本發(fā)明涉及一種用于物料超細(xì)粉體振動(dòng)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雙質(zhì)體振動(dòng)磨，屬于振動(dòng)利用與粉體工程的交叉科學(xué)技術(shù)。

背景技術(shù)：

振動(dòng)磨是利用振動(dòng)原理來(lái)完成物料超細(xì)粉磨作業(yè)的振動(dòng)機(jī)械設(shè)備，現(xiàn)有超細(xì)粉體制備技術(shù)中，振動(dòng)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(jī)械活性大、提純方便、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)有振動(dòng)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、氧化鋯等單一密度介質(zhì)；機(jī)體多為單質(zhì)體結(jié)構(gòu)。

振動(dòng)磨的單質(zhì)體結(jié)構(gòu)，表明由筒體和激振器組成的振動(dòng)質(zhì)體與底座之間，是通過(guò)螺旋壓縮彈簧相連，振動(dòng)質(zhì)體產(chǎn)生的振動(dòng)，會(huì)通過(guò)彈簧底座直接作用于地基，產(chǎn)生較大與噪聲，故耗能較大。近年來(lái)，間或有雙質(zhì)體振動(dòng)磨的研究報(bào)道，但由于雙質(zhì)體振動(dòng)磨涉及主隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、成本較高，故實(shí)際應(yīng)用者少。

在實(shí)際工程中，振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量、激振力、阻尼力等參數(shù)大都是變化者的，如振動(dòng)磨系統(tǒng)本身的介質(zhì)、被磨物料形成的磨介流，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷地拋起、落下，實(shí)際上就是一個(gè)復(fù)雜的質(zhì)量變化的過(guò)程，阻尼在其中也會(huì)發(fā)生非線性變化，振動(dòng)電機(jī)偏塊形成的偏心激振力是隨轉(zhuǎn)角的變化而變化的非線性，振動(dòng)磨系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng)，即是一個(gè)具有確定激勵(lì)和不確定響應(yīng)的強(qiáng)非線性振動(dòng)系統(tǒng)。

現(xiàn)有振動(dòng)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(dòng)利用工程的實(shí)際工況多為非線性，如振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)篩機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)等，由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)載荷時(shí)刻都在變化，故使用等剛度螺旋彈簧，雖有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，然而存在噪聲大、耗能高、效率低、維修頻次高、設(shè)備壽命低等問(wèn)題。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者一直在探討上述問(wèn)題的解決辦法，雖有非線性變節(jié)距螺旋金屬?gòu)椈傻膽?yīng)用報(bào)道，但仍存在噪聲大、并圈時(shí)噪聲更大的問(wèn)題，在非線性振動(dòng)機(jī)上使用，易出現(xiàn)壽命短、維修頻次高、成本高等問(wèn)題。

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

技術(shù)實(shí)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)單筒雙質(zhì)體振動(dòng)磨，具有雙質(zhì)體技術(shù)特征，主振彈簧為中凸型不并圈彈簧，隔振彈簧為橡膠帆布復(fù)合彈簧，主-隔振彈簧均為變剛度；為提高筒內(nèi)磨介球在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的沖擊、擠壓、剪切、碰撞的能量，實(shí)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(dòng)磨機(jī)系統(tǒng)相比，具有明顯的效率高、噪聲小等特點(diǎn)，旨在有效解決現(xiàn)有振動(dòng)磨一直以來(lái)，懸而未決的噪聲大、效率低等技術(shù)瓶頸問(wèn)題。

本發(fā)明的新型單筒雙質(zhì)體振動(dòng)磨采取以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明是中凸不并圈彈簧與混合密度介質(zhì)雙質(zhì)體振動(dòng)磨，包括主振系統(tǒng)和隔振系統(tǒng)，

所述主振系統(tǒng)包括通過(guò)變頻器控制的作為激振源的振動(dòng)電機(jī)以及與所述振動(dòng)電機(jī)固定在一起的磨筒，所述振動(dòng)電機(jī)、所述磨筒與所述上質(zhì)體板組成上質(zhì)體，下質(zhì)體的一端與主振彈簧組相連，所述下質(zhì)體通過(guò)所述主振彈簧組與隔振系統(tǒng)相連；

所述隔振系統(tǒng)包括與所述下質(zhì)體另一端連接的隔振彈簧，所述隔振彈簧通過(guò)底座與地基相連；

所述主振彈簧組由數(shù)個(gè)中凸型不并圈螺旋彈簧所組成，每個(gè)彈簧均由一根鋼絲卷繞構(gòu)而成，鋼絲卷繞成中凸型螺旋結(jié)構(gòu)，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(duì)稱遞減分布。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：中凸型不并圈螺旋彈簧在振動(dòng)磨中沿與電機(jī)主軸垂直方向放數(shù)排，沿與電機(jī)主軸平行方向放置數(shù)行，構(gòu)成彈簧均布狀態(tài)。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述隔振彈簧為復(fù)合材料如橡膠帆布復(fù)合材料制成的隔振彈簧。

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

本發(fā)明所述雙質(zhì)體振動(dòng)磨主要由主振系統(tǒng)與隔振系統(tǒng)組成，主振系統(tǒng)中振動(dòng)電機(jī)作為激振源，可通過(guò)變頻器控制，達(dá)到變激振力的目的，與振動(dòng)電機(jī)固定在一起的是磨筒，兩者與上質(zhì)體板一起組成上質(zhì)體，下質(zhì)體一端與主振彈簧相連，通過(guò)主振彈簧與隔振系統(tǒng)相連；隔振系統(tǒng)中，另一端與隔振彈簧相連，隔振彈簧通過(guò)底座與地基相連，通電后，由變頻器控制振動(dòng)電機(jī)，以改變激振力，振動(dòng)電機(jī)帶著磨筒作近似圓形的振動(dòng)，使得磨筒內(nèi)磨介產(chǎn)生相互運(yùn)動(dòng)，這樣，筒內(nèi)以及粘附在磨介和筒壁上的粉體由于撞擊、摩擦來(lái)達(dá)到粉磨的目的，雙質(zhì)體振動(dòng)磨通過(guò)主振彈簧組和隔振彈簧兩組彈簧，可以明顯的降低振動(dòng)磨主體對(duì)地基產(chǎn)生的振動(dòng)強(qiáng)度和噪聲，且達(dá)到了節(jié)能的效果，隔振彈簧安裝于下質(zhì)體與底座之間，底座與地基通過(guò)螺栓組相固結(jié)，可以防止振動(dòng)磨機(jī)的水平移動(dòng)。

本發(fā)明磨機(jī)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(gè)彈簧均由一根鋼絲卷繞構(gòu)而成，鋼絲根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)可視系統(tǒng)質(zhì)量、激振力等參數(shù)變化進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(duì)稱遞減分布。

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(shí)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(diǎn)，考慮不并圈的條件，可實(shí)現(xiàn)磨機(jī)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。

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(diǎn)，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(diǎn)，以達(dá)到使系統(tǒng)有效蓄能、節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、顯著降低噪聲之目的。

中凸型不并圈螺旋彈簧組式雙質(zhì)體振動(dòng)磨，中凸型不并圈螺旋彈簧在振動(dòng)磨中沿與電機(jī)主軸垂直方向放多排，沿與電機(jī)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(dòng)磨更好的工作。

迄今為止振動(dòng)系統(tǒng)的彈簧設(shè)計(jì)，幾乎沒(méi)有考慮過(guò)不并圈的因素，既由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性，又存在影響不并圈相關(guān)技術(shù)參數(shù)多且計(jì)算繁雜，因而系統(tǒng)不僅噪聲大，且能耗高、效率低。根據(jù)本彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本發(fā)明研究從工作機(jī)理上分析和研究不并圈的條件，可實(shí)現(xiàn)磨機(jī)系統(tǒng)工作過(guò)程中主振彈簧的不并圈，使彈簧并圈產(chǎn)生的噪聲歸零。

本發(fā)明中，隔振彈簧可采用橡膠帆布復(fù)合材料制成，下質(zhì)體通過(guò)隔振彈簧和底座與地基相連，由于隔振彈簧具有硬非線性特性，其剛度具有隨載荷變化而變化的特點(diǎn)，故減振效果好，可以得到較好的降噪效果，固定底座的目的主要是防止振動(dòng)磨在水平方向面內(nèi)的移動(dòng)。

振動(dòng)磨是利用振動(dòng)磨筒產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)，使得筒內(nèi)的球或棒等介質(zhì)產(chǎn)生慣性力來(lái)完成沖擊和粉碎被磨物料的，磨筒振動(dòng)的加速度一般可達(dá)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(jiǎn)化、操作簡(jiǎn)單、維修方便、襯板介質(zhì)更換容易等優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)磨技術(shù)使用的介質(zhì)，尺寸大小可根據(jù)不同物料，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或數(shù)值仿真進(jìn)行比對(duì)，來(lái)確定最佳級(jí)配，然其密度選取基本上為單一密度介質(zhì)，一般采用鍛造鋼、耐磨鋼、耐磨鑄鐵，高鉻鋼，中鉻鋼、氧化鋯等等，其形狀可為球形或圓棒形，但欲再增加磨筒及介質(zhì)沖擊物料時(shí)的加速度，單一密度介質(zhì)幾乎無(wú)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(guò)程的拋起、碰撞過(guò)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(duì)速度及牽連、相對(duì)加速度等運(yùn)動(dòng)量值劇增，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(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，可達(dá)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(shí)際工程效果，對(duì)于克服振動(dòng)機(jī)械的某些工作阻障，解決振動(dòng)機(jī)械特別是振動(dòng)磨的某些關(guān)鍵技術(shù)或制約發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，如解決振動(dòng)磨中超微顆粒不細(xì)化、易團(tuán)聚、粉體產(chǎn)品分布帶較寬以及能耗大、粉磨效率低、能量利用率低等問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)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(jì)和社會(huì)效益，由于高密度介質(zhì)使用引起磨機(jī)激振功率稍有提升的經(jīng)濟(jì)成本，與本發(fā)明產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相比，對(duì)于追求高品質(zhì)粉體的目標(biāo)基本可以忽略不計(jì)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述振動(dòng)磨機(jī)與普通單質(zhì)體磨機(jī)相比，由于具有主隔振系統(tǒng)，一方面能承受更大的激振力，另一方面能有效減少振動(dòng)磨機(jī)對(duì)地基的振動(dòng)影響，達(dá)到良好的節(jié)能效果；所述中凸型彈簧與橡膠彈簧的剛度能夠隨磨機(jī)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，且為主隔振的耦合振動(dòng)提供了充沛的條件，主振彈簧在最大載荷下的不并圈，使得系統(tǒng)噪聲顯著降低而動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性大大增加，整機(jī)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(jī)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(shì)更是顯而易見(jiàn)。

本發(fā)明的效果是積極、明顯和獨(dú)特的，其具有超微顆粒細(xì)化、解團(tuán)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(yùn)轉(zhuǎn)、顯著降低噪聲、隔振效果好等特點(diǎn)。本發(fā)明的上述技術(shù)，在有效解決現(xiàn)有振動(dòng)磨一直以來(lái)懸而未決的能耗大、效率低等技術(shù)瓶頸問(wèn)題上，將實(shí)現(xiàn)跨越的一步。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例振動(dòng)磨結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)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(shí)施例中凸型彈簧相鄰圈不并圈示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中凸型不并圈螺旋彈簧組分布圖。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。

圖1所示，為本發(fā)明振動(dòng)磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要由磨筒1，上質(zhì)體,2，下質(zhì)體3，底板4，隔振彈簧5，主振彈簧6，振動(dòng)電機(jī)7等所組成，本實(shí)施例中，筒體內(nèi)裝有被磨物料與粉磨介質(zhì)，其裝填系數(shù)設(shè)為65%，磨介為耐磨鋼球與鎢鋼球，兩種磨介數(shù)量比為6:4，磨介直徑為2mm、3.5mm、5mm、6.5mm，物料為超硬細(xì)粉體，磨機(jī)振動(dòng)頻率為1450rpm，實(shí)測(cè)振幅<22mm，振強(qiáng)<20。

由于振動(dòng)電機(jī)左右偏塊部分的結(jié)構(gòu)關(guān)于中心平面完全對(duì)稱，故具體實(shí)施方式中主要對(duì)左偏塊部分陳述，右偏塊部分與左偏塊部分實(shí)施方式相同；由于對(duì)稱性，運(yùn)動(dòng)時(shí)左右偏塊部分易實(shí)現(xiàn)同步，偶有短時(shí)不同步的情況，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子軸具有足夠的剛度與強(qiáng)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(diǎn)是激振力、振幅、頻率、振強(qiáng)等參數(shù)變化范圍大，通過(guò)變頻器可對(duì)其大小、作用時(shí)間進(jìn)行有效控制。

如圖1所示，振動(dòng)電機(jī)上各偏塊旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)上質(zhì)體及磨筒，磨筒內(nèi)裝有介質(zhì)和粉料，振動(dòng)使磨筒內(nèi)的鋼球等磨介對(duì)物料產(chǎn)生碰撞、沖擊、剪切、擠壓和搓磨，達(dá)到對(duì)物料進(jìn)行粉碎和細(xì)磨的目的。通過(guò)調(diào)節(jié)主副偏塊的夾角、改變磨介的級(jí)配選擇、實(shí)施變頻控制等措施，可產(chǎn)生所需一定頻次高振幅、高振強(qiáng)的振動(dòng)粉碎效果。

本發(fā)明磨機(jī)由上下質(zhì)體及主隔振系統(tǒng)組成，形成雙質(zhì)體，上質(zhì)體主要由上質(zhì)體板、振動(dòng)電機(jī)、磨筒固結(jié)組成，筒內(nèi)有磨介與粉體，上下質(zhì)體之間以主振彈簧組相連接；下質(zhì)體與底座之間以隔振彈簧相連接，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(dòng)電機(jī)，通過(guò)改變瞬態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來(lái)改變激振力，進(jìn)而改變振幅、振強(qiáng)變化曲線，達(dá)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(guò)程的拋起、碰撞過(guò)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(duì)速度及牽連、相對(duì)加速度等運(yùn)動(dòng)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。

如圖2所示，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(jì)繞成中凸型螺旋結(jié)構(gòu)，中凸型彈簧的設(shè)計(jì)可視系統(tǒng)質(zhì)量、激振力等參數(shù)變化進(jìn)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(duì)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(gè)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(duì)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(shí)特別是在系統(tǒng)載荷增加、突變或過(guò)載而發(fā)生并圈時(shí)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(duì)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>,即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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)=0.1，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(shí)現(xiàn)磨機(jī)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(dòng)磨中沿與電機(jī)主軸垂直方向放兩排，位置1-6為彈簧在振動(dòng)磨的放置位置，沿與電機(jī)主軸平行方向放置3行，構(gòu)成6個(gè)彈簧均布狀態(tài)，以

便磨筒能夠正常的完成振動(dòng)粉磨工作。

隔振彈簧本例選用橡膠帆布復(fù)合材料的舊汽車輪胎，實(shí)驗(yàn)證明與普通橡膠彈簧、金屬?gòu)椈上啾?，其隔振效果明顯更佳，不僅吸振性能好、噪聲低，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，具有很高的性價(jià)比。