本發(fā)明涉及一種用于物料超細(xì)粉體振動制備的粉磨設(shè)備，是一種具有中凸型不并圈彈簧、介質(zhì)為混合密度配比的單筒單質(zhì)體振動磨，屬于振動利用與粉體工程的交叉科學(xué)技術(shù)。

背景技術(shù)：

振動磨是利用振動原理來完成物料超細(xì)粉磨作業(yè)的振動機械設(shè)備，現(xiàn)有超細(xì)粉體制備技術(shù)中，振動磨與其他制備方法如有氣相合成法、液相合成法、氣流粉碎法、滾筒磨法等相比，具有物料機械活性大、提純方便、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、效率高等優(yōu)勢，現(xiàn)有振動磨支撐彈簧一般采用線型等節(jié)距螺旋彈簧；其介質(zhì)普遍采用等密度介質(zhì)，如耐磨鋼、氧化鋯等單一普通密度介質(zhì)；振動磨的單質(zhì)體結(jié)構(gòu)，表明由筒體和激振器組成的振動質(zhì)體與底座之間，是通過螺旋壓縮彈簧相連，振動質(zhì)體產(chǎn)生的振動，會通過彈簧底座直接作用于地基。

現(xiàn)有振動磨普遍采用的等節(jié)距螺旋彈簧的載荷特性曲線為線性線，為等剛度螺旋彈簧，而在振動利用工程的實際工況多為非線性，如振動輸送機、振動篩機、振動磨機等，由于運動狀態(tài)下系統(tǒng)載荷時刻都在變化，故使用等剛度螺旋彈簧，雖有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點，然存在噪聲大、耗能高、效率低、維修頻次高、設(shè)備壽命低等問題。

近年來國內(nèi)外專家學(xué)者一直在探討上述問題的解決辦法，雖有非線性變節(jié)距螺旋金屬彈簧的應(yīng)用報道，但仍存在噪聲大、并圈時噪聲更大的問題，在非線性振動機上使用，易出現(xiàn)壽命短、維修頻次高、成本高等問題。

綜上所述，同時克服上述問題的具有節(jié)能高效的新型磨機至今尚未被提出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種中凸型不并圈彈簧、混合密度介質(zhì)單筒振動磨，具有單質(zhì)體技術(shù)特征，主振彈簧為中凸型不并圈變剛度彈簧；為提高筒內(nèi)磨介球在相對運動中的沖擊、擠壓、剪切、碰撞的能量，實施混合密度介質(zhì)配比優(yōu)化設(shè)置，與現(xiàn)有廣泛使用的普通單筒振動磨機相比，具有明顯的效率高、能耗低、噪聲小等特點，旨在有效解決現(xiàn)有振動磨一直以來，懸而未決的噪聲大、效率低、能耗高等技術(shù)瓶頸問題。

本發(fā)明的新型單筒振動磨采取以下技術(shù)實現(xiàn)：

本發(fā)明是一種中凸不并圈彈簧與混合密度介質(zhì)振動磨，振動磨包括主振系統(tǒng)，主振系統(tǒng)包括通過變頻器控制的作為激振源的振動電機以及與所述振動電機連接在一起的磨筒，所述振動電機、所述磨筒和上質(zhì)體板組成上質(zhì)體，所述上質(zhì)體下端通過主振彈簧組與底座連接，

所述主振彈簧組由數(shù)個中凸型不并圈螺旋彈簧組成，每個彈簧均由一根鋼絲卷繞構(gòu)而成，中凸型不并圈螺旋彈簧至少有4圈以上的有效螺旋，且有效螺旋的有效節(jié)距為等節(jié)距的螺旋，螺旋中徑從中間到兩端一般呈對稱遞減分布。

本發(fā)明的進一步改進在于：中凸型不并圈螺旋彈簧在振動磨中沿與電機主軸垂直方向放數(shù)排，沿與電機主軸平行方向放置數(shù)行。

本發(fā)明的進一步改進在于：磨筒介質(zhì)為兩種或兩種以上不同的配比。

本發(fā)明磨機的主振彈簧組是由若干中凸型不并圈螺旋彈簧所組成，其中每個彈簧均由一根鋼絲卷繞構(gòu)而成，所述的鋼絲根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)卷繞成中凸型螺旋結(jié)構(gòu)，中凸型彈簧的設(shè)計可視系統(tǒng)質(zhì)量、激振力等參數(shù)變化進行設(shè)計，中凸型不并圈螺旋彈簧至少有4圈以上的有效螺旋，且有效螺旋的有效節(jié)距為等節(jié)距的螺旋，螺旋中徑從中間到兩端一般呈對稱遞減分布。

所述中凸型不并圈螺旋彈簧的載荷變形特性線是漸增型非線性線，且是連續(xù)或分段連續(xù)的，這有利于防止其共振和顫振的發(fā)生；由于中徑的變化，在相同鋼絲直徑相同節(jié)距的情況下，相鄰兩鋼絲并圈時的壓縮量，中凸型彈簧較普通彈簧的大。根據(jù)本彈簧的結(jié)構(gòu)特點，考慮不并圈的條件，可實現(xiàn)磨機系統(tǒng)主振彈簧的不并圈，可使彈簧并圈產(chǎn)生的噪聲歸零，詳見下文的具體實施例。

由于構(gòu)成中凸型不并圈螺旋彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)的中徑變化，使本發(fā)明具有明顯的非線性和所需的變剛度特點，即本發(fā)明彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)剛度具有隨載荷增減而增減的變剛度特點，以達到使系統(tǒng)有效蓄能、節(jié)能、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、顯著降低噪聲之目的。

所述中凸型不并圈螺旋彈簧組式單質(zhì)體振動磨，中凸型不并圈螺旋彈簧在振動磨中沿與電機主軸垂直方向放多排，沿與電機主軸平行方向放置若干行，構(gòu)成彈簧均布狀態(tài)，以便振動磨更好的工作。

振動磨是利用振動磨筒產(chǎn)生一定頻率的振動，使得筒內(nèi)的球或棒等介質(zhì)產(chǎn)生慣性力來完成沖擊和粉碎物料的，介質(zhì)沖擊物料時的加速度一般可達6g-12g，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、粉磨粒度集中、流程簡化、操作簡單、維修方便、襯板介質(zhì)更換容易等優(yōu)點，可廣泛用于冶金、建材、礦山、耐火、化工、玻璃、陶瓷、石墨等行業(yè)制粉。

現(xiàn)有振動磨技術(shù)的介質(zhì)，尺寸大小可根據(jù)不同物料，通過實驗或數(shù)值仿真比對來確定最佳級配，然其密度選取幾乎全部為單一密度介質(zhì)，一般采用鍛造鋼、耐磨鋼、耐磨鑄鐵，高鉻鋼，中鉻鋼等等，其形狀可為球形或圓棒形，但欲再增加介質(zhì)沖擊物料時的加速度，單一密度介質(zhì)幾乎無能為力，而適當(dāng)?shù)倪x用兩種或兩種以上不同密度的介質(zhì)配比，如鎢鋼、耐磨鋼，在粉磨過程的拋起、碰撞過程中，由于其相差約2倍的密度，則導(dǎo)致筒內(nèi)磨介的牽連、相對速度及牽連、相對加速度等運動量值猛增，必然導(dǎo)致其沖擊碰撞能量的大幅提高，成為提高粉磨效率的必要條件。

混合密度介質(zhì)技術(shù)要點的實現(xiàn)，可達到在粉磨作業(yè)中產(chǎn)生沖擊、剪切、擠壓等多種力的組合力作用的實際工程效果，對于克服振動機械的某些工作阻障，解決振動機械特別是振動磨的某些關(guān)鍵技術(shù)或制約發(fā)展的瓶頸問題，如解決振動磨中超微顆粒不細(xì)化、易團聚、粉體產(chǎn)品分布帶較寛以及能耗大、粉磨效率低、能量利用率低等問題，進而實現(xiàn)物料的超細(xì)或超微粉碎、降低能耗、提高效率，具有顯著的工程效果、經(jīng)濟和社會效益，由于高密度介質(zhì)使用引起磨機激振功率稍有提升的經(jīng)濟成本，與本發(fā)明產(chǎn)生的經(jīng)濟效益相比，對于追求高品質(zhì)粉體的目標(biāo)基本可以忽略不計。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述振動磨機與普通單質(zhì)體磨機相比，由于具有變剛度主振系統(tǒng)，一方面能承受更大的激振力，另一方面能有效減少振動磨機對地基的振動影響，達到良好的節(jié)能效果；所述中凸型彈簧剛度能夠隨磨機系統(tǒng)最大載荷的變化而變化，不僅可具有蓄能、節(jié)能之效，主振彈簧在最大載荷下的不并圈，使得系統(tǒng)噪聲顯著降低，而統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性大大增加，整機效率明顯提升；在混合密度介質(zhì)配比優(yōu)化設(shè)置的情況下，與現(xiàn)有磨機系統(tǒng)相比，從介質(zhì)密度這一角度考核，提高系統(tǒng)效率高、降低能耗等優(yōu)勢更是顯而易見。

本發(fā)明的效果是積極、明顯和獨特的，其具有超微顆粒細(xì)化、解團聚、粉體產(chǎn)品分布帶窄化、能耗低、粉磨效率高、能量利用率高以及有效蓄能、節(jié)能、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、顯著降低噪聲等特點。本發(fā)明的上述技術(shù)，在有效解決現(xiàn)有振動磨一直以來懸而未決的能耗大、效率低等技術(shù)瓶頸問題上，將實現(xiàn)跨越的一步。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例振動磨結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中凸型不并圈螺旋彈簧結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例中凸型彈簧相鄰圈不并圈示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中凸型不并圈螺旋彈簧組分布圖。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限定。

如圖1所示，圖1是本發(fā)明振動磨機結(jié)構(gòu)簡圖，由磨筒1、上質(zhì)體板2、底座3、主振彈簧4、振動電機5等組成，筒體中磨筒介質(zhì)裝填系數(shù)設(shè)為65%，磨筒介質(zhì)為耐磨鋼球、鎢鋼球，兩種磨介數(shù)量比為6:4，磨介直徑為2mm、3.5mm、5mm、6.5mm，磨機振動頻率為1450rpm，實測振幅<22mm，振強<20。

由于振動電機左右偏塊部分的結(jié)構(gòu)關(guān)于中心平面完全對稱，因此實施方式中主要對左偏塊部分陳述，右偏塊部分與之實施方式相同；由于對稱性，運動時左右偏塊部分易實現(xiàn)同步，偶有短時不同步的情況，由于電機轉(zhuǎn)子軸具有足夠的剛度與強度，故產(chǎn)生的軸向力偶矩完全在系統(tǒng)承受范圍內(nèi)。本發(fā)明的主要特點是激振力、振幅、頻率、振強等參數(shù)變化范圍大，通過變頻器可對其大小、作用時間進行有效控制。

如圖1所示，振動電機上各偏塊旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的振動直接驅(qū)動上質(zhì)體及磨筒，磨筒內(nèi)裝有介質(zhì)和粉料，振動使磨筒內(nèi)的鋼球等磨介對物料產(chǎn)生碰撞、沖擊、剪切、擠壓和搓磨，達到對物料進行粉碎和細(xì)磨的目的，通過調(diào)節(jié)主副偏塊的夾角、改變磨介的級配選擇、實施變頻控制等措施，可產(chǎn)生所需一定頻次高振幅、高振強的振動粉碎效果。

本發(fā)明磨機上質(zhì)體主要由上質(zhì)體板、振動電機、磨筒固結(jié)組成，筒內(nèi)有磨介與粉體，上質(zhì)體與底座之間以主振彈簧組相連接；底座與地基以螺栓組相固結(jié)。工作狀態(tài)下，由變頻器控制振動電機，通過改變瞬態(tài)轉(zhuǎn)動頻率來改變激振力，進而改變振幅、振強變化曲線，達到高效粉磨的目的。

本發(fā)明選用兩種不同密度的介質(zhì)配比，即鎢鋼、耐磨鋼，在粉磨過程的拋起、碰撞過程中，由于其材料密度相差約2倍，則導(dǎo)致筒內(nèi)磨介的牽連、相對速度及牽連、相對加速度等運動量值劇增，由于沖擊碰撞能量的大幅提高，則產(chǎn)生了提高粉磨效率、降低粉碎細(xì)度、降低噪聲的多種效果。

圖2中，中凸型不并圈螺旋彈簧由一根鋼絲卷繞構(gòu)成，所述的鋼絲卷按設(shè)計繞成中凸型螺旋結(jié)構(gòu)，中凸型彈簧的設(shè)計可視系統(tǒng)質(zhì)量、激振力等參數(shù)變化進行改善，中凸型不并圈螺旋彈簧至少有4圈以上的有效螺旋，且有效螺旋的有效節(jié)距為等節(jié)距的螺旋，螺旋中徑從中間到兩端對稱遞減。

該彈簧的載荷變形特性線是漸增型非線性線，且是連續(xù)或分段連續(xù)的：這有利于防止其共振和顫振的發(fā)生；節(jié)距的大小可為各個圈之間取不同的節(jié)距，也可為幾圈為一組取成幾種不同的節(jié)距；節(jié)距可由小到大單向排列，也可按兩端小中間大雙向排列。

中凸型不并圈螺旋彈簧的節(jié)距相同，螺旋中徑從中間到兩端對稱遞減。中凸型不并圈螺旋彈簧起支承骨架作用，具有很好的非線性特性和阻尼性，工作時特別是在系統(tǒng)載荷增加、突變或過載而發(fā)生并圈時能起到提高承載能力、增加系統(tǒng)剛度及消音、降噪、減振的作用。

圖3是中凸型彈簧相鄰圈不并圈示意圖，由圖3可知，該中凸型彈簧在軸線方向中位圈上下對稱，則中位圈直徑最大而剛度最小，故易并圈，設(shè)其半徑為r，理論上則只要控制彈簧在最大軸向載荷作用下，彈簧中位圈與上下相鄰圈彈簧外圓的法向距離>0,即可實現(xiàn)整個運動過程的不并圈。若已知彈簧鋼絲直徑，彈簧中位圈的剛度，彈簧軸向螺距，則剛度應(yīng)滿足

（1）

為作用下中位彈簧不并圈的最小軸向節(jié)距，若設(shè)，則有，定義為彈簧不并圈的最大許用載荷。由圖可得。

則有（2）

與式（1）聯(lián)立，可得

由此可實現(xiàn)磨機系統(tǒng)主振彈簧的不并圈。

圖4所示中凸型不并圈螺旋彈簧組的分布情況，中凸型不并圈螺旋彈簧在振動磨中沿與電機主軸垂直方向放兩排，沿與電機主軸平行方向放置3行，構(gòu)成6個彈簧均布狀態(tài)，以便振動磨更好工作，圖4中位置1-6為彈簧在振動磨的放置位置。