化能源利用效率带来了重要的启示。

DDCSS的引入为传统VFFS框架带来了突破性的改进，有效解决了粘性细颗粒在筛选过程中面临的挑战。该技术的核心在于通过挡板系统的协同作用，改变物料在筛面上的运动模式，从而增强其分离能力。挡板的安装高度是影响系统性能的关键参数，通过系统的优化设计，能够实现更高的筛选效率和更短的筛板长度。这不仅降低了设备的制造成本，还减少了能源消耗，为煤炭加工行业带来了显著的经济效益和环境效益。

从设备结构来看，传统的VFFS主要由主框架、浮动框架、振动激振器、聚氨酯筛板以及剪切弹簧等核心部件组成。其中，剪切弹簧的作用是将主框架的振动能量传递至浮动框架，使得筛板能够在一定范围内自由振动。这种双质量结构的设计，有助于提高筛板的灵活性和振动效果，从而增强对细颗粒的筛选能力。然而，在实际操作中，筛板的振动强度仍然受到一定限制，尤其是在处理高粘性物料时，传统的振动方式难以满足高效分离的需求。

为了进一步提升筛选效率，本研究引入了柔性反弹挡板系统。该系统通过改变物料在筛面上的运动轨迹，增强其跳跃频率和碰撞能量，从而促进颗粒团聚的破裂。挡板的安装高度是影响其性能的重要因素，不同的H值会导致物料在筛面上的运动特性发生变化。例如，当H值较小时，挡板对物料的引导作用较弱，物料可能在筛面上的运动更为分散，难以形成有效的跳跃。而当H值增大时，挡板对物料的引导作用增强，有助于形成更为集中的跳跃运动，从而提高分离效率。

通过实验和数值模拟的结合，本研究系统地分析了H值对物料运动特性及筛选性能的影响。实验部分主要通过观察和测量物料在不同H值条件下的运动轨迹和分离效果，验证了挡板系统对筛选效率的提升作用。数值模拟则利用离散元法（DEM）和有限元法（FEM）的耦合方法，对筛板的振动行为和物料的动态特性进行了深入分析。其中，DEM主要用于模拟粘性细颗粒的运动行为，而FEM则用于分析筛板的变形和振动特性。通过这种耦合方法，研究能够更准确地预测挡板系统对筛选效率的影响，并为实际应用提供理论支持。

在实验和模拟过程中，研究者们发现，H值的优化不仅能够提高筛选效率，还能有效缩短筛板长度。这一发现对于煤炭加工行业的设备设计和优化具有重要意义。传统VFFS的筛板长度较长，这不仅增加了设备的体积和成本，还可能影响其在实际生产中的应用。通过合理调整H值，可以在不牺牲筛选效率的前提下，显著减少筛板的长度，从而降低设备的整体能耗和运行成本。

此外，本研究还探讨了DDCSS在其他类似物理特性的颗粒筛选中的潜在应用。由于DDCSS的原理适用于多种粘性颗粒的处理，因此该技术可以被推广至其他领域，如化工、冶金和食品加工等。这为相关行业的筛选技术优化提供了新的思路和方法，具有广泛的应用前景。

总的来说，本研究通过引入柔性反弹挡板系统，对传统的VFFS进行了创新改进。通过对H值的系统分析和优化，不仅提高了筛选效率，还实现了筛板长度的显著缩短。这些成果为煤炭加工行业的高效筛选提供了新的技术方案，同时也为其他领域的颗粒处理技术带来了重要的参考价值。未来的研究可以进一步探索不同类型的物料在DDCSS下的表现，以及如何通过其他参数的调整来进一步优化系统的性能。