利用TRIZ创新方法提高智能干选机矸石分离率_张伟.pdf

-163-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 2 月第 3 期利用TRIZ创新方法提高智能干选机矸石分离率张伟1，徐锋1，刘永睿2，于福龙1（1.丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁丹东 118000；2.辽宁省科学技术馆，辽宁沈阳 110167）摘要：东方测控的 DFS 智能干选机采用干法选煤技术，利用 X 射线辨识输送带上的煤和矸石，判断矸石的形状及速度，并开启对应的喷嘴，通过喷吹高压空气来改变矸石移动轨迹，最终实现煤与矸石的分离。DFS 智能干选机可以将 50-300mm 块煤分选，最大型号 DFS40-300 系列处理能力可达 380t/h，可实现无人值守，可代替手选、动筛跳汰机、浅槽分选机等。该文基于 TRIZ 方法对智能干选机的喷吹机构进行改进，能够更好地提高矸石的分离率。满足现场的生产要求，提高精煤比例，提高煤炭品质，提高经济效益。关键词：干法选煤；X 射线；煤炭；矸石；分离；TRIZ中图分类号:G641 文献标识码:A 文章编号:2096-5206（2023）02（a）-0163-05Using TRIZ Innovative Method to Improve the Gangue Separation Rate of Intelligent Dry SeparatorZHANG Wei1,XU Feng1,LIU Yongrui2,YU Fulong1（1.Dandong Dongfang Measurement and Control Technology Co.,Ltd.,Dandong Liaoning,118000,China;2.Liaoning Science and Technology Museum,Shenyang Liaoning,110167,China）Abstract:The DFS intelligent dry separator of Dongfang Measurement&Control adopts dry coal separation technology,uses X-ray to identify the coal and gangue on the conveyor belt,judges the shape and speed of the gangue,and opens the corresponding nozzle,and changes the movement trajectory of the gangue by blowing high-pressure air.,and finally achieve the separation of gangue.DFS intelligent dry separator can separate 50-300mm lump coal,the largest model DFS40-300 series has a processing capacity of up to 380t/h,can be unattended,and can replace manual selection,moving screen jig,and shallow trough sorting machine,etc.In this paper,based on the TRIZ method,the injection mechanism of the intelligent dry separator is improved,which can better improve the separation rate of gangue.Meet the production requirements of the site,increase the proportion of clean coal,improve coal quality,and improve economic benefits.Key words:Dry coal preparation;X-ray;Coal;Gangue;Separation;TRIZ基金项目：辽宁省中央引导地方科技发展专项资金（2021JH6/10500191）。作者简介：张伟（1980-），男，黑龙江密山人，本科，高级工程师，研究方向：工业在线检测仪器仪表及自动化控制，电子邮箱：zhangweidfmc.cc。选机存在煤矸分离率低的难题，影响精煤品质。如何在不影响效率的情况下提高矸石分离率，是我们现阶段需要攻克的难题1-5。2初始问题形式分析2.1 当前系统功能及组成功能：分离矸石。组成：喷气嘴、电磁阀、阀座、气管、气源装置、空气。2.2 当前系统工作原理采用 X 射线辨识输送带上的煤和矸石，判断矸石的形状及速度，并开启对应的喷嘴，通过喷吹高压空气来改变矸石移动轨迹，最终实现对矸石的分离。2.3 当前系统的主要问题分选出来的精煤中含有部分矸石没有分离。1研究背景中国煤炭工业协会推动倡导大力发展干法选煤技术，助力煤炭清洁高效发展，以替换落后的人工及重介选煤工艺。现有人工及重介选煤存在低效、人员易得尘肺病、污染严重等问题。我国煤矿主要分布于西部地区，干旱缺水是西部的共性，而重介选煤存在高能耗、水污染等严重问题。我国大力推进高效、节能、减排技术，干法选煤机可淘汰落后的生产工艺，从源头上提高煤炭的品质和生产效率，减少能源消耗，降低二氧化碳等污染的排放。但现有的干-164-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 2 月第 3 期3运用TRIZ工具分析3.1 功能分析通过功能分析，明确功能对象，掌握组成部分的各种功能，明确各项功能之间的相互作用关系。a)功能分析组件分析：当前作用对象是矸石。技术系统是空气、喷气嘴、气管、电磁阀、阀座、气源装置。超系统是输送装置、X 射线识别系统、矸石料斗。见图 1。b)功能分析相互作用分析表，见表 1，通过相互作用分析表掌握各组件之间的相互作用关系。c)功能分析功能模型表，见表 2。通过功能模型表，对各组件的功能进行分析，并划分等级予以评分。d)功能分析功能模型分析。通过现场分析和测量系统分析，建立组件模型分析图，定义组件和超系统组件，如图 2 所示，从图中可以看出矸石为研究对象，在分离矸石的过程中，气管降低气体流速，所以气管对空气产生有害作用。通过裁剪法，得到方案（1）：去除气管，将阀座和喷气嘴直连1-3。3.2 IFR 最终理想解最终理想结（IFR）是对发明问题的最好解决方案模型。它使系统完全消除了问题，没有让系统的参数发生恶化，且对系统的改变最小4-5。最终理想解是解决方案的模型，可以指引我们去解决发明问题。在解决问题之初，先抛开各种客观限制条件，把最终理想结作为终极追求目标6。以系统的作用对象（又称制品、目标）入手来定义，图 1 组件分析表 1 相互作用分析表组件空气喷气嘴气管电磁阀阀座气源装置输送装置X 射线识别系统矸石料斗矸石空气+-+喷气嘴+-气管+-+-电磁阀+-+-阀座+-+-气源装置+-+-输送装置-+-+X 射线识别系统-+-+矸石料斗-+矸石+-+表 2 功能模型表功能等级性能水平总分输送装置运送矸石基本功能正常3X 射线识别系统识别矸石基本功能正常3矸石料斗装载矸石基本功能正常3空气推动矸石基本功能不足3喷气嘴改变空气流动方向辅助功能正常1气管连接喷气嘴辅助功能正常1降低气体流速辅助功能有害1电磁阀通断空气辅助功能正常1连接气管辅助功能正常1阀座支撑电磁阀辅助功能正常1气源装置增压空气辅助功能正常1连接阀座辅助功能正常1-165-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 2 月第 3 期图 2 功能模型分析定义的 IFR 应用“自身”或“自我实现”的字眼7。见表 3。通过最终理想解，得到方案如下：方案（2）用筛分再破碎的方式，将大块矸石破碎变小。方案（3）用机械手移除大块矸石。方案（4）用机械弹指的方式改变大块矸石的移动轨迹。3.3 九屏幕法通过系统过去、现在、未来，利用九屏幕法分析系统，如图 3 所示。通过对系统资源进行查找，得到如下解决方案8-9。方案（5）：引入废弃的细小矸石颗粒，喷吹、撞击需分离的矸石。方案（6）：增大气动系统压力，增加喷吹压力。方案（7）：增大气动系统流量，并将电磁阀换成电磁比例节流阀，可根据矸石大小，调整喷吹力。方案（8）：增加可自动跟踪，自动调整角度的喷嘴。3.4 因果分析因果分析是 TRIZ 方法中寻找工程问题根本原因的主要工具。通过深入工程问题，层层分析，最终找到关键原因10。从组件功能模型分析建立因果链，造成煤矸的主要原因如图 4 所示。4运用TRIZ工具解决4.1 矛盾分析a)运 用 技 术 矛 盾 一，根 据 因 果 链 分 析 中 的1.2.2.1.1，解决的是气管太长，管路气压损失大，导致喷吹力不足的问题。如果将电磁阀至喷嘴的气管变短，那么管路气压损失小，但管路过短，管路折弯费力。将问题模型标准化为对应的 39 个通用工程参数：改善的是 NO.4 静止物体的长度，恶化的参数 NO.32 可制表 3 最终理想解问题分析结果设计目标是什么？矸石能全部实现分离。最终理想解是什么？矸石自己能改变移动轨迹，实现自动分离。达到理想解的障碍是什么？（能够解决）1.大块矸石喷吹力不够。2.有尺寸过大的矸石。3.喷吹时间不精确出现这种障碍的原因是什么？1.喷嘴直径小。2.气管耐压小。3.气管太长。4.电磁阀流量小。5.矸石大小无法控制。6.气管长短不同。7.不同电磁阀同时开启。8.仅用空气喷吹。不出现这种障碍的条件是什么？1.增大喷嘴直径。2.更换管路，使管路更耐压。3.缩短管路长度。4.更换大流量电磁阀5.将大块矸石破碎或移除。6.气管长度相同。7.根据需求电磁阀开启时间不同。8.其他方式改变矸石轨迹。创造这些条件存在的可用资源是什么？皮带、喷气嘴、气管、电磁阀、阀座、空气、矸石等图 3 九屏幕法图 4 因果分析-166-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 2 月第 3 期造性。通过查矛盾矩阵表得出可使用的发明原理有：NO.15 动态特性、NO.17 多维化、NO.27 廉价替代品。根据矛盾分析，可使用 NO.17 多维化，利用给定表面的反面11，得到如下方案。方案（9）：将上下布置的电磁阀按左右布置，可减少下方电磁阀至喷嘴的气管长度，减少气压损失。b)运用物理矛盾一，解决连接气管既要长又要短的问题。如果连接气管长，那么气管安装空间充足，但会增加喷嘴喷吹延时时间。如果连接气管短，那么可以缩短喷嘴喷吹的延时时间，但气管安装空间不足。采用条件分离原理得到如下方案12。方案（10）：电磁阀分时开启，长气管的电磁阀先开启，短气管的电磁阀后开启。c)运 用 技 术 矛 盾 二，根 据 因 果 链 分 析 中 的1.2.1.1.1，解决的是尼龙管耐压小，气动系统压力小，导致喷吹力不足的问题。如果将尼龙气管耐压提高，那么系统压力可以增高，但尼龙管壁厚增加，安装空间需更大。将问题模型转化为对应的 39 个通用工程参数：改善的是 NO.11 压力，恶化的参数 NO.32 可制造性。通过查矛盾矩阵表得出可使用的发明原理有：NO.1 分割原理、NO.35 参数改变原理、NO.16 未带到或作用过度原理。根据矛盾分析，可使用 NO.1 分割原理，把一个物体分成相互独立的部分13，得到如下方案。方案（11）将气管集成到阀座内，可以提高管路耐压，再将阀座分割加工。方案（12）将尼龙气管改为钢管，提高耐压。d)运用物理矛盾二，解决气管耐压既要小又要大的问题。如果气管耐压小，可用 PVC 快插气管，那么安装空间小，但系统压力无法提高。如果气管耐压大，需用壁厚大的管，那么系统压力可以提高，但是安装空间大。采用条件分离原理得到如下方案14。方案（13）将气管集成到阀座内部。4.2 物-场分析用物-场分析法对当前系统进行分析并改进当前技术系统的功能。当前系统物场模型的技术系统是，在煤矸分选机运行