一种多级步进式再生资源循环分拣方法与流程

本发明涉及固体废弃物资源化处理，尤其涉及一种多级步进式再生资源循环分拣方法。

背景技术：

1、再生资源分拣是固体废弃物资源化利用的关键环节，现有技术中，再生资源分拣技术方案主要分为以下两类：

2、第一类：传统机械筛分与人工分拣结合的系统，例如公开的再生资源分拣中心全流程系统，包括立体平台、第一分拣线以及多个分拣腔，工人沿分拣线将不同类别的可回收物人工分拣并投入对应分拣腔，该方案主要依赖人工操作，机械部分仅起输送作用。

3、第二类：基于物理特性的自动化分拣装置，例如利用磁选分离铁磁性物料、利用涡电流分离有色金属、利用风选分离轻质物料（如塑料薄膜），以及利用不同孔径的滚筒筛或振动筛对物料进行粒径分级，这些装置通常以串联方式形成分拣线，物料依次经过磁选、风选、筛分等单一功能单元。

4、现有技术在实际应用中主要存在以下问题和缺点：

5、1、分拣级数固定且量程不可调，适应性差，现有机械分拣设备（如滚筒筛、振动筛）通常只设置2~4级固定孔径的筛网，分拣出的物料粒径范围较宽，往往还需要后续进一步分级，当来料成分发生变化（如建筑垃圾中混入较多细土或大块混凝土），固定量程的设备无法动态调整分级阈值，导致分拣精度下降。

6、2、单程分拣流程，低附加值物料遗漏严重，传统分拣线大多采用“一次通过”的方式，物料从进料端到出料端只经历一轮分拣，对于混杂在主流中的低值可回收物（如碎玻璃、小片塑料、废旧纺织品），由于单程分拣时间短、分拣单元有限，大量低值物料直接进入残渣填埋或焚烧，资源回收率低，即便个别方案提出“循环输送”，也仅是简单的重复同一通道，没有针对不同粒径或密度的物料设计差异化循环路径。

7、3、分拣步骤缺乏量化控制，步进逻辑不清晰，现有设备通常按照“先大后小”（先筛大块、后筛小块）或“先重后轻”（先磁吸金属、后风选塑料）的固定顺序运行，但并未对每一步的分拣量、停留时间、过料厚度等参数进行精确的“步进式”控制，当某一级物料量突然增大时，容易造成该级堵塞，而后续分级单元却处于空转状态，设备利用率不平衡。

8、4、量程与步数不匹配，难以处理宽粒径分布的混合物料，对于建筑固废与生活垃圾混合的复杂物料，其粒径可从毫米级（渣土）到米级（大块混凝土），质量密度差异巨大，现有设备往往只按粒径分级（如2mm、10mm、50mm）或只按密度分级（如风选轻/重），缺少一个能够同时描述“步数”与“量程”对应关系的分拣模型，导致大块物料与小颗粒物料在同一设备中互相干扰。

9、5、循环路径单一，易造成物料堆积，现有循环分拣设计（如将剩余物料送回前端）在连续生产中，循环物料会与新鲜进料叠加，导致循环通道内的物料浓度越来越高，最终超过设备处理能力而形成堵塞，系统缺少对不同量程区间物料的分流循环策略。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种多级步进式再生资源循环分拣方法，实现了再生资源的多级步进式循环分拣，具有分拣精度高、资源回收率高、设备利用率高、适应性强等优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多级步进式再生资源循环分拣方法，所使用的多级步进式再生资源循环分拣系统包括预处理单元、均匀给料单元、多级步进式分拣单元、循环回料单元、传感器检测单元、中央控制单元；所述预处理单元包括卸料区、原料堆场、挖掘机和装载机；所述均匀给料单元包括受料斗和板式给料机；所述多级步进式分拣单元包括多个串联的分拣级，各个分拣级之间通过输送皮带机连接，各个分拣级出料口分别设有电动三通分料阀；所述循环回料单元包括缓存料斗、回料板式给料机、输送皮带机；所述传感器检测单元包括设置于各个分拣级入口处的流量传感器、粒径/密度在线检测仪；所述中央控制单元包括plc控制器、变频驱动器；

3、所述方法包括以下步骤：

4、s1：将再生资源原料卸入预处理单元的卸料区，经挖掘机初步理料去除大件干扰物后，由装载机将混合物料转运至均匀给料单元的受料斗，通过板式给料机连续均匀地输送至多级步进式分拣单元的第一级输送皮带机；

5、s2：中央控制单元为每一步分拣预设分拣量程ri和步进阈值ti，物料依次进入各分拣级；传感器检测单元实时检测每一级入口处物料特征，当物料特征落在当前步的分拣量程ri内时，由当前分拣执行机构将该物料分离并导入对应的产物支路；否则，该物料进入下一步分拣级或通过电动三通分料阀导入循环回料单元；

6、s3：分拣过程中，中央控制单元实时读取每一级入口处的检测数据，当检测到当前步的瞬时物料厚度大于预设阈值ti时，执行以下至少一种调节操作：

7、a、通过变频驱动器降低该级输送皮带的线速度；

8、b、通过量程调节执行器调节该级分拣设备的量程参数；

9、c、控制电动三通分料阀将部分物料导入循环回料单元；

10、s4：被分流出的循环物料经循环回料单元缓存后，由回料板式给料机按比例系数k重新送回均匀给料单元的受料斗或预处理单元的原料堆场；中央控制单元根据循环物料的特性自动调整比例系数k值；

11、s5：循环回料后的物料返回步骤s2重新分拣，经过预设的总步数或预设循环次数后仍未被捕获的物料，作为最终尾料排出。

12、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s2中，分拣量程ri包括粒径范围、密度范围或质量范围；每一步的量程ri与前一步r(i-1)之间设有重叠区间，所述重叠区间的范围为前一步量程的5%~20%；所述中央控制单元内嵌有“步数-量程”对应关系模型，根据来料筛分曲线确定步数n和各步量程。

13、对上述方案的进一步改进为，所述中央控制单元根据来料的粒径分布直方图和密度分布曲线，采用等对数间距或等质量分数原则将全量程划分为n个区间，每个区间对应一个分拣步级，区间之间设有重叠区间，以形成所述“步数-量程”对应关系模型；同时，通过时序调度和阀门切换实现同一分拣单元在不同时间片内承担不同量程的分拣角色，使同一分拣单元多次参与不同量程的分拣任务。

14、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s2中，第1步分拣包括：物料进入一级3d分选机，通过传感器检测单元实时检测每个物料的三维尺寸与密度，然后将物料分为以下三路：

15、对于密度大于1.5 g/cm³的重料，通过气动喷吹或机械拨叉将该部分物料导入重料分拣支路，所述重料分拣支路包括人工分拣平台和第一磁选机，重料依次经人工分拣平台进行人工分拣、经磁场强度不低于3000高斯的第一磁选机除铁后，进入破碎生产线受料仓；

16、对于密度小于0.8 g/cm³的轻物质，将该部分物料导向轻物质支路，进入第2步分拣级；

17、对于密度为0.8~1.5 g/cm³的底料或混合料，将该部分物料导入底料支路，进入第3步分拣级。

18、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s2中，第2步分拣包括：从第1步分拣级导入的轻物质进入二级3d分选机进行精细分选，二级3d分选机分离出的轻物质进入尾料仓，二级3d分选机的尾料通过电动三通分料阀导入循环回料单元或进入下一步分拣级。

19、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s2中，第3步分拣包括：底料先经第二磁选机除铁，然后进入滚筒筛分机进行筛分，所述滚筒筛分机的筛网孔径为10~20mm；经滚筒筛分机筛分后分为筛下物和筛上物，其中筛下物作为细料或土进入粉料仓，筛上物进入风选机进行风选，所述风选机的风速调节为15~25m/s；经风选机风选后分为轻物质和重物质，其中轻物质进入尾料仓，重物质作为合格骨料进入破碎生产线受料仓。

20、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s3中，所述量程调节执行器包括用于更换滚筒筛网的气动卡盘、用于调节风选机风速的变频风机、以及用于调节磁选机磁场强度的电流plc控制器中的至少一种；当检测到物料以小粒径重物为主导致厚度超标时，中央控制单元指令气动卡盘将滚筒筛网更换为较小孔径筛网，将部分小粒径物料提前筛出为筛下物，以减少进入后续分拣级的负荷。

21、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s3中，中央控制单元通过变频驱动器将输送皮带的线速度从第一速度降低至第二速度，以延长物料在分拣区域的有效停留时间，其中第二速度小于第一速度；同时，中央控制单元控制电动三通分料阀将部分物料分流至循环回料单元，分流比例为总物料量的10%~30%。

22、对上述方案的进一步改进为，所述步骤s4中，中央控制单元根据循环物料的粒径分布自动调整比例系数k值：当循环物料为小粒径轻物质时，k的取值范围为0.2~0.3；当循环物料为中粒径骨料时，k的取值范围为0.1~0.15；当缓存料斗料位超过70%~85%时，系统将循环物料直接送至预处理单元的原料堆场。

23、对上述方案的进一步改进为，所述中央控制单元记录每个批次的步进平均次数及各步分拣效率，当某步分拣效率持续低于60%~75%时，系统通过工业触摸屏提示操作人员人工干预或自动调整为更细的量程。

24、本发明有益效果在于：本发明提供的一种多级步进式再生资源循环分拣方法，所使用的多级步进式再生资源循环分拣系统包括预处理单元、均匀给料单元、多级步进式分拣单元、循环回料单元、传感器检测单元、中央控制单元；所述预处理单元包括卸料区、原料堆场、挖掘机和装载机；所述均匀给料单元包括受料斗和板式给料机；所述多级步进式分拣单元包括多个串联的分拣级，各个分拣级之间通过输送皮带机连接，各个分拣级出料口分别设有电动三通分料阀；所述循环回料单元包括缓存料斗、回料板式给料机、输送皮带机；所述传感器检测单元包括设置于各个分拣级入口处的流量传感器、粒径/密度在线检测仪；所述中央控制单元包括plc控制器、变频驱动器；

25、所述方法包括以下步骤：

26、s1：将再生资源原料卸入预处理单元的卸料区，经挖掘机初步理料去除大件干扰物后，由装载机将混合物料转运至均匀给料单元的受料斗，通过板式给料机连续均匀地输送至多级步进式分拣单元的第一级输送皮带机；

27、s2：中央控制单元为每一步分拣预设分拣量程ri和步进阈值ti，物料依次进入各分拣级；传感器检测单元实时检测每一级入口处物料特征，当物料特征落在当前步的分拣量程ri内时，由当前分拣执行机构将该物料分离并导入对应的产物支路；否则，该物料进入下一步分拣级或通过电动三通分料阀导入循环回料单元；

28、s3：分拣过程中，中央控制单元实时读取每一级入口处的检测数据，当检测到当前步的瞬时物料厚度大于预设阈值ti时，执行以下至少一种调节操作：

29、a、通过变频驱动器降低该级输送皮带的线速度；

30、b、通过量程调节执行器调节该级分拣设备的量程参数；

31、c、控制电动三通分料阀将部分物料导入循环回料单元；

32、s4：被分流出的循环物料经循环回料单元缓存后，由回料板式给料机按比例系数k重新送回均匀给料单元的受料斗或预处理单元的原料堆场；中央控制单元根据循环物料的特性自动调整比例系数k值；

33、s5：循环回料后的物料返回步骤s2重新分拣，经过预设的总步数或预设循环次数后仍未被捕获的物料，作为最终尾料排出；

34、相较于现有的再生资源循环分拣方法，本发明具有以下优点：

35、1、本发明通过建立“步数-量程”对应关系模型，将分拣流程中每一步与对应的分拣量程（如粒径范围、密度范围、质量范围）相关联，使分拣级数与量程阈值可根据来料特性进行在线调节。与现有固定量程的滚筒筛、振动筛相比，本发明能够适应不同来源、不同成分的再生资源物料，当来料成分发生变化时无需停机即可调整分级阈值，分拣精度始终保持在设定范围内，显著提高了对再生资源来源波动的适应能力；

36、2、本发明通过设置“步进-反馈-再分拣”的闭环控制逻辑，使未被当前量程捕获的物料根据其特征（粒径、密度）被分配至不同的循环路径：小粒径轻物质返回前端与新鲜进料混合，中粒径骨料返回滚筒筛前形成内循环，与现有技术中“一次通过”的单程分拣流程相比，本发明能够使低值可回收物在多次步进过程中逐步被分拣出来，实现了“轻质多次往返、重质快速通过”的差异化循环策略，低值可回收物的回收率显著提高，循环路径上的物料浓度稳定在设备处理能力范围内，有效避免了循环物料与新鲜进料的叠加堵塞问题；

37、3、本发明通过在每一步分拣级入口和出口安装流量传感器，中央控制单元实时监测每一级的瞬时物料厚度和流量，当某一级物料量突然增大时，系统同步执行三项调节：降低输送皮带线速度、调节分拣量程、将部分物料导入循环回料单元。与现有技术中固定顺序运行的分拣线相比，本发明实现了分拣线的流量自平衡，各步级之间的负荷偏差可控，设备整体利用率显著提高，因堵塞导致的生产中断次数大幅减少，特别适用于给料不均匀、物料成分剧烈波动的实际生产环境；

38、4、本发明通过建立宽粒径分布物料的分级匹配模型，采用等对数间距或等质量分数原则将物料的粒径和密度全量程划分为多个步级，每一步的量程与前一步之间设有重叠区间，确保边界处物料不会漏选。与现有技术中只按少数固定粒径或轻/重两档分级的设备相比，本发明能够处理粒径分布宽度达三个数量级的混合物料，无需对物料进行预先的粗筛或破碎即可直接处理原始混合物料，降低了前处理成本；

39、5、本发明利用步进式循环设计，通过时序调度和阀门切换使同一分拣单元在不同时段内处理不同量程区间的物料，实现分拣单元的步进复用，与现有技术中为提高分拣精度需并联或串联多台相同功能设备（如多级风选、多级磁选）的方案相比，本发明在相同分拣精度下减少了设备数量和系统占地面积，降低了设备投资成本，特别适用于场地受限的城市再生资源回收中心或垃圾中转站；

40、6、本发明对于低密度、小尺寸的物料通过多次“步进→未捕获→循环→再步进”的重复过程进行多轮步进捕获，使单颗物料重复经历分拣过程。低值物料的特征信号往往较弱，单次通过时分拣执行机构的命中率有限，经过多次循环后累积捕获概率呈指数上升，同时每次循环中物料与其他物料发生碰撞、翻滚，可能暴露出新的可识别特征，与现有技术中对碎玻璃、小片塑料、废旧纺织品等低值可回收物几乎不设专门分拣措施的做法相比，本发明使原本“不值得回收”的物料变得具有商业价值，大幅提升了低附加值再生资源的回收经济效益。