基于物料厚度测量的气流-振动协同分选方法及装置

本发明涉及颗粒物料分选，尤其是涉及基于物料厚度测量的气流-振动协同分选方法及装置。

背景技术：

1、在颗粒物料风力分选过程中，气流场与振动场的合理匹配是保证分选精度的关键。传统分选设备通常采用固定的振动参数和统一的风量供给，难以适应来料波动：薄料区易发生物料喷溅，厚料区则流化不充分，分层效果差，分选精度难以保证。

2、为改善上述问题，已有技术尝试通过激光传感器监测床层厚度并据此调节风量，初步实现了“料厚风大、料薄风小”的差异化供风策略。然而，现有方案多采用入口和出口两处或少量测点，少数方案虽设置多个测点并按固定权重合成为一个全床负荷量，但该方式仅能粗略表征沿程厚度变化趋势，无法准确反映床层沿物料行进方向的非均匀厚度分布。更重要的是，现有技术通常直接将厚度测量值或厚度加权值作为供风依据，未将厚度换算为物料重量，忽略了物料密度和含水率对实际负载的影响，导致局部负荷估计失真。同时，由于缺乏与下部分区束缚口分别对应的区域重量信息，难以使多个下部束缚口与其上方局部负荷准确对应，分区供风的精细度受限。

3、在振动参数调节方面，部分设备通过变频器调节激振电机转速以改变振动频率，但振动频率的变化对物料松散度的调节效果有限，且尚未建立振动强度与床层总处理负荷之间的自适应联动关系。激振器的振幅主要取决于偏心距和参振质量，现有设备通常采用固定偏心距，或仅在停机状态下人工调整偏心块位置，无法在运行中根据物料负载变化动态调节振幅。此外，振动参数与风量参数分别独立调节，缺乏统一的协同控制策略，当处理量波动或床层厚度分布发生变化时，两者难以同步匹配，物料松散度和分层状态不稳定，分选效果随工况波动明显。

4、综上所述，现有技术仍存在以下不足：厚度测点空间代表性不足，厚度直接代表负荷而未换算为重量导致负荷估计失真，全床统一负荷无法准确控制多个下部束缚口，振动参数无法随处理负荷自适应变化，振动与风量缺乏协同调控。如何在保留全床振动调控理论框架的同时，建立小区域重量、大区域重量与分区束缚口开合度之间的对应关系，并使振动强度与分区风量随整体及局部物料负载协同变化，仍是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于物料厚度测量的气流-振动协同分选方法及装置，以解决现有分选设备厚度测点空间代表性不足、全床统一负荷难以准确控制多个下部束缚口以及振动参数与风量参数难以随局部物料负载协同变化的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了基于物料厚度测量的气流-振动协同分选方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、将流化床床层沿物料行进方向划分为多个大区域，并将每个大区域划分为多个小区域，采集各边界位置的床层厚度并换算得到各小区域的床层厚度，同时获取当前物料的物性参数；

4、步骤s2、根据步骤s1采集的数据计算各小区域的物料重量，并汇总得到各大区域的物料重量及全床等效物料重量；

5、步骤s3、以全床等效物料重量为输入，根据振动调控模型解算激振器的目标偏心距；以各大区域的物料重量为输入，根据分区风量调控模型分别解算各分区供风单元的目标开合度；

6、步骤s4、将目标偏心距和各分区供风单元的目标开合度转换为控制指令，同步驱动激振器的偏心距调节机构与各分区供风单元动作；

7、步骤s5、返回步骤s1并重复执行上述步骤。

8、优选的，步骤s1中，沿物料行进方向设置多个边界位置，相邻边界位置围成一个小区域，多个连续小区域组成一个大区域；在流化床侧板上于各边界位置分别设置侧壁分区传感器，各侧壁分区传感器用于检测对应边界位置的床层厚度；任一小区域的床层厚度由限定该小区域的前、后两个相邻边界位置的床层厚度测量值取算术平均获得。

9、优选的，步骤s2中，物料重量的换算为：

10、；

11、；

12、；

13、其中，为大区域编号，，为大区域总数，为大区域内的小区域编号，，为小区域总数，为时刻第个大区域内第个小区域的物料重量，为第个大区域的物料重量，为全床等效物料重量，为物料干基密度，为物料的干基含水率，为重力加速度，为流化床床层的有效宽度，为相应小区域沿物料行进方向的长度，为第个大区域内第个小区域的床层厚度；

14、各小区域重量直接相加汇总得到各大区域重量，各大区域重量直接相加汇总得到全床等效物料重量。

15、优选的，步骤s3中，振动调控模型包括：

16、归一化振动负荷与振动非线性修正系数为：

17、；

18、；

19、目标振幅自适应律为：

20、；

21、偏心距控制律为：

22、；

23、其中，为限制在0至1范围内的归一化振动负荷，为振动非线性修正系数，为振动非线性标定系数且-1<<1，为目标振幅，和分别为装置允许的最小振幅和最大振幅，为设计最大负载对应的物料重量，为目标偏心距，为设备固有参振质量，为激振器偏心块的可调质量；

24、当=0时，目标振幅自适应律退化为线性关系。

25、优选的，步骤s3中，对第个大区域采用与该大区域对应的分区风量调控模型：

26、；

27、第个大区域的归一化风量负荷与风量非线性修正系数为：

28、

；

29、；

30、其中，为第个分区可调束缚口的目标开合度，为限制在0至1范围内的第个大区域归一化风量负荷，为第个大区域的风量非线性修正系数，为风量非线性标定系数且-1<<1，为最小开合度，为额定满载下的最佳开合度，为第个大区域的额定满载物料重量；

31、当=0时，各分区风量调控模型分别退化为线性关系。

32、优选的，将小区域物料重量换算模型代入振动调控模型和分区风量调控模型，得到以各边界位置侧壁分区传感器采集的床层厚度为原始输入、经相邻边界厚度换算得到的各小区域厚度为控制输入的统一控制模型：

33、由各小区域重量得到各大区域重量和全床等效物料重量：

34、；

35、；

36、以全床等效物料重量作为振动调控模型的负荷输入，偏心距控制律为：

37、；

38、以各大区域重量作为相应分区风量调控模型的负荷输入，归一化风量负荷为：

39、；

40、；

41、；

42、各分区供风单元的目标开合度分别由对应大区域的重量确定。

43、本发明还提供了基于物料厚度测量的气流-振动协同分选装置，用于实现如上述的方法，包括：

44、流化床床层；

45、厚度传感单元，包括设置于流化床侧板上多个边界位置的多个侧壁分区传感器；多个侧壁分区传感器用于实时检测对应边界位置的床层厚度，并由相邻两个边界位置的厚度测量值确定其间小区域的床层厚度；

46、供风单元，设置于流化床床层下方，供风单元的出风口设有多个分区可调束缚口，多个分区可调束缚口分别对应多个大区域，供风单元用于向流化床床层分区提供气流；

47、风量调控执行单元，与多个分区可调束缚口连接，用于分别调节各分区可调束缚口的开合度；

48、偏心距可调激振单元，与流化床床层连接，用于为流化床床层提供振动，偏心距可调激振单元的偏心距可动态调节；

49、智能控制单元，分别与厚度传感单元、风量调控执行单元和偏心距可调激振单元电性连接，用于接收各侧壁分区传感器输出的边界位置床层厚度信号，换算得到各小区域床层厚度，逐小区域计算物料重量并汇总得到各大区域重量和全床等效物料重量，基于全床等效物料重量解算目标偏心距，基于各大区域重量分别解算各分区目标开合度，并同步输出控制指令。

50、优选的，多个大区域为四个大区域，多个小区域为十二个小区域，多个边界位置为十三个边界位置；四个大区域沿物料行进方向依次布置，每个大区域包括三个小区域；多个侧壁分区传感器为十三个侧壁分区传感器，分别设置于流化床侧板上的十三个边界位置，并检测对应边界位置的床层厚度；任一小区域的床层厚度由限定该小区域的相邻两个侧壁分区传感器的厚度测量值取算术平均确定。

51、优选的，风量调控执行单元包括沿物料行进方向设置的多个分区束缚板组件，每一分区束缚板组件对应一个大区域并包括动力源、竖向移动组件、束缚板和传动连杆；动力源的输出端与竖向移动组件连接，动力源通过竖向移动组件及传动连杆驱动束缚板沿竖直方向运动，以改变相应分区可调束缚口的开合度；

52、多个分区束缚板组件分别与智能控制单元的多个开合度控制通道连接，并依据各大区域的物料重量独立动作。

53、优选的，偏心距可调激振单元包括激振器壳体、驱动组件、传动组件、偏心块和旋转轴，驱动组件和传动组件安装于激振器壳体内部，驱动组件通过传动组件与偏心块连接，传动组件沿旋转轴的径向布置，驱动组件驱动传动组件带动偏心块沿径向导向组件相对于旋转轴径向移动，以改变偏心块相对于旋转轴的偏心距；

54、驱动组件为伺服电机，传动组件为滚珠丝杠，伺服电机的输出端与滚珠丝杠连接，偏心块套设于滚珠丝杠上且与滚珠丝杠螺纹配合，伺服电机驱动滚珠丝杠转动，带动偏心块沿旋转轴的径向方向直线移动。

55、因此，本发明采用上述的基于物料厚度测量的气流-振动协同分选方法及装置，有益技术效果如下：

56、（1）本发明按照分区束缚板组件的对应位置将床层划分为多个大区域，并将每个大区域进一步划分为若干小区域；各边界位置均设有侧壁分区传感器，既用于表征各小区域的边界位置，又实时获取各边界位置的床层厚度，相邻边界测量值换算得到对应小区域厚度，无需额外设置床层上方测距传感器，可降低局部堆积或局部稀薄对区域负荷估计的影响。

57、（2）本发明在归一化负荷前引入随负荷变化的非线性修正系数，并分别标定振动系数和风量系数，使低负荷区与高负荷区能够采用不同响应斜率，便于在不同物料和处理量工况下灵活标定；系数为零时可退化为线性模型，与现有控制方式兼容，便于调试与对照验证。

58、（3）本发明取消将少量厚度测点按固定权重合并为一个全床负荷的做法，逐小区域计算重量并汇总得到各大区域重量；全床总重量用于振动调控，各大区域重量分别用于各分区束缚口的开合控制，使测量区域、重量计算区域和下部执行区域分别对应，实现分区负荷与分区供风的精确匹配。