煤炭资源是我国经济发展的重要基石,为我国的电力、化工、医疗等重要行业提供了动力。随着经济的发展,特别是近30年来,我国对煤炭的需求越来越大,也带来了较严重的环境污染等问题。由于我国的煤炭分布较广,质量也参差不齐,为了减少环境污染,提前预判该批煤样的质量优劣,这就需要对其特定元素进行检测。为了制备具有代表性的煤样,需设计煤粉制样的相关设备。目前国内的煤粉制样装置大多体积较大、工作噪音较大,自动化程度不足,无法满足现阶段的企业需求。本文提出了一种便携式煤粉制样装置,可将所投入的煤粉颗粒按照粒径的不同进行分级,为后续的工作提供更为精准的检测样本。随后以煤粉颗粒在振动筛上的运动状态及筛分精度为目标进行研究分析,进一步了解振动参数对振动筛工作性能的影响,为后续装置的结构优化、筛分理论的改良等方面提供重要依据。根据市场调研,提出煤粉制样装置的使用要求,设计装置的三维模型。该装置主要包括三部分,物料筛分装置、料斗装置和物料收集装置。其主体部分物料筛分装置即为优化后的直线振动筛。对振动筛的运动状态分析发现,影响工作性能的主要因素为:振动频率(电机转动的频率大小)、振动幅度(筛网按照指定方向摆动的幅度大小)和倾斜角(筛网面与水平面形成的夹角)。对煤粉颗粒在振动筛上的运动状态进行离散元模拟分析。本文采用球形颗粒、非球形颗粒混合的筛分方式,选用Hertz-Mindlin with JKR Cohesion(JKR)接触模型。设置全局变量开始模拟仿真。数据分析采用田口正交法,以筛分精度的主效应曲线为衡量指标,以期寻找一组筛分性能最佳的振动参数组。其中筛分精度主要涵盖颗粒平均速度、筛分效率和筛分时间三部分。经过研究分析发现,各因素对筛分精度的影响强弱关系为倾斜角>振动幅度>振动频率。最佳的振动参数组为:振动频率为14.2Hz、振动幅度为3.6mm、倾斜角为14.4°。搭建煤粉制样装置实验平台,建立正交表进行振动筛分实验。经分析得出最佳的振动参数组为:振动频率为16Hz、振动幅度为3mm,倾斜角为14°,实验结果略大于仿真结果。据此可以得出,离散元法在处理颗粒的振动筛分问题上具有较强的准确性,可以在装置制作前期进行仿真优化,为离散元法的应用及扩展提供参考。本文所采用的田口正交分析法与传统的控制变量法相比,不仅可以大大减少实验、计算量,也可以降低各因素的相互影响,具有很好的应用价值。