我国振动筛理论研究及技术应用进展*

赵环帅

(中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京100083)

0 引言

筛分作业是现代矿物加工行业中的关键环节。振动筛是筛分作业的主要设备，主要用于各种物料的分级、脱水、脱泥及磁选介质回收等[1]。近些年伴随着我国工业的快速发展，振动筛在矿山、化工、石油、烟草、医药、冶金、粮食及建材等领域得到了广泛应用[2-3]。同时在国家相关政策的扶持与鼓励下，经过科研院所及生产制造企业的不懈努力，我国振动筛行业无论在理论研究，还是在技术应用方面都取得了长足的进步。本文综述了近年来我国振动筛理论研究及技术应用的进展，对我国振动筛在理论研究与技术应用中存在的一些问题提出了相应的对策和建议，同时结合我国振动筛行业面临的新形势，对其发展方向进行了展望，以期为我国振动筛行业的健康快速发展提供借鉴。

1 振动理论研究

1.1 线性振动理论

目前，我国振动筛中应用最广泛的是惯性振动筛，其一般由激振器、筛箱、隔振弹簧、传动装置、电动机等组成[4]。在激振器的作用下，筛箱产生直线轨迹、圆轨迹、椭圆轨迹、复合轨迹的往复线性振动，振动频率远离于筛机本身的固有频率，振幅平稳。目前，惯性振动筛一般采用线性振动理论进行设计，并通过线性振动计算振动强度、抛射强度、振幅、频率等主要技术参数。对于惯性振动筛主要技术参数的确定原则及相互关系的研究已比较成熟，相关的研究成果较多，但是由于惯性振动筛在制造、装配、生产等过程中不可避免地存在非线性振动，因此线性振动理论往往存在一定的局限性。今后应突破传统的线性振动理论，重点研究符合实际的线性与非线性随机振动理论[5]。

1.2 非线性振动理论

振动筛运行过程中会存在相邻部件连接面的接触、偏心质量激励、结构大变形、物料冲击与非线性弹簧支撑等许多非线性环节。振动筛固有的非线性因素及参数的变化会产生混沌振动、分叉与突变等非线性动力学现象。对于强非线性振动系统，振动特征表现为某些随机性，且一般受系统特性、参数变化与工作条件的影响，理论分析很难得到准确结果。在进行传统分析时，往往将振动筛所有相关动力学参数视为确定性的量，而对于生产运行过程中出现的某些结构破坏因素，若依然采用线性模型或线性系统进行分析、设计、监测与故障诊断，就容易忽略与系统特性密切相关的非线性特性，从而出现各种错误。同时这些行为的发展和加强，也可能引起振动筛的局部破坏，从而使振动筛失去正常功能，造成较大的经济损失。

目前，有些国内学者结合随机动力学理论与有限元方法，在考虑结构参数与激励参数随机性的基础上建立了振动筛随机动力学模型，以研究振动筛随机响应的变异性及振动筛的振幅和动应力变异性[6]。但从总体上看，有关振动筛非线性振动特性方面的研究成果相对较少，因此开展有关非线性动力学建模，非线性动力学分析，工作条件下的振动测试、系统辨识、参数估计，非线性系统和结构的混沌振动、突变、分叉及其特征分析和运行参数控制等的动态设计理论与应用技术研究，揭示实际存在的诸多非线性因素对振动筛动力学特性及其响应产生的影响，具有非常重要的实用价值与理论意义。

1.3 共振理论

共振筛出现于20世纪20年代，并于20世纪中期正式用于工业生产，主要特点是工作频率接近系统的固有频率，可依靠较小的激振力驱动较大面积或质量的筛箱。我国对于共振筛理论的研究主要集中于20世纪前后，例如：陈予恕等[7-8]在20世纪90年代初就开始采用理论分析与实验相结合的方法，研究大型双质量非线性共振筛动力学系统，确定了非线性共振筛动力学研究的基本方向；张功学等[9]从影响共振式机械固有频率各因素的随机性、激振频率的随机性及共振准则的模糊性出发推导出了表达共振区模糊子集的隶属函数，并推导出了共振式机械结构系统模糊可靠度的计算公式；杨帅等[10]采用刚体动力学基本理论，构建了32 m2双层双质体非线性共振筛动力学模型，并对其工况特性进行了比较分析；辛晓辉等[11-12]在双层共振筛强度计算过程中，针对各种惯性力难以施加的问题，提出了一种计算上下筛体强度的有限元特殊建模技术，并对30 m2双层非线性共振筛模态进行了计算及动态性能评价；李春友[13]通过建立有限元计算模型，在设计阶段对一种新型32 m2异线性双层振动筛进行了模态计算，并对测试得到的数据进行了传递函数分析，得到了合适的振动筛工作频率范围。

从总体上看，目前研究的共振筛主要为筛机整体共振，虽然已有共振筛在生产现场使用的相关报道，但由于其结构复杂、设计和制造精度要求高、操作与调试难度大、容易受物料量变化的影响等，因此尚未在国内得到较大范围的推广与使用。为了克服整体共振的缺点，近年国内学者针对局部共振、叠层共振、筛网共振、双质体共振等进行了研究，但成果较少，有待进一步探索。然而由于共振筛具有突出的节能优点，符合未来节能环保的发展趋势，因此具有广阔的应用前景[14]。综上所述，根据现代共振理论的最新研究成果，开展共振筛理论与技术研究，对开发新型共振结构，提高其可靠性、性能稳定性及工艺效果具有重要意义。

1.4 反共振理论

反共振是在一定的条件下使筛机的某些部件振幅最小或者处于静止状态。由于振动筛的结构复杂，在进行频响函数测试时，往往出现虚假模态和模态遗漏现象，反共振理论可以通过峰值和相位图有效解决这些问题。近年国内学者对反共振的理论及其应用开展了相关研究，例如：刘杰等[15]在振动利用工程领域引入反共振理论，提出了3种新型的反共振振动机械，并用机械阻抗法进行了动态分析；黄志超等[16]将反共振理论应用于振动给料机的设计，取得了较好的给料效果；韩运侠[17]分析了两自由度受迫振动，研究了反共振现象；龚善初[18]研究了两自由度系统的模态响应，分析了振幅比与频率比、弹簧刚度比的关系；刘杰等[19]基于振幅稳定的原点反共振振动机的动力学分析，建立了原点反共振振动机的动力学模型，研究了反共振点的漂移情况；杨晨等[20]以反共振理论为基础，设计了一种新型反共振振动筛；焦春旺等[21]以忽略参数波动为前提，研究了双质体反共振系统；李盟等[22]对惯性往复振动筛进行了反共振设计，根据两自由度振动系统反共振的条件，确定了隔振弹簧的刚度。

由于反共振点处振幅不稳定，且存在物料量变化、电机不同步、激振力偏离质心等影响因素，所以反共振筛在运行过程中往往不稳定，限制了其发展，但是由于反共振筛相比传统振动筛可以减轻整机质量、降低成本、提高使用寿命和可靠性，且不需要额外的减振装置，因此发展前景可期。将反共振理论研究成果应用于现有共振筛的结构改进与新型反共振筛的设计，以及应用于其他类型振动筛的故障诊断、噪声消除及隔振等，具有良好的推广应用前景。

2 筛分机理及方法研究

2.1 筛分机理

从直观角度看，筛分作业是一个简单的物料分离过程，但在实际的工业性应用中，物料在振动筛上的运动规律极为复杂。传统方法对筛分机理的研究往往将筛分物料在筛面上的运动简化为一个颗粒在筛面上的运动，以此计算物料的各种理论运动学参数，主要包括定常运动理论、混沌运动理论与料层振动理论等运动学参数。定常运动理论运动学参数应用较多，但是由于其忽略了颗粒与筛面间的碰撞效应，理论计算结果往往与实际不符；混沌运动理论运动学参数虽然考虑了颗粒与筛面间的碰撞效应，但研究仅局限于颗粒与筛面间的正碰撞，对生产实际的指导作用仍需要进一步探索；料层振动理论运动学参数由于力学模型建立和数学计算极其复杂，在工程实际中难以应用，目前尚未得到重视[23]。

近年国内学者开展了物料在各种振动筛筛面上的运动规律研究，其中针对物料在直线振动筛上的运动用颗粒跳动理论分析得出，筛分物料运动分为颗粒跳动与粒群碰撞；针对物料在椭圆振动筛面上的运动分析得出，长轴强化了物料的输送，短轴促进了物料的松散；针对物料在旋转筛面上的运动通过对单颗粒物料的运动分析，提出了空间螺旋运动及临界滑移与临界抛掷半径等概念，在考虑粒群的影响下，研究了物料的抛掷指数、振幅与筛面的抛掷指数、振幅的关系，以及粒群的理论平均速度的运动学参数。同时研究了同一粒级在不同倾角筛面上的透筛概率[24]，通过混沌运动理论，对单颗粒在筛面上的运动进行了深入研究，发现颗粒在筛面上的运动是非线性的[25]；研究了单颗粒透筛概率理论中实际与理论透筛概率的关系，并深入研究了筛分物料的分层透筛过程，提出了粒群沿筛长方向的透筛概率分布模型，同时以筛分过程的概率理论为基础建立了实用概率筛分模型[26-29]；此外还研究了潮湿细粒物料在普通振动筛筛面上积聚的原因和黏附机理以及黏附力、黏附厚度的影响因素，进行了潮湿细粒物料和干燥细粒物料筛分对比试验，提出了计算潮湿细粒物料黏附力的数学模型及解决筛孔堵塞的方法[29-30]。

从总体上看，目前许多筛分理论研究主要注重筛分结果，而非将筛分过程作为重点。虽然已有学者提出了有关物料群颗粒碰撞运动、物料分层、物料透筛概率、物料颗粒堵孔等方面的筛分理论，但是筛分基础理论的研究仍滞后于生产实践，许多筛分理论还处于假说与实验阶段，现有理论很少涉及定量的数学计算及论证，大多为定性表述及叙述性推论，尚未对筛分过程给出较为合理的解释。因此，加强筛分机理的研究，深入了解筛分过程，也是未来的重要研究方向。

2.2 筛分方法

目前，较为成熟的筛分方法有概率筛分、等厚筛分、弛张筛分、强化筛分等[23]。其中弛张筛分、强化筛分都是针对难筛物料的堵孔问题提出的。等厚筛分主要分为自然分层等厚筛分和概率分层等厚筛分，在我国煤炭分级中主要采用前者。自然分层等厚筛分一般入料端倾角较大，物料运动速度较大，可以快速分层；出料端倾角较小，物料有充分的机会透筛；整个筛面物料厚度均匀或渐增。概率分层等厚筛分主要分为自同步概率筛分与惯性共振式概率筛分，目前煤炭领域主要采用前者，该方法突出的特点是大筛孔、短筛面、多层筛面、大倾角，筛面互相重叠，筛面倾角自上而下逐渐增大，筛孔逐渐减小。强化筛分主要是在筛分过程中通过逐渐加大筛机的振动参数，使物料获得较大的速度与加速度，从而提高筛分效率和生产能力。弛张筛分主要分为往复式弛张筛分与振动式弛张筛分，两者原理相似，采用固定框与浮动框，通过激振器或曲轴运动产生的激振力使浮动框与固定框做相对运动，在运动过程中筛面不断张紧与松弛，弹性筛面使物料产生一个类似蹦床的运动[31]。近些年出现了概率等厚筛分、弹性筛分、低频大振幅筛分、高频小振幅筛分、抛射筛分、复合振动筛分、双质体振动筛分等方法，但每种筛分方法都有一定的适用范围，也有各自的优缺点。因此，今后应根据不同用途，研究新型筛分方法，同时考虑将各种筛分方法相互结合，优势互补。

3 筛分技术研究

3.1 筛分设备

近年来在市场导向和需求下，我国筛分技术迅猛发展，在传统振动筛的基础上，吸收国外先进技术，借鉴其他行业相关理念，并不断自主创新，已研制出了多种结构新颖、适应多种用途的振动筛。从收集到的资料来看，目前我国振动筛产品有1 000余种规格、50余个系列，产品除了市场上常见的圆运动振动筛、直线振动筛、高频振动筛、弧形筛、固定筛、琴弦筛、博后筛、香蕉筛、弛张筛等以外，近些年还出现了高幅节肢振动筛、椭圆振动筛、反共振振动筛、柔面振动筛、滚筒振动筛、二次减振振动筛、条形振动筛、自洁振动筛等新型振动筛产品，且有些技术性能已达到或接近国际先进水平[32]。尤其近年随着振动筛大型化的发展，宽4.9 m的香蕉筛、宽2.4 m的高频振动筛、宽5.1 m的箱式直线振动筛、宽3.6 m的圆运动振动筛、宽4.3 m的弛张筛及宽5.05 m的振幅递减椭圆振动筛等大型或超大型振动筛已在各大科研院所与制造企业的共同努力下研制成功，并逐渐在生产现场得到了大范围的应用，且可靠性有了显著提高，不仅打破了进口大型振动筛垄断的局面，市场份额也逐渐扩大。

今后，随着工业技术的发展以及对筛分理论研究的不断深入，我国振动筛的发展将会更加多样化与大型化。

3.2 细粒物料筛分技术

随着对各种细粒物料分选要求的提高，筛分过程中出现的问题越来越多，例如，在煤炭化工领域，我国大部分矿区的动力煤筛分出的低灰分细粒煤可以直接供给电厂等用户，但在原煤开采过程中，由于诸多原因，采出的原煤外在水分质量分数高达7%以上，潮湿的细粒原煤互相黏结成团或附着在筛面上，尤其是外在水分质量分数为 7%～14%时，常规振动筛很难进行6 mm、3 mm粒级物料的筛分，且对3 mm粒级物料的直接筛分更是世界性难题。因此，细粒物料深度分级是当今国内外筛分领域研究的热点与难点[33-34]。

经过多年的不断探索，我国细粒物料筛分理论与技术的研究获得了较大发展。目前，细粒物料深度筛分主要分为干法分级与湿法分级。湿法分级相对容易，通过增加筛面喷水装置，采用电磁筛、复合振动筛、叠层高频筛等对各种细粒物料进行分级，分级粒度可以达到0.074 mm，甚至0.063 mm，但是存在的问题是湿法分级需要占用大量水资源，我国水资源匮乏及分布不均的现状决定了湿法分级不可能在我国大范围推广与应用。干法深度分级比较符合我国国情，特别是能满足干旱地区的煤炭筛分需求。因此，研发高效的干法深度筛分技术与设备具有重要意义。

目前，细粒物料干法深度筛分技术主要采用概率筛、等厚筛、弛张筛、博后筛、琴弦筛、螺旋分级筛等，但存在的问题是没有一种振动筛能够筛分全部粒级的物料，这些振动筛往往存在机械强度和工艺效果之间的矛盾。等厚筛、概率筛、博后筛等机械强度较高，但对难筛物料存在筛分精度低、筛分效率低的问题；琴弦筛、弛张筛、螺旋分级筛等机械强度较低，筛分效果较差，但工艺效果较好，尤其弛张筛对处理水分含量高或黏度高的物料有着不可替代的优势，基本解决了细粒物料筛分效率低及黏湿细粒物料堵孔等问题，是目前解决细粒物料筛分的最优方案。

因此，结合某些类型振动筛的优点，进行筛机的组合设计，同时开展弛张筛筛分理论的研究，强化弛张筛关键技术的攻关和升级，逐步实现弛张筛国产化、大型化，是我国细粒物料深度筛分行业当前及今后一段时间的工作重点。

3.3 振动筛关键技术

激振器是振动筛激振力的来源，是振动筛最为关键的部件，其类型主要有电磁激振器、振动电机、自同步型激振器、强迫同步型激振器等，后3种激振器属于惯性式激振器[35]。随着振动筛的大型化，激振器的大型化与可靠性是未来的研究方向。

筛板是振动筛的关键部件，主要分为焊接筛板、复合筛板、聚氨酯筛板等，在弹性、开孔率、结构强度等方面都有各自的优缺点。焊接筛板强度较高，开孔率较低；复合筛板强度不高，开孔率较高；聚氨酯筛板的耐磨性、抗撕裂性、抗冲击性、抗老化性、使用寿命、可拆卸性等均优于金属筛网，且质量轻、噪声低，不易产生粉尘，在筛分过程中能够产生二次高频振动，可以减小堵孔现象的发生，提高振动筛的筛分效果。今后应加强筛板相关技术的研究，研制抗腐蚀、耐磨损、柔度适中的新型筛面材料，增加筛面的弹性、提高开孔率、增加物料颗粒的弹跳力和透筛概率等。

支撑弹簧是影响振动筛筛分效果的重要部件。国内振动筛用弹簧主要有橡胶弹簧、金属螺旋弹簧、复合弹簧、空气弹簧等。橡胶弹簧具有结构紧凑、安拆方便、吸振限幅性能好及可同时承受压缩与剪切变形的特点，但弹簧刚度较难调整、寿命低；金属螺旋弹簧具有寿命长、变形大、刚度易调整的优点，但不能吸收高频颤振、噪声较大、安全性不好；复合弹簧兼具金属螺旋弹簧和橡胶弹簧的优点，已被广泛应用在振动筛上；空气弹簧在国内振动筛上应用较少，一般仅用于精密仪器及精密机械的隔振，但在国外应用十分广泛。空气弹簧隔振器制造工艺复杂、成本高、安全性差，需要一套空气气动装置，这是其应用较少的一个重要原因。近几年出现了一种新型的ROSTA 减振支撑弹簧，这种弹簧具有高效隔振、使用寿命长、免维护、能够避免共振的优点，且可以在-40～80 ℃温度范围内使用，具有优良的力学性能，型号较多，可应用于各种类型的振动筛，缺点是价格较一般的弹簧高几倍甚至十几倍。在国外，ROSTA 减振支撑弹簧已经被广泛应用于振动筛行业，但在国内振动筛上的应用极少，因此ROSTA 减振支撑弹簧在国内具有广阔的发展前景[36]。

3.4 振动筛加工技术

振动筛加工工艺及制造技术水平的高低决定了振动筛的质量、性能及可靠性。过去国内的许多振动筛制造企业在焊接、机械加工与装配作业中一般采用手工操作或常规机械设备，加工精度与效率较低，在振动筛制造水平上与国外先进水平相比存在较大差距。随着我国工业化进程的不断加快，国内生产企业逐渐认识到关键零部件的形位公差、粗糙度及焊接变形控制等在振动筛制造中的重要性，因此纷纷采用合理的加工工艺研制相应的配套工装，同时通过引进、改造或更新生产设备，采用自动焊接机器人、数控平面钻床、数控龙门镗铣床、数控加工中心、数控激光切割机等先进加工设备来提高振动筛加工制造精度、质量及生产效率。所以，今后制造企业应加大对加工设备的更新，引进国外先进的加工设备，同时利用现有资源建立关键共性基础工艺研究机构，开展先进成型、加工等关键制造技术联合攻关。

3.5 振动筛标准化

振动筛标准化对于振动筛行业健康发展和国家标准体系完善具有非常重要的作用。国家相关部门组织制定了许多国家推荐标准、机械行业标准、煤炭行业标准、机械行业指导标准，同时许多社会团体也积极参与了相关标准的制定，对于填补我国振动筛标准化体系的空白、推动筛分技术的进步具有重要的现实意义。从总体上看，目前我国振动筛相关行业标准框架主要为定义术语、型号编制、设备技术、设计规范、试验方法等，随着振动筛行业的快速发展，标准的制定已滞后于行业的发展。因此，今后应进一步完善振动筛标准体系，及时进行相关标准的复审与修订，加强振动筛标准的贯彻与宣传工作，加强标准的国际交流与合作，同时在振动筛标准的制定过程中，应充分考虑目前的市场需求与设备及技术的发展现状，积极采取措施，加强管理与引导。

4 现代先进技术的应用

4.1 运动仿真分析

运动仿真分析是指在振动筛开发设计过程中，在计算机上建立振动筛整体模型，对振动筛在实际使用过程中的各种真实工况进行仿真分析，以图形方式显示振动筛的各种特性。近年相关研究人员根据实际工程问题，在振动筛研究过程中采用了MATLAB、EDEM、ADAMS等软件。ADAMS多体动力学仿真软件可以用于建立振动筛模型，仿真运动轨迹，绘制振幅、速度和加速度曲线，求出各个参数的幅值，验证振动筛能否按照设计的参数工作，且可以通过其动画功能观察振动筛运动轨迹[37-38]。EDEM 软件可以用于建立振动筛模型，模拟筛分物料堵孔情况，研究堵孔物料颗粒的粒径范围，同时也可以用于研究各种形状的筛分物料在不同的筛孔条件下对筛分效率的影响[39]。MATLAB软件可以用于分析物料运动轨迹和研究振动筛参数；通过编制振动筛上物料滑行和抛掷的计算程序，推导振动筛上物料的运动轨迹，分析非线性作用力对振动筛主要技术参数的影响[40-41]。由于运动仿真分析可以模拟振动筛运行过程中的各种真实工况，观察运行过程中出现的各种问题，并不断修改与完善，从而得到最优化设计方案，因此在今后振动筛开发设计过程中，运动仿真分析是一个非常重要的方法。

4.2 结构仿真分析

振动筛在工作过程中会一直受简谐激振力作用，因此结构动态特性是判断设计是否合理的重要依据。传统振动筛结构设计大多采用计算、类比设计、现场试验、安全系数设计等方法，缺点是无法看到振动筛结构内部动态应力分布情况。即使振动筛静强度满足设计要求，依然会出现筛框损坏、横梁断裂、筛机共振等现象。近年随着计算机技术的快速发展，采用动态设计代替静态设计已成为现代振动筛设计的重要手段。

有限元分析利用与数学近似的方法对振动筛几何和载荷工况等进行模拟。国内振动筛设计中常用的有限元分析软件有ANSYS、ANSYS Workbench、ALGOR、SolidWorks、Pro/E、ABA-QUS等，虽然每个软件有其优缺点，但每一种软件都可以对振动筛进行静态、模态、谐响应和疲劳等各种结构分析，通过分析振动筛整体及其关键零部件的应力、应变、位移分布或变化规律，对振动筛强度、刚度与稳定性等性能进行总体评估，可以为振动筛结构优化设计提供相应的参考。同时理论模型简化应该尽量与实际情况相符，使结构分析与实际工况吻合。

4.3 振动测试技术

振动测试技术是振动理论应用于工程实际的一个桥梁，应用范围越来越广。振动测试技术在振动筛上应用发展较快，其中应用最广泛、最有效的试验手段是模态参数测试与动应力测试[42]。模态参数测试是通过多通道动态测试分析系统和模态分析软件对振动筛进行以模态参数识别为核心的实验模态分析。模态参数主要包括频域和时域模态参数。频域法已非常成熟，时域法设备简单，尤其在参数识别过程中，无需激励，只根据自由响应就可进行[43]。在振动筛测试过程中采用随机激励信号，在合适的激励方法下，通过加速度传感器获得的振动筛固有频率、阻尼比和阵型等模态参数和分布规律，可以作为有限元模型修正的依据，使计算模型更趋完善和合理。动应力测试采用动态或静态应力应变测试分析系统，结合应变花或应变片，可以测试振动筛关键零部件或主要受力部位的应力和应变，获得真实的动应力值和分布规律，并对理论分析进行验证，从而为后续仿真模型计算和结构优化设计提供参考。但是如何使测试结果与实际工况吻合、振动筛测试过程中测试点如何布置、激励能量如何选择等都会对实验结果产生影响，因此如何根据振动筛的实际情况选择合理的激励信号与激励方式是今后需要解决的问题[44]。

4.4 在线故障监测及诊断技术

振动筛在实际使用中由于长时间的连续工作和承受复杂的载荷，其关键部件很容易产生疲劳作用下的低应力脆断现象，且其经常发生筛箱扭曲变形、筛网磨损、驱动梁断裂、侧板撕裂、激振器轴承损坏、焊缝开裂、下横梁断裂、弹簧断裂、连接螺栓断裂等故障，此外，因其工作环境恶劣、工作时间长，往往检修不便，一旦出现故障，则可能使整个生产线停止运行，给企业带来巨大的经济损失，所以应建立振动筛故障监测系统，实时监测振动筛振幅、频率、振动方向角及温度等关键参数，对各监测位置得到的数据进行汇总分析，以便控制中心根据振动筛运行状况，对振动筛故障进行识别并实施预警或报警，提前对振动筛进行相应的维护，避免故障发生。

在线故障监测及诊断系统可以实时在线监测振动筛运行情况，通过设定各种工况下的数据，对振动筛在运行过程中可能出现的各种故障进行识别、预警或报警。随着在线故障监测及诊断技术的发展，出现了设备状态监测、故障诊断的专用信号分析仪，这些信号分析仪通常具有FFT分析功能，可测出振动大小，进行时域和频域分析。通过监测振动筛在运行过程中关键零部件或主要受力部位的应力、应变以及激振器部位的轴承温度等的变化情况，可以判断振动筛的运行情况及故障发生的部位或原因[45]。但目前大多数在线故障监测及诊断系统在采用压力、温度以及加速度等传感器对振动筛运行状态进行信号采集时，多通过数据线进行信号的传输，在实际振动过程中采集信号存在诸多不便，制约了在线故障监测及诊断技术的发展。因此，振动筛无线故障监测及诊断技术创新是其未来的重要研究方向。

4.5 智能化技术

智能化是未来机械设备的发展趋势，机械设备的智能化不仅能够节约人力资源，还能够提高产品质量和效率。国务院发布的《中国制造2025》及《新一代人工智能发展规划》提出了加快发展智能制造装备和产品及推动人工智能规模化应用、全面提升产业发展智能化水平的建议。我国对于振动筛智能技术的研究尚处于起步阶段，现场应用较少。智能化振动筛需具备感知外界环境输入及自身健康状态的能力，通过采用计算机软件、传感器系统及控件化虚拟式信号分析处理技术实现振动筛的智能控制。需要探索的内容包括：根据入料量与入料粒度的变化在线调节振幅、频率、振动强度等振动参数，将振动筛的运转工作情况调整在最佳状态；构建专家分析系统，对振动筛现场复杂的情况进行判断，实现实时监测和故障诊断，并通过软件系统中的深度学习、控制以及预警等功能模块实现振动筛故障的智能诊断。

4.6 灵敏度分析

灵敏度分析是指在振动筛结构动态修改技术中，当结构动态特性的某些参数不满足设计要求时，需要对结构进行修改，使该参数朝着特定方向变化。灵敏度分析可以确定设计变量与目标函数之间的关系，并反映设计变量的改变对目标函数的影响程度。在振动筛的动态设计过程中，为了满足振动筛寿命和可靠性的要求，需要不断进行结构的优化设计。一般先进行理论计算或根据经验预估结构载荷，再根据经验假设系统阻尼，得到振动筛有限元模型并计算系统的动态响应，包括位移、速度、加速度、变形和应力等，检验其是否满足响应准则，然后通过灵敏度分析技术修改振动筛有限元模型，得到振动筛修正质量矩阵和修正刚度矩阵，重新计算结构响应，直到满足要求[46-47]。灵敏度分析存在诸多优势，因此在今后振动筛结构设计优化中，灵敏度分析是一个非常重要的内容。

5 结语

近些年，我国振动筛行业发展迅速，筛分领域的研究呈现出多学科相互渗透和交叉的局面，在理论研究、技术创新与应用方面都取得了长足的进步。然而由于我国许多筛分技术是在引进国外先进技术的基础上经过消化吸收得到的，因此在取得阶段性成果的同时，也需要认清与国外振动筛技术之间存在的差距，特别是我国大型振动筛的可靠性与国外同类产品相比差距较大。面对振动筛行业发展的新形势，建议进一步完善现有的筛分与振动理论，寻求和发展新的筛分方法和技术，充分利用5G、大数据、云计算、人工智能、数字孪生等前沿技术，不断自主创新，着力提高振动筛的强度、刚度与稳定性。同时在引领振动筛设备朝着大型、高效、可靠、节能、环保，以及标准化、模块化、精细化、通用化、系列化、自动化与智能化方向发展的过程中，应摒弃低价竞争的观念，充分利用好国内外有利条件，抓住机遇，转变思路，调整方向，把重心放在提升核心技术上，不断提升研发能力，提高振动筛产品的可靠性及竞争力，奋力开创我国振动筛行业发展的新局面。