[发明专利]一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法

权利要求书

1.一种基于微波辐射的煤矸高效分选方法，包括煤矸高效分选系统，所述煤矸高效分选包括煤矸初选机构（1）、第一煤矸识别机构（2）、第一单层布料机（3）、多个第一分选执行机构（4）、第二煤矸识别机构（5）、第二单层布料机（6）、多个第二分选执行机构（7）、数据采集卡、工业计算机和PLC控制器；所述煤矸初选机构（1）包括机架（8）、上振动筛（9）、下振动筛（12）、下料缓冲单元B（13）、集料漏斗（14）和集料箱（15）；所述上振动筛（9）左高右低倾斜的安装在机架（8）的顶部；所述下振动筛（12）位于上振动筛（9）的下方，下振动筛（12）的筛孔小于上振动筛（9）的筛孔，且左低右高倾斜的安装在机架（8）的中部；所述下料缓冲单元B（13）设置在上振动筛（9）和下振动筛（12）之间，下料缓冲单元B（13）由横向排布的多根弹力绳（32）组成，所述弹力绳（32）的长度沿前后方向延伸，且前后两端均与机架（8）连接； 所述集料漏斗（14）设置在下振动筛（12）的下方，并固定连接在机架（8）的下部，且其进料口罩设在下振动筛（12）外部的四周；所述集料箱（15）设置在集料漏斗（14）出料口的下方；第一煤矸识别机构（2）设置在机架（8）的左侧，第一煤矸识别机构（2）包括第一皮带输送机（18）、第一摄像头A（19）、第一摄像头B（20）、第一微波加热装置（21）和第一温度传感器（22）；第一皮带输送机（18）左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第一支架（23）；所述第一摄像头B（20）和第一摄像头A（19）分别设置在第一皮带输送机（18）左部和右部的上方，且分别安装在第一支架（23）的左右两端；所述第一微波加热装置（21）和第一温度传感器（22）相间隔的设置在第一皮带输送机（18）中部的上方，且第一微波加热装置（21）安装在第一支架（23）中部靠左的位置，第一温度传感器（22）安装在第一支架（23）中部靠右的位置；所述第一单层布料机（3）安装在第一皮带输送机（18）右端的上方，且第一单层布料机（3）的进料口通过左低右高倾斜设置的第一溜料板（65）与下振动筛（12）的左端连接，第一单层布料机（3）的出料口连通到第一皮带输送机（18）的表面；所述第一溜料板（65）的下部沿其宽度方向开设有多个第一落料凹槽（67），第一落料凹槽（67）为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第一单层布料机（3）包括第一机壳（68）、第一导料辊（70）和第一传送带（69）和多个第一挡板（71）；所述第一机壳（68）的右端上部开设有进料口，左端下部开设有出料口，所述第一传送带（69）横向的设置在第一机壳（68）内腔的底部，并由设置在第一机壳（68）外部的第一电机驱动，所述第一导料辊（70）可转动的设置在第一机壳（68）的进料口处，且位于第一传送带（69）的上部，并由设置在第一机壳（68）外部的第二电机驱动；第一导料辊（70）的表面沿其轴向开设有多排第一弧形凹槽组，每排第一弧形凹槽组均由周向均匀开设的第一弧形凹槽（72）组成；多个第一挡板（71）设置在第一导料辊（70）的左侧，其沿第一传送带（69）宽度方向均匀分布，且上端均与第一机壳（68）的顶板固定连接，下端均与第一传送带（69）的承载段间隙配合；多个所述第一分选执行机构（4）设置在第一皮带输送机（18）左端的下方，并沿第一皮带输送机（18）宽度方向依次布置，其包括第一喷吹直筒（24）、第一气缸（25）、第二气缸（26）、第一支撑柱（27）和第一支撑座（28）；所述第一喷吹直筒（24）左端为敞口结构，右端封装有第一端板（29）；所述第一端板（29）的上部和下部分别开设有第一通孔A（33）和第一通孔B（34）；所述第一气缸（25）的内部设置有第一活塞杆，第一气缸（25）与第一喷吹直筒（24）的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第一导向套（30），第一导向套（30）中滑动的连接有与第一活塞杆相平行设置的第一刚性管路（36）；第一气缸（25）缸筒的左端固定连接在第一端板（29）的右端下部，且第一刚性管路（36）的左端和第一活塞杆的端部分别由第一通孔A（33）和第一通孔B（34）滑动的穿入第一喷吹直筒（24）中并与第一滑块（35）的右端固定连接；第一滑块（35）径向限位且轴向可滑动的设置在第一喷吹直筒（24）的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第一喷枪（37）；第一喷枪（37）的出气端朝向第一喷吹直筒（24）的敞口端，第一喷枪（37）的进气端通过设置在第一滑块（35）内部的第一通道（38）与第一刚性管路（36）的左端连通，第一刚性管路（36）的右端通过软管A与第一气源连接；第二气缸（26）和第一支撑柱（27）均竖直的设置第一喷吹直筒（24）下方的左部和右部，第二气缸（26）的底座和第一支撑柱（27）的下端均固定连接在第一支撑座（28）的上端，第二气缸（26）的活塞杆端和第一支撑柱（27）的上端分别与第一喷吹直筒（24）下端的左部和右部铰接；第二煤矸识别机构（5）设置在机架（8）的右侧，第二煤矸识别机构（5）包括第二皮带输送机（39）、第二摄像头A（40）、第二摄像头B（41）、第二微波加热装置（42）和第二温度传感器（43）；第二皮带输送机（39）左右方向的延伸，其左端和右端分别为出料端和进料端，其上方架设有左右方向延伸的第二支架（44）；所述第二摄像头A（40）和第二摄像头B（41）分别设置在第二皮带输送机（39）左部和右部的上方，且分别安装在第二支架（44）的左右两端；所述第二微波加热装置（42）和第二温度传感器（43）相间隔的设置在第二皮带输送机（39）中部的上方，且第二微波加热装置（42）安装在第二支架（44）中部靠左的位置，第二温度传感器（43）安装在第二支架（44）中部靠右的位置； 所述第二单层布料机（6）安装在第二皮带输送机（39）左端的上方，且第二单层布料机（6）的进料口通过左高右低倾斜设置的第二溜料板（66）与上振动筛（9）的右端连接，第二单层布料机（6）的出料口连通到第二皮带输送机（39）的表面；所述第二溜料板（66）的下部沿其宽度方向开设有多个第二落料凹槽（73），第二落料凹槽（73）为上端开口小下端开口大的结构，且由上端开口到下端开口平滑过渡；所述第二单层布料机（6）包括第二机壳（74）、第二导料辊（76）和第二传送带（75）和多个第二挡板（77）；所述第二机壳（74）的左端上部开设有进料口，右端下部开设有出料口，所述第二传送带（75）横向的设置在第二机壳（74）内腔的底部，并由设置在第二机壳（74）外部的第三电机驱动，所述第二导料辊（76）可转动的设置在第二机壳（74）的进料口处，且位于第二传送带（75）的上部，并由设置在第二机壳（74）外部的第四电机驱动；第二导料辊（76）的表面沿其轴向开设有多排第二弧形凹槽组，每排第二弧形凹槽组均由周向均匀开设的第二弧形凹槽（78）组成；多个第二挡板（77）设置在第二导料辊（76）的右侧，其沿第二传送带（75）宽度方向均匀分布，且上端均与第二机壳（74）的顶板固定连接，下端均与第二传送带（75）的承载段间隙配合；多个所述第二分选执行机构（7）设置在第二皮带输送机（39）左端的下方，并沿第一皮带输送机（18）宽度方向依次布置，其包括第二喷吹直筒（45）、第三气缸（46）、第四气缸（47）、第二支撑柱（48）和第二支撑座（49）；所述第二喷吹直筒（45）左端为敞口结构，右端封装有第二端板（50）；所述第二端板（50）的上部和下部分别开设有第二通孔A（51）和第二通孔B（52）；所述第三气缸（46）的内部设置有第三活塞杆，第三气缸（46）与第二喷吹直筒（45）的长度方向一致，且其缸筒的上端固定连接有第二导向套（53），第二导向套（53）中滑动的连接有与第三活塞杆相平行设置的第二刚性管路（54）；第三气缸（46）缸筒的左端固定连接在第二端板（50）的右端下部，且第二刚性管路（54）的左端和第三活塞杆的端部分别由第二通孔A（51）和第二通孔B（52）滑动的穿入第二喷吹直筒（45）中并与第二滑块（55）的右端固定连接；第二滑块（55）径向限位且轴向可滑动的设置在第二喷吹直筒（45）的内腔中，且其左端中心固定插装有轴向设置的第二喷枪（56）；第二喷枪（56）的出气端朝向第二喷吹直筒（45）的敞口端，第二喷枪（56）的进气端通过设置在第二滑块（55）内部的第二通道（57）与第二刚性管路（54）的左端连通，第二刚性管路（54）的右端通过软管B与第二气源连接；第四气缸（47）和第二支撑柱（48）均竖直的设置第二喷吹直筒（45）下方的左部和右部，第四气缸（47）的底座和第二支撑柱（48）的下端均固定连接在第二支撑座（49）的上端，第四气缸（47）的活塞杆端和第二支撑柱（48）的上端分别与第二喷吹直筒（45）下端的左部和右部铰接；所述工业计算机与PLC控制器电性连接，还通过数据采集卡分别与第一摄像头A（19）、第一摄像头B（20）、第一温度传感器（22）、第二摄像头A（40）、第二摄像头B（41）和第二温度传感器（43）电性连接，所述PLC控制器分别与第一微波加热装置（21）、第一电磁换向阀A、第一电磁换向阀B、第一电磁阀C、第二微波加热装置（42）、第二电磁换向阀A、第二电磁换向阀B和第二电磁阀C电性连接；第一电磁换向阀A与第一气缸（25）气路连接，用于通过换向动作来控制第一气缸（25）中活塞杆的伸缩；第一电磁换向阀B与第二气缸（26）气路连接，用于通过换向动作来控制第二气缸（26）中活塞杆的伸缩；第一电磁阀C串接在软管A上，用于控制第一喷枪（37）与第一气源之间气路通断的控制；第二电磁换向阀A与第三气缸（46）气路连接，用于通过换向动作来控制第三气缸（46）中活塞杆的伸缩；第二电磁换向阀B与第四气缸（47）气路连接，用于通过换向动作来控制第四气缸（47）中活塞杆的伸缩；第二电磁阀C串接在软管B上，用于控制第二喷枪（56）与第二气源之间气路通断的控制；

其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：控制上振动筛（9）和下振动筛（12）启动，将待分选的原煤连续的加入到上振动筛（9）进料端，利用上振动筛（9）筛选出较大颗粒的原煤并通过其出料端排出，利用下振动筛（12）筛选出较小颗粒的原煤并通过其出料端排出，同时，利用下振动筛（12）的筛孔将细粒度煤粒剔除并通过集料漏斗（14）导流到集料箱（15）中；

步骤二：通过第一单层布料机（3）对下振动筛（12）筛选出的较小颗粒的原煤进行单层布料，并在第一皮带输送机（18）上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第一皮带输送机（18）进行原煤的均匀输送；

通过第二单层布料机（6）对上振动筛（9）筛选出的较大颗粒的原煤进行单层布料，并在第二皮带输送机（39）上形成多条煤带，同时，使每条煤带上相邻的颗粒间隔排布，为煤矸的精准识别提供基础；再通过第二皮带输送机（39）进行原煤的均匀输送；

步骤三：在第一皮带输送机（18）的输送过程中，通过第一微波加热装置（21）对煤和矸石进行辐射加热，再利用第一温度传感器（22）采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第一摄像头A（19）和第一摄像头B（20）实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中包含非矸石类的杂质异物，并根据第一皮带输送机（18）的运行速度确定出各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机（18）出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

在第二皮带输送机（39）的输送过程中，通过第二微波加热装置（42）对煤和矸石进行辐射加热，再利用第二温度传感器（43）采集辐射前以及经过辐射后的各个煤带中煤和矸石的表面温度信号，并利用第二摄像头A（40）和第二摄像头B（41）实时采集原煤的图像数据，工业计算机依据煤和矸石各自的温度变化区间的不同识别出各个煤带中煤和矸石，并根据煤和异物边缘特征不同识别出各个煤带中的包含非矸石类的杂质异物，并根据第二皮带输送机（39）的运行速度确定出各个煤带的煤、矸石与异物离开第二皮带输送机（39）出料端的时间数据，并将确定出的时间数据实时发送给PLC控制器；

步骤四：PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第一皮带输送机（18）出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第一分选执行机构（4）执行不同的动作；在精煤离开第一皮带输送机（18）出料端时，控制第一分选执行机构（4）不动作，使精煤做由落体运动掉入第一精煤收集桶（61）中，在矸石离开第一皮带输送机（18）出料端时，控制第一分选执行机构（4）中的第一电磁阀C打开，同时，保证第一气缸（25）和第二气缸（26）不动作，第一气缸（25）和第二气缸（26）不动作时，第一滑块（35）处于第一喷吹直筒（24）的闭口端，且第一喷吹直筒（24）保持水平状态，第一电磁阀C打开后第一喷枪（37）瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第一精煤收集桶（61）左侧的第一矸石收集桶（60）；在异物离开第一皮带输送机（18）出料端时，控制第一分选执行机构（4）动作，控制第一分选执行机构（4）中的第一电磁阀C打开，控制第一电磁换向阀A动作设定时间，以使第一气缸（25）的活塞杆完全伸出，将第一滑块（35）推动到离第一喷吹直筒（24）敞口端最近的位置，控制第一电磁换向阀B动作设定时间，以使第二气缸（26）的活塞杆上升设定高度，将第一喷吹直筒（24）敞口端向上倾斜一定角度，第一电磁阀C打开后第一喷枪（37）瞬时喷出高压气体，并将异物吹入位于第一矸石收集桶（60）左侧的第一异物收集桶（59）；

PLC控制器根据各个煤带中煤、矸石与异物离开第二皮带输送机（39）出料端的不同时间数据控制对应煤带下面的第二分选执行机构（7）执行不同的动作；在精煤离开第二皮带输送机（39）出料端时，控制第二分选执行机构（7）不动作，使精煤做由落体运动掉入第二精煤收集桶（62）中，在矸石离开第二皮带输送机（39）出料端时，控制第二分选执行机构（7）中的第二电磁阀C打开，同时，保证第三气缸（46）和第四气缸（47）不动作，第三气缸（46）和第四气缸（47）不动作时，第二滑块（55）处于第二喷吹直筒（45）的闭口端，且第二喷吹直筒（45）保持水平状态，第二电磁阀C打开后第二喷枪（56）瞬时喷出高压气体，并将矸石吹入位于第二精煤收集桶（62）右侧的第二矸石收集桶（63）；在异物离开第二皮带输送机（39）出料端时，控制第二分选执行机构（7）动作，控制第二分选执行机构（7）中的第二电磁阀C打开，控制第二电磁换向阀A动作设定时间，以使第三气缸（46）的活塞杆完全伸出，将第二滑块（55）推动到离第二喷吹直筒（45）敞口端最近的位置，控制第二电磁换向阀B动作设定时间，以使第四气缸（47）的活塞杆上升设定高度，将第二喷吹直筒（45）敞口端向上倾斜一定角度，第二电磁阀C打开后第二喷枪（56）瞬时喷出倾斜一定角度高压气体，并将异物吹入位于第二矸石收集桶（63）右侧的第二异物收集桶（64）。