煤炭是中国重要的工业原料,是储量最为丰富的矿产资源,选煤是煤炭加工和清洁利用的核心技术。深度筛分是煤炭洗选加工的重要环节,振动筛作为筛分作业主要的载体设备,被广泛应用于选煤厂煤炭的脱水、脱泥、脱介和分级等洗选工艺中。由于我国煤炭的探明储量庞大,煤矿洗选的规模逐渐增大,对生产能力和筛分效果的俱佳的等厚振动筛需求日益剧增,但是目前选煤厂采用传统的直线振动筛对不同物料特性的原煤进行6 mm深度筛分,仍然存在筛分效果恶化、生产能力滞前、煤层堆积等技术问题,严重阻碍了煤炭提质加工的规模。针对上述传统等厚筛存在的问题,本文主要以研制新型的多段变倾角等厚振动筛为载体,搭载双轴异向反转的激振系统,采用振动测试分析和高速动态分析相结合的测试手段,以理论建模和筛分试验为研究基础,深层次开展对筛面运动学特性、料群的空间分布、透筛规律及粒度组成、不同物料特性的适配性能、过程优化机制的研究,提出了与不同物料特性适配的多段变倾角等厚筛分方法,为等厚振动筛的研制及工业应用提供理论指导。建立了多段变倾角等厚筛稳定的筛体质心动力学运动微分方程。提出了单颗粒的力学模型,获得单颗粒的矢量速度数学方程。采用高速动态测试分析系统探究了振动筛在空载和负载工况条件下不同筛面区域运移速度和位移的变化规律,揭示了筛面振动能量传递机制:入强出弱。采用振动测试分析系统阐明了不同筛面的时频响应特性,再现筛机稳定运转时多段筛面的空间运动轨迹,建立了不同筛面区域与位移、加速度、速度之间的关联数学方程,该数学方程符合y=bx+a模型,且为线性相关,模型的拟合精度较高。通过多次单因素法逐项分析了激振参数激振力、激振频率对筛分效果的影响规律,确定最佳操作条件为激振合力F_t=8.66 kN、激振频率f=11.84 Hz。阐明了3段、4段、5段筛面筛分过程中料群分布和筛分性能的影响规律,煤样均在筛面中部集中进行透筛且第Ⅱ段区域透筛量最大,5段筛面的筛分效果高于3段和4段筛面。根据能量转换,筛面段数的增加导致振动能量梯次传递,运移速度和轨迹多梯次变化,增加颗粒的透筛概率。采用5段变倾角筛面结构进行筛分试验,揭示了处理能力、倾角梯度对不同物料特性煤样的筛分效果的影响规律,确定了不同物料特性的煤样最佳处理能力和倾角梯度的操作范围。阐明了单一倾角与变倾角筛分过程中筛上料群空间分布特性和筛下粒度组成,与单一倾角相比,变倾角筛分过程中的筛分效率提高2.24个百分点,总错配物含量降低1.74个百分点。通过筛分试验探究了不同粗细占比煤样的处理能力与倾角梯度的适配特性,揭示不同物料特性煤样的适配机制。设计正交试验,获得处理能力与筛面倾角梯度对筛分指标的影响程度及显著次序,并提出针对不同物料特性的煤样处理能力和倾角梯度的优化组合方案:在+6mm煤样占比40%-60%范围内,参数优化组合为单位面积处理能力q=25 t/h·m~2×倾角梯度△θ=4°;在+6mm煤样占比60%-80%范围内,参数优化组合为单位面积处理能力q=30 t/h·m~2×倾角梯度△θ=6°;在+6mm煤样占比20%-40%范围内,参数优化组合为单位面积处理能力q=25 t/h·m~2×倾角△θ=3°。利用响应面法(BBRSM)进行试验设计和分析,探究激振合力、激振频率、筛面倾角梯度对筛分过程协同优化的影响规律,结果表明:操作参数对筛分效率影响显著,且参数因子之间存在明显的协同优化作用。建立了激振合力、激振频率、倾角梯度与筛分效率之间的数学关联模型,并开展了对筛分过程协同优化的研究,确定了最优参数组合。在优化条件下对不同物特性的煤样进行6 mm筛分试验,试验结果为筛分效率均在86%以上,煤样的粒度均接近于目标分级粒度6mm,分离精度小于1.1 mm,与预测模型的结果相差较小,验证了预测模型的准确性。综合正交优化分析和响应面模型优化可获得最终的显著水平次序为:β>f>△θ>Q。本论文有图74幅,表44个,参考文献115篇