我國振動篩理論研究及技術應用進展*

趙環帥

(中國礦業大學(北京) 化學與環境工程學院，北京100083)

0 引言

篩分作業是現代礦物加工行業中的關鍵環節。振動篩是篩分作業的主要設備，主要用于各種物料的分級、脫水、脫泥及磁選介質回收等[1]。近些年伴隨著我國工業的快速發展，振動篩在礦山、化工、石油、煙草、醫藥、冶金、糧食及建材等領域得到了廣泛應用[2-3]。同時在國家相關政策的扶持與鼓勵下，經過科研院所及生產制造企業的不懈努力，我國振動篩行業無論在理論研究，還是在技術應用方面都取得了長足的進步。本文綜述了近年來我國振動篩理論研究及技術應用的進展，對我國振動篩在理論研究與技術應用中存在的一些問題提出了相應的對策和建議，同時結合我國振動篩行業面臨的新形勢，對其發展方向進行了展望，以期為我國振動篩行業的健康快速發展提供借鑒。

1 振動理論研究

1.1 線性振動理論

目前，我國振動篩中應用最廣泛的是慣性振動篩，其一般由激振器、篩箱、隔振彈簧、傳動裝置、電動機等組成[4]。在激振器的作用下，篩箱產生直線軌跡、圓軌跡、橢圓軌跡、復合軌跡的往復線性振動，振動頻率遠離于篩機本身的固有頻率，振幅平穩。目前，慣性振動篩一般采用線性振動理論進行設計，并通過線性振動計算振動強度、拋射強度、振幅、頻率等主要技術參數。對于慣性振動篩主要技術參數的確定原則及相互關系的研究已比較成熟，相關的研究成果較多，但是由于慣性振動篩在制造、裝配、生產等過程中不可避免地存在非線性振動，因此線性振動理論往往存在一定的局限性。今后應突破傳統的線性振動理論，重點研究符合實際的線性與非線性隨機振動理論[5]。

1.2 非線性振動理論

振動篩運行過程中會存在相鄰部件連接面的接觸、偏心質量激勵、結構大變形、物料沖擊與非線性彈簧支撐等許多非線性環節。振動篩固有的非線性因素及參數的變化會產生混沌振動、分叉與突變等非線性動力學現象。對于強非線性振動系統，振動特征表現為某些隨機性，且一般受系統特性、參數變化與工作條件的影響，理論分析很難得到準確結果。在進行傳統分析時，往往將振動篩所有相關動力學參數視為確定性的量，而對于生產運行過程中出現的某些結構破壞因素，若依然采用線性模型或線性系統進行分析、設計、監測與故障診斷，就容易忽略與系統特性密切相關的非線性特性，從而出現各種錯誤。同時這些行為的發展和加強，也可能引起振動篩的局部破壞，從而使振動篩失去正常功能，造成較大的經濟損失。

目前，有些國內學者結合隨機動力學理論與有限元方法，在考慮結構參數與激勵參數隨機性的基礎上建立了振動篩隨機動力學模型，以研究振動篩隨機響應的變異性及振動篩的振幅和動應力變異性[6]。但從總體上看，有關振動篩非線性振動特性方面的研究成果相對較少，因此開展有關非線性動力學建模，非線性動力學分析，工作條件下的振動測試、系統辨識、參數估計，非線性系統和結構的混沌振動、突變、分叉及其特征分析和運行參數控制等的動態設計理論與應用技術研究，揭示實際存在的諸多非線性因素對振動篩動力學特性及其響應產生的影響，具有非常重要的實用價值與理論意義。

1.3 共振理論

共振篩出現于20世紀20年代，并于20世紀中期正式用于工業生產，主要特點是工作頻率接近系統的固有頻率，可依靠較小的激振力驅動較大面積或質量的篩箱。我國對于共振篩理論的研究主要集中于20世紀前后，例如：陳予恕等[7-8]在20世紀90年代初就開始采用理論分析與實驗相結合的方法，研究大型雙質量非線性共振篩動力學系統，確定了非線性共振篩動力學研究的基本方向；張功學等[9]從影響共振式機械固有頻率各因素的隨機性、激振頻率的隨機性及共振準則的模糊性出發推導出了表達共振區模糊子集的隸屬函數，并推導出了共振式機械結構系統模糊可靠度的計算公式；楊帥等[10]采用剛體動力學基本理論，構建了32 m2雙層雙質體非線性共振篩動力學模型，并對其工況特性進行了比較分析；辛曉輝等[11-12]在雙層共振篩強度計算過程中，針對各種慣性力難以施加的問題，提出了一種計算上下篩體強度的有限元特殊建模技術，并對30 m2雙層非線性共振篩模態進行了計算及動態性能評價；李春友[13]通過建立有限元計算模型，在設計階段對一種新型32 m2異線性雙層振動篩進行了模態計算，并對測試得到的數據進行了傳遞函數分析，得到了合適的振動篩工作頻率范圍。

從總體上看，目前研究的共振篩主要為篩機整體共振，雖然已有共振篩在生產現場使用的相關報道，但由于其結構復雜、設計和制造精度要求高、操作與調試難度大、容易受物料量變化的影響等，因此尚未在國內得到較大范圍的推廣與使用。為了克服整體共振的缺點，近年國內學者針對局部共振、疊層共振、篩網共振、雙質體共振等進行了研究，但成果較少，有待進一步探索。然而由于共振篩具有突出的節能優點，符合未來節能環保的發展趨勢，因此具有廣闊的應用前景[14]。綜上所述，根據現代共振理論的最新研究成果，開展共振篩理論與技術研究，對開發新型共振結構，提高其可靠性、性能穩定性及工藝效果具有重要意義。

1.4 反共振理論

反共振是在一定的條件下使篩機的某些部件振幅最小或者處于靜止狀態。由于振動篩的結構復雜，在進行頻響函數測試時，往往出現虛假模態和模態遺漏現象，反共振理論可以通過峰值和相位圖有效解決這些問題。近年國內學者對反共振的理論及其應用開展了相關研究，例如：劉杰等[15]在振動利用工程領域引入反共振理論，提出了3種新型的反共振振動機械，并用機械阻抗法進行了動態分析；黃志超等[16]將反共振理論應用于振動給料機的設計，取得了較好的給料效果；韓運俠[17]分析了兩自由度受迫振動，研究了反共振現象；龔善初[18]研究了兩自由度系統的模態響應，分析了振幅比與頻率比、彈簧剛度比的關系；劉杰等[19]基于振幅穩定的原點反共振振動機的動力學分析，建立了原點反共振振動機的動力學模型，研究了反共振點的漂移情況；楊晨等[20]以反共振理論為基礎，設計了一種新型反共振振動篩；焦春旺等[21]以忽略參數波動為前提，研究了雙質體反共振系統；李盟等[22]對慣性往復振動篩進行了反共振設計，根據兩自由度振動系統反共振的條件，確定了隔振彈簧的剛度。

由于反共振點處振幅不穩定，且存在物料量變化、電機不同步、激振力偏離質心等影響因素，所以反共振篩在運行過程中往往不穩定，限制了其發展，但是由于反共振篩相比傳統振動篩可以減輕整機質量、降低成本、提高使用壽命和可靠性，且不需要額外的減振裝置，因此發展前景可期。將反共振理論研究成果應用于現有共振篩的結構改進與新型反共振篩的設計，以及應用于其他類型振動篩的故障診斷、噪聲消除及隔振等，具有良好的推廣應用前景。

2 篩分機理及方法研究

2.1 篩分機理

從直觀角度看，篩分作業是一個簡單的物料分離過程，但在實際的工業性應用中，物料在振動篩上的運動規律極為復雜。傳統方法對篩分機理的研究往往將篩分物料在篩面上的運動簡化為一個顆粒在篩面上的運動，以此計算物料的各種理論運動學參數，主要包括定常運動理論、混沌運動理論與料層振動理論等運動學參數。定常運動理論運動學參數應用較多，但是由于其忽略了顆粒與篩面間的碰撞效應，理論計算結果往往與實際不符；混沌運動理論運動學參數雖然考慮了顆粒與篩面間的碰撞效應，但研究僅局限于顆粒與篩面間的正碰撞，對生產實際的指導作用仍需要進一步探索；料層振動理論運動學參數由于力學模型建立和數學計算極其復雜，在工程實際中難以應用，目前尚未得到重視[23]。

近年國內學者開展了物料在各種振動篩篩面上的運動規律研究，其中針對物料在直線振動篩上的運動用顆粒跳動理論分析得出，篩分物料運動分為顆粒跳動與粒群碰撞；針對物料在橢圓振動篩面上的運動分析得出，長軸強化了物料的輸送，短軸促進了物料的松散；針對物料在旋轉篩面上的運動通過對單顆粒物料的運動分析，提出了空間螺旋運動及臨界滑移與臨界拋擲半徑等概念，在考慮粒群的影響下，研究了物料的拋擲指數、振幅與篩面的拋擲指數、振幅的關系，以及粒群的理論平均速度的運動學參數。同時研究了同一粒級在不同傾角篩面上的透篩概率[24]，通過混沌運動理論，對單顆粒在篩面上的運動進行了深入研究，發現顆粒在篩面上的運動是非線性的[25]；研究了單顆粒透篩概率理論中實際與理論透篩概率的關系，并深入研究了篩分物料的分層透篩過程，提出了粒群沿篩長方向的透篩概率分布模型，同時以篩分過程的概率理論為基礎建立了實用概率篩分模型[26-29]；此外還研究了潮濕細粒物料在普通振動篩篩面上積聚的原因和黏附機理以及黏附力、黏附厚度的影響因素，進行了潮濕細粒物料和干燥細粒物料篩分對比試驗，提出了計算潮濕細粒物料黏附力的數學模型及解決篩孔堵塞的方法[29-30]。

從總體上看，目前許多篩分理論研究主要注重篩分結果，而非將篩分過程作為重點。雖然已有學者提出了有關物料群顆粒碰撞運動、物料分層、物料透篩概率、物料顆粒堵孔等方面的篩分理論，但是篩分基礎理論的研究仍滯后于生產實踐，許多篩分理論還處于假說與實驗階段，現有理論很少涉及定量的數學計算及論證，大多為定性表述及敘述性推論，尚未對篩分過程給出較為合理的解釋。因此，加強篩分機理的研究，深入了解篩分過程，也是未來的重要研究方向。

2.2 篩分方法

目前，較為成熟的篩分方法有概率篩分、等厚篩分、弛張篩分、強化篩分等[23]。其中弛張篩分、強化篩分都是針對難篩物料的堵孔問題提出的。等厚篩分主要分為自然分層等厚篩分和概率分層等厚篩分，在我國煤炭分級中主要采用前者。自然分層等厚篩分一般入料端傾角較大，物料運動速度較大，可以快速分層；出料端傾角較小，物料有充分的機會透篩；整個篩面物料厚度均勻或漸增。概率分層等厚篩分主要分為自同步概率篩分與慣性共振式概率篩分，目前煤炭領域主要采用前者，該方法突出的特點是大篩孔、短篩面、多層篩面、大傾角，篩面互相重疊，篩面傾角自上而下逐漸增大，篩孔逐漸減小。強化篩分主要是在篩分過程中通過逐漸加大篩機的振動參數，使物料獲得較大的速度與加速度，從而提高篩分效率和生產能力。弛張篩分主要分為往復式弛張篩分與振動式弛張篩分，兩者原理相似，采用固定框與浮動框，通過激振器或曲軸運動產生的激振力使浮動框與固定框做相對運動，在運動過程中篩面不斷張緊與松弛，彈性篩面使物料產生一個類似蹦床的運動[31]。近些年出現了概率等厚篩分、彈性篩分、低頻大振幅篩分、高頻小振幅篩分、拋射篩分、復合振動篩分、雙質體振動篩分等方法，但每種篩分方法都有一定的適用范圍，也有各自的優缺點。因此，今后應根據不同用途，研究新型篩分方法，同時考慮將各種篩分方法相互結合，優勢互補。

3 篩分技術研究

3.1 篩分設備

近年來在市場導向和需求下，我國篩分技術迅猛發展，在傳統振動篩的基礎上，吸收國外先進技術，借鑒其他行業相關理念，并不斷自主創新，已研制出了多種結構新穎、適應多種用途的振動篩。從收集到的資料來看，目前我國振動篩產品有1 000余種規格、50余個系列，產品除了市場上常見的圓運動振動篩、直線振動篩、高頻振動篩、弧形篩、固定篩、琴弦篩、博后篩、香蕉篩、弛張篩等以外，近些年還出現了高幅節肢振動篩、橢圓振動篩、反共振振動篩、柔面振動篩、滾筒振動篩、二次減振振動篩、條形振動篩、自潔振動篩等新型振動篩產品，且有些技術性能已達到或接近國際先進水平[32]。尤其近年隨著振動篩大型化的發展，寬4.9 m的香蕉篩、寬2.4 m的高頻振動篩、寬5.1 m的箱式直線振動篩、寬3.6 m的圓運動振動篩、寬4.3 m的弛張篩及寬5.05 m的振幅遞減橢圓振動篩等大型或超大型振動篩已在各大科研院所與制造企業的共同努力下研制成功，并逐漸在生產現場得到了大范圍的應用，且可靠性有了顯著提高，不僅打破了進口大型振動篩壟斷的局面，市場份額也逐漸擴大。

今后，隨著工業技術的發展以及對篩分理論研究的不斷深入，我國振動篩的發展將會更加多樣化與大型化。

3.2 細粒物料篩分技術

隨著對各種細粒物料分選要求的提高，篩分過程中出現的問題越來越多，例如，在煤炭化工領域，我國大部分礦區的動力煤篩分出的低灰分細粒煤可以直接供給電廠等用戶，但在原煤開采過程中，由于諸多原因，采出的原煤外在水分質量分數高達7%以上，潮濕的細粒原煤互相黏結成團或附著在篩面上，尤其是外在水分質量分數為 7%～14%時，常規振動篩很難進行6 mm、3 mm粒級物料的篩分，且對3 mm粒級物料的直接篩分更是世界性難題。因此，細粒物料深度分級是當今國內外篩分領域研究的熱點與難點[33-34]。

經過多年的不斷探索，我國細粒物料篩分理論與技術的研究獲得了較大發展。目前，細粒物料深度篩分主要分為干法分級與濕法分級。濕法分級相對容易，通過增加篩面噴水裝置，采用電磁篩、復合振動篩、疊層高頻篩等對各種細粒物料進行分級，分級粒度可以達到0.074 mm，甚至0.063 mm，但是存在的問題是濕法分級需要占用大量水資源，我國水資源匱乏及分布不均的現狀決定了濕法分級不可能在我國大范圍推廣與應用。干法深度分級比較符合我國國情，特別是能滿足干旱地區的煤炭篩分需求。因此，研發高效的干法深度篩分技術與設備具有重要意義。

目前，細粒物料干法深度篩分技術主要采用概率篩、等厚篩、弛張篩、博后篩、琴弦篩、螺旋分級篩等，但存在的問題是沒有一種振動篩能夠篩分全部粒級的物料，這些振動篩往往存在機械強度和工藝效果之間的矛盾。等厚篩、概率篩、博后篩等機械強度較高，但對難篩物料存在篩分精度低、篩分效率低的問題；琴弦篩、弛張篩、螺旋分級篩等機械強度較低，篩分效果較差，但工藝效果較好，尤其弛張篩對處理水分含量高或黏度高的物料有著不可替代的優勢，基本解決了細粒物料篩分效率低及黏濕細粒物料堵孔等問題，是目前解決細粒物料篩分的最優方案。

因此，結合某些類型振動篩的優點，進行篩機的組合設計，同時開展弛張篩篩分理論的研究，強化弛張篩關鍵技術的攻關和升級，逐步實現弛張篩國產化、大型化，是我國細粒物料深度篩分行業當前及今后一段時間的工作重點。

3.3 振動篩關鍵技術

激振器是振動篩激振力的來源，是振動篩最為關鍵的部件，其類型主要有電磁激振器、振動電機、自同步型激振器、強迫同步型激振器等，后3種激振器屬于慣性式激振器[35]。隨著振動篩的大型化，激振器的大型化與可靠性是未來的研究方向。

篩板是振動篩的關鍵部件，主要分為焊接篩板、復合篩板、聚氨酯篩板等，在彈性、開孔率、結構強度等方面都有各自的優缺點。焊接篩板強度較高，開孔率較低；復合篩板強度不高，開孔率較高；聚氨酯篩板的耐磨性、抗撕裂性、抗沖擊性、抗老化性、使用壽命、可拆卸性等均優于金屬篩網，且質量輕、噪聲低，不易產生粉塵，在篩分過程中能夠產生二次高頻振動，可以減小堵孔現象的發生，提高振動篩的篩分效果。今后應加強篩板相關技術的研究，研制抗腐蝕、耐磨損、柔度適中的新型篩面材料，增加篩面的彈性、提高開孔率、增加物料顆粒的彈跳力和透篩概率等。

支撐彈簧是影響振動篩篩分效果的重要部件。國內振動篩用彈簧主要有橡膠彈簧、金屬螺旋彈簧、復合彈簧、空氣彈簧等。橡膠彈簧具有結構緊湊、安拆方便、吸振限幅性能好及可同時承受壓縮與剪切變形的特點，但彈簧剛度較難調整、壽命低；金屬螺旋彈簧具有壽命長、變形大、剛度易調整的優點，但不能吸收高頻顫振、噪聲較大、安全性不好；復合彈簧兼具金屬螺旋彈簧和橡膠彈簧的優點，已被廣泛應用在振動篩上；空氣彈簧在國內振動篩上應用較少，一般僅用于精密儀器及精密機械的隔振，但在國外應用十分廣泛。空氣彈簧隔振器制造工藝復雜、成本高、安全性差，需要一套空氣氣動裝置，這是其應用較少的一個重要原因。近幾年出現了一種新型的ROSTA 減振支撐彈簧，這種彈簧具有高效隔振、使用壽命長、免維護、能夠避免共振的優點，且可以在-40～80 ℃溫度范圍內使用，具有優良的力學性能，型號較多，可應用于各種類型的振動篩，缺點是價格較一般的彈簧高幾倍甚至十幾倍。在國外，ROSTA 減振支撐彈簧已經被廣泛應用于振動篩行業，但在國內振動篩上的應用極少，因此ROSTA 減振支撐彈簧在國內具有廣闊的發展前景[36]。

3.4 振動篩加工技術

振動篩加工工藝及制造技術水平的高低決定了振動篩的質量、性能及可靠性。過去國內的許多振動篩制造企業在焊接、機械加工與裝配作業中一般采用手工操作或常規機械設備，加工精度與效率較低，在振動篩制造水平上與國外先進水平相比存在較大差距。隨著我國工業化進程的不斷加快，國內生產企業逐漸認識到關鍵零部件的形位公差、粗糙度及焊接變形控制等在振動篩制造中的重要性，因此紛紛采用合理的加工工藝研制相應的配套工裝，同時通過引進、改造或更新生產設備，采用自動焊接機器人、數控平面鉆床、數控龍門鏜銑床、數控加工中心、數控激光切割機等先進加工設備來提高振動篩加工制造精度、質量及生產效率。所以，今后制造企業應加大對加工設備的更新，引進國外先進的加工設備，同時利用現有資源建立關鍵共性基礎工藝研究機構，開展先進成型、加工等關鍵制造技術聯合攻關。

3.5 振動篩標準化

振動篩標準化對于振動篩行業健康發展和國家標準體系完善具有非常重要的作用。國家相關部門組織制定了許多國家推薦標準、機械行業標準、煤炭行業標準、機械行業指導標準，同時許多社會團體也積極參與了相關標準的制定，對于填補我國振動篩標準化體系的空白、推動篩分技術的進步具有重要的現實意義。從總體上看，目前我國振動篩相關行業標準框架主要為定義術語、型號編制、設備技術、設計規范、試驗方法等，隨著振動篩行業的快速發展，標準的制定已滯后于行業的發展。因此，今后應進一步完善振動篩標準體系，及時進行相關標準的復審與修訂，加強振動篩標準的貫徹與宣傳工作，加強標準的國際交流與合作，同時在振動篩標準的制定過程中，應充分考慮目前的市場需求與設備及技術的發展現狀，積極采取措施，加強管理與引導。

4 現代先進技術的應用

4.1 運動仿真分析

運動仿真分析是指在振動篩開發設計過程中，在計算機上建立振動篩整體模型，對振動篩在實際使用過程中的各種真實工況進行仿真分析，以圖形方式顯示振動篩的各種特性。近年相關研究人員根據實際工程問題，在振動篩研究過程中采用了MATLAB、EDEM、ADAMS等軟件。ADAMS多體動力學仿真軟件可以用于建立振動篩模型，仿真運動軌跡，繪制振幅、速度和加速度曲線，求出各個參數的幅值，驗證振動篩能否按照設計的參數工作，且可以通過其動畫功能觀察振動篩運動軌跡[37-38]。EDEM 軟件可以用于建立振動篩模型，模擬篩分物料堵孔情況，研究堵孔物料顆粒的粒徑范圍，同時也可以用于研究各種形狀的篩分物料在不同的篩孔條件下對篩分效率的影響[39]。MATLAB軟件可以用于分析物料運動軌跡和研究振動篩參數；通過編制振動篩上物料滑行和拋擲的計算程序，推導振動篩上物料的運動軌跡，分析非線性作用力對振動篩主要技術參數的影響[40-41]。由于運動仿真分析可以模擬振動篩運行過程中的各種真實工況，觀察運行過程中出現的各種問題，并不斷修改與完善，從而得到最優化設計方案，因此在今后振動篩開發設計過程中，運動仿真分析是一個非常重要的方法。

4.2 結構仿真分析

振動篩在工作過程中會一直受簡諧激振力作用，因此結構動態特性是判斷設計是否合理的重要依據。傳統振動篩結構設計大多采用計算、類比設計、現場試驗、安全系數設計等方法，缺點是無法看到振動篩結構內部動態應力分布情況。即使振動篩靜強度滿足設計要求，依然會出現篩框損壞、橫梁斷裂、篩機共振等現象。近年隨著計算機技術的快速發展，采用動態設計代替靜態設計已成為現代振動篩設計的重要手段。

有限元分析利用與數學近似的方法對振動篩幾何和載荷工況等進行模擬。國內振動篩設計中常用的有限元分析軟件有ANSYS、ANSYS Workbench、ALGOR、SolidWorks、Pro/E、ABA-QUS等，雖然每個軟件有其優缺點，但每一種軟件都可以對振動篩進行靜態、模態、諧響應和疲勞等各種結構分析，通過分析振動篩整體及其關鍵零部件的應力、應變、位移分布或變化規律，對振動篩強度、剛度與穩定性等性能進行總體評估，可以為振動篩結構優化設計提供相應的參考。同時理論模型簡化應該盡量與實際情況相符，使結構分析與實際工況吻合。

4.3 振動測試技術

振動測試技術是振動理論應用于工程實際的一個橋梁，應用范圍越來越廣。振動測試技術在振動篩上應用發展較快，其中應用最廣泛、最有效的試驗手段是模態參數測試與動應力測試[42]。模態參數測試是通過多通道動態測試分析系統和模態分析軟件對振動篩進行以模態參數識別為核心的實驗模態分析。模態參數主要包括頻域和時域模態參數。頻域法已非常成熟，時域法設備簡單，尤其在參數識別過程中，無需激勵，只根據自由響應就可進行[43]。在振動篩測試過程中采用隨機激勵信號，在合適的激勵方法下，通過加速度傳感器獲得的振動篩固有頻率、阻尼比和陣型等模態參數和分布規律，可以作為有限元模型修正的依據，使計算模型更趨完善和合理。動應力測試采用動態或靜態應力應變測試分析系統，結合應變花或應變片，可以測試振動篩關鍵零部件或主要受力部位的應力和應變，獲得真實的動應力值和分布規律，并對理論分析進行驗證，從而為后續仿真模型計算和結構優化設計提供參考。但是如何使測試結果與實際工況吻合、振動篩測試過程中測試點如何布置、激勵能量如何選擇等都會對實驗結果產生影響，因此如何根據振動篩的實際情況選擇合理的激勵信號與激勵方式是今后需要解決的問題[44]。

4.4 在線故障監測及診斷技術

振動篩在實際使用中由于長時間的連續工作和承受復雜的載荷，其關鍵部件很容易產生疲勞作用下的低應力脆斷現象，且其經常發生篩箱扭曲變形、篩網磨損、驅動梁斷裂、側板撕裂、激振器軸承損壞、焊縫開裂、下橫梁斷裂、彈簧斷裂、連接螺栓斷裂等故障，此外，因其工作環境惡劣、工作時間長，往往檢修不便，一旦出現故障，則可能使整個生產線停止運行，給企業帶來巨大的經濟損失，所以應建立振動篩故障監測系統，實時監測振動篩振幅、頻率、振動方向角及溫度等關鍵參數，對各監測位置得到的數據進行匯總分析，以便控制中心根據振動篩運行狀況，對振動篩故障進行識別并實施預警或報警，提前對振動篩進行相應的維護，避免故障發生。

在線故障監測及診斷系統可以實時在線監測振動篩運行情況，通過設定各種工況下的數據，對振動篩在運行過程中可能出現的各種故障進行識別、預警或報警。隨著在線故障監測及診斷技術的發展，出現了設備狀態監測、故障診斷的專用信號分析儀，這些信號分析儀通常具有FFT分析功能，可測出振動大小，進行時域和頻域分析。通過監測振動篩在運行過程中關鍵零部件或主要受力部位的應力、應變以及激振器部位的軸承溫度等的變化情況，可以判斷振動篩的運行情況及故障發生的部位或原因[45]。但目前大多數在線故障監測及診斷系統在采用壓力、溫度以及加速度等傳感器對振動篩運行狀態進行信號采集時，多通過數據線進行信號的傳輸，在實際振動過程中采集信號存在諸多不便，制約了在線故障監測及診斷技術的發展。因此，振動篩無線故障監測及診斷技術創新是其未來的重要研究方向。

4.5 智能化技術

智能化是未來機械設備的發展趨勢，機械設備的智能化不僅能夠節約人力資源，還能夠提高產品質量和效率。國務院發布的《中國制造2025》及《新一代人工智能發展規劃》提出了加快發展智能制造裝備和產品及推動人工智能規?；瘧谩⑷嫣嵘a業發展智能化水平的建議。我國對于振動篩智能技術的研究尚處于起步階段，現場應用較少。智能化振動篩需具備感知外界環境輸入及自身健康狀態的能力，通過采用計算機軟件、傳感器系統及控件化虛擬式信號分析處理技術實現振動篩的智能控制。需要探索的內容包括：根據入料量與入料粒度的變化在線調節振幅、頻率、振動強度等振動參數，將振動篩的運轉工作情況調整在最佳狀態；構建專家分析系統，對振動篩現場復雜的情況進行判斷，實現實時監測和故障診斷，并通過軟件系統中的深度學習、控制以及預警等功能模塊實現振動篩故障的智能診斷。

4.6 靈敏度分析

靈敏度分析是指在振動篩結構動態修改技術中，當結構動態特性的某些參數不滿足設計要求時，需要對結構進行修改，使該參數朝著特定方向變化。靈敏度分析可以確定設計變量與目標函數之間的關系，并反映設計變量的改變對目標函數的影響程度。在振動篩的動態設計過程中，為了滿足振動篩壽命和可靠性的要求，需要不斷進行結構的優化設計。一般先進行理論計算或根據經驗預估結構載荷，再根據經驗假設系統阻尼，得到振動篩有限元模型并計算系統的動態響應，包括位移、速度、加速度、變形和應力等，檢驗其是否滿足響應準則，然后通過靈敏度分析技術修改振動篩有限元模型，得到振動篩修正質量矩陣和修正剛度矩陣，重新計算結構響應，直到滿足要求[46-47]。靈敏度分析存在諸多優勢，因此在今后振動篩結構設計優化中，靈敏度分析是一個非常重要的內容。

5 結語

近些年，我國振動篩行業發展迅速，篩分領域的研究呈現出多學科相互滲透和交叉的局面，在理論研究、技術創新與應用方面都取得了長足的進步。然而由于我國許多篩分技術是在引進國外先進技術的基礎上經過消化吸收得到的，因此在取得階段性成果的同時，也需要認清與國外振動篩技術之間存在的差距，特別是我國大型振動篩的可靠性與國外同類產品相比差距較大。面對振動篩行業發展的新形勢，建議進一步完善現有的篩分與振動理論，尋求和發展新的篩分方法和技術，充分利用5G、大數據、云計算、人工智能、數字孿生等前沿技術，不斷自主創新，著力提高振動篩的強度、剛度與穩定性。同時在引領振動篩設備朝著大型、高效、可靠、節能、環保，以及標準化、模塊化、精細化、通用化、系列化、自動化與智能化方向發展的過程中，應摒棄低價競爭的觀念，充分利用好國內外有利條件，抓住機遇，轉變思路，調整方向，把重心放在提升核心技術上，不斷提升研發能力，提高振動篩產品的可靠性及競爭力，奮力開創我國振動篩行業發展的新局面。