基于目标跟踪技术的翻滚流屏板与颗粒材料耦合运动实验研究

《Powder Technology》：Experimental study on the coupled motion of Flip-flow screen plate and granular materials based on target tracking technology

颗粒与筛板耦合运动演化规律及调控机制研究。通过构建实验平台，结合高速成像与目标跟踪算法，定量分析了不同驱动频率下颗粒与筛板的位移、速度及加速度变化规律，揭示了相对静止、同步周期运动、分岔周期运动、混沌运动及惯性运动的演变机制，并阐明了物料负载和筛板张力对耦合运动状态的调控方法。研究表明，当驱动频率在6-15Hz范围内，降低物料负载或增大筛板张力可促进混沌运动，从而提升颗粒活性与筛分效率。

　　翻转流筛是一种在多个工业领域广泛应用的干式深度筛分设备，尤其在煤炭洗选、固体废弃物处理和金属矿石加工等场景中发挥着重要作用。其工作原理基于通过交替的弯曲和拉伸变形来产生筛板振动，从而实现对颗粒物料的有效分类和分离。然而，尽管翻转流筛技术已有55年的历史，其在实际应用中的优化仍面临一定挑战。这主要是由于对筛板大变形运动机制和物料颗粒群体运动之间相互作用的理解仍存在局限，导致难以进一步提升其筛分效率和适应性。

为了深入研究这一现象，本研究构建了一套实验平台，用于观察筛板与物料之间的耦合运动。该平台采用了高速成像技术和目标追踪算法，对筛板及物料颗粒的运动状态进行同步记录和分析。同时，为了确保追踪结果的准确性，研究团队将实验数据与加速度测量系统的数据进行了对比验证。通过对不同驱动频率下筛板与物料之间的运动演化模式进行研究，分析了颗粒运动与筛板运动之间的相互作用机制，并探讨了物料负载和筛板张力对这些运动状态的影响，从而明确了调控耦合运动的方法。

研究结果表明，在物料负载为4千克、驱动振幅为6毫米的条件下，当驱动频率在1.5赫兹至15赫兹之间变化时，物料颗粒与筛板依次表现出相对静止、同步周期运动、倍周期运动、混沌运动和惯性运动等状态。其中，混沌运动能够显著增强颗粒的活动性，有利于物料的松散和分离。在驱动频率为6赫兹至15赫兹的范围内，减少物料负载或增加筛板张力可以促进混沌运动的发生。这些发现为翻转流筛在实际应用中的优化和进一步发展提供了重要的理论依据和实践指导。

翻转流筛的工作效率不仅受到振动参数的影响，如频率和振幅，还受到物料特性以及筛板张力等因素的制约。与传统振动筛不同，翻转流筛的柔性筛板在结构上更加复杂，其弯曲变形会显著影响筛分过程的动态特性。因此，研究翻转流筛筛板与物料之间的耦合运动机制，对于理解其筛分过程至关重要。近年来，许多学者对传统振动筛中刚性筛板与物料之间的耦合运动进行了深入研究，例如，通过实验方法分析了倍周期运动对颗粒分离的影响，以及颗粒运动状态对筛分效率的调控作用。这些研究为翻转流筛的运动机制提供了参考，但仍然缺乏对柔性筛板与物料之间耦合运动的系统性研究。

在翻转流筛的实际应用中，颗粒的运动状态不仅决定了筛分效率，还影响了物料的分离效果和流动特性。因此，本研究在实验平台上进行了多方面的探索，包括构建能够同步记录筛板与物料运动的实验装置，利用高速成像技术捕捉颗粒运动的动态过程，以及采用Meanshift目标追踪算法对颗粒和筛板的运动轨迹进行量化分析。通过对这些数据的处理和分析，研究团队进一步揭示了不同运动状态下的动力学机制，并总结了通过调整物料负载和筛板张力来调控耦合运动的方法。

在实验过程中，研究团队特别关注了不同驱动频率下筛板与物料之间的耦合运动演化模式。结果显示，随着驱动频率的增加，颗粒的运动状态逐渐从相对静止过渡到同步周期运动，再进一步发展为倍周期运动和混沌运动，最终进入惯性运动状态。这一变化过程表明，驱动频率的调整在很大程度上影响了颗粒的松散程度和流动特性。在较低的驱动频率下，颗粒的运动较为缓慢，主要表现为同步周期运动，而在较高的驱动频率下，颗粒的运动变得更加复杂，出现了混沌运动，这种运动状态有助于提高筛分效率，尤其是在处理细颗粒物料时。

此外，研究还发现，物料负载和筛板张力对颗粒的运动状态具有显著影响。当物料负载较重时，颗粒之间的相互作用增强，可能导致筛板运动的稳定性下降，从而增加混沌运动的发生概率。相反，当物料负载较轻时，颗粒的运动更容易受到筛板张力的调控，从而减少混沌运动的发生。因此，在实际应用中，通过合理控制物料负载和筛板张力，可以在一定程度上优化筛分过程，提高设备的运行效率。

本研究的实验平台不仅能够同步记录筛板与物料的运动状态，还能够对这些运动进行定量分析，从而为翻转流筛的优化设计提供了重要的数据支持。通过对比分析不同驱动频率下的运动状态，研究团队进一步明确了颗粒运动与筛板运动之间的相互作用机制，并总结了影响这些运动状态的关键因素。这些发现不仅有助于理解翻转流筛的工作原理，还为今后在工业应用中进一步改进翻转流筛的设计和操作提供了理论依据。

总的来说，翻转流筛作为一种高效的筛分设备，其性能的提升依赖于对筛板与物料之间耦合运动机制的深入理解。本研究通过构建实验平台，采用高速成像技术和目标追踪算法，对颗粒的运动状态进行了系统性分析，并验证了不同驱动频率、物料负载和筛板张力对筛分效率的影响。这些研究成果不仅加深了对翻转流筛筛分过程的理解，还为未来的优化设计和工程应用提供了重要的参考价值。