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，是一種具有變節(jié)距不并圈彈簧的單筒雙質(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(jī)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(jī)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、氧化鋯等單一密度介質(zhì)；機(jī)體多為單質(zhì)體結(jié)構(gòu)。

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，產(chǎn)生較大與噪聲，故耗能較大。近年來，間或有雙質(zhì)體振動磨的研究報(bào)道，但由于雙質(zhì)體振動磨涉及主隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)相對復(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，如振動磨系統(tǒng)本身的介質(zhì)、被磨物料形成的磨介流，在運(yùn)動過程中不斷地拋起、落下，實(shí)際上就是一個(gè)復(fù)雜的質(zhì)量變化的過程，阻尼在其中也會發(fā)生非線性變化，振動電機(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)非線性振動系統(tǒng)。

現(xiàn)有振動機(jī)械普遍采用的等節(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，沒有考慮系統(tǒng)非線性的實(shí)際工況，如振動輸送機(jī)、振動篩機(jī)、振動磨機(jī)等，由于運(yùn)動狀態(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)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，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。

普通螺旋彈簧為線性特性線彈簧，其載荷與變形呈線性關(guān)系；變節(jié)距螺旋彈簧則為非線性特性線彈簧，其載荷與變形呈非線性關(guān)系，具有特殊的性能，它們所有的載荷達(dá)到一定程度后，在材料截面上的應(yīng)力是沿材料的長度而變化的。因此，材料的尺寸要根據(jù)最大應(yīng)力確定；彈簧的高度或長度要根據(jù)受載后所要求的變形確定。

普通線性彈簧無法實(shí)現(xiàn)變剛度，則無法實(shí)現(xiàn)與上述復(fù)雜振動系統(tǒng)的振動耦合或協(xié)調(diào)振動，因而效率低，能耗大、噪聲大。如何使得振動系統(tǒng)剛度及彈性力的變化，與系統(tǒng)中其它變化著的作用力去實(shí)現(xiàn)振動耦合，以達(dá)到節(jié)能高效之目的，是一個(gè)值得探討的問題，本發(fā)明的變節(jié)距彈簧的引入，正是這種研究的需要。

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，由于等節(jié)距、常剛度螺旋金屬彈簧易設(shè)計(jì)、易制造、經(jīng)濟(jì)性好，故長期以來得到普遍應(yīng)用。綜上所述，同時(shí)克服上述問題的具有節(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)明提供一種變節(jié)距不并圈彈簧、混合密度介質(zhì)單筒雙質(zhì)體振動磨，具有雙質(zhì)體技術(shù)特征，主振彈簧為變節(jié)距不并圈彈簧，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)磨介球在相對運(yùn)動中的沖擊、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)有振動磨一直以來，懸而未決的噪聲大、效率低等技術(shù)瓶頸問題。

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

本發(fā)明是變節(jié)距不并圈彈簧與混合密度介質(zhì)單筒雙質(zhì)體振動磨，包括主振系統(tǒng)和隔振系統(tǒng)，

所述主振系統(tǒng)包括通過變頻器控制的作為激振源的振動電機(jī)以及與所述振動電機(jī)固定在一起的磨筒，所述振動電機(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，所述隔振彈簧通過底座與地基相連；

所述主振彈簧組由數(shù)個(gè)變節(jié)距不并圈螺旋彈簧組成，每個(gè)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(jì)數(shù)據(jù)卷繞成變節(jié)距螺旋結(jié)構(gòu)，鋼絲卷繞成變節(jié)距螺旋結(jié)構(gòu)，變節(jié)距不并圈螺旋彈簧至少有4圈以上的有效螺旋，且有效螺旋的中徑為變中徑螺旋，中徑從中間向兩端一般呈對稱遞減分布。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述主振彈簧在振動磨中沿與振動電機(jī)主軸垂直方向放數(shù)排、沿與振動電機(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)明所述雙質(zhì)體振動磨主要由主振系統(tǒng)與隔振系統(tǒng)組成，主振系統(tǒng)中振動電機(jī)作為激振源，可通過變頻器控制，達(dá)到變激振力的目的，與振動電機(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)體一端與主振彈簧組相連，通過主振彈簧組與隔振系統(tǒng)相連；隔振系統(tǒng)中，另一端與隔振彈簧相連，隔振彈簧通過底座與地基相連。通電后，由變頻器控制振動電機(jī)，以改變激振力，振動電機(jī)帶著磨筒作近似圓形的振動，使得磨筒內(nèi)磨介產(chǎn)生相互運(yùn)動，這樣，筒內(nèi)以及粘附在磨介和筒壁上的粉體由于撞擊、摩擦來達(dá)到粉磨的目的。所述雙質(zhì)體振動磨通過主振彈簧組和隔振彈簧兩組彈簧，可以明顯的降低振動磨主體對地基產(chǎn)生的振動強(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，底座與地基通過螺栓組相固結(jié)，可以防止振動磨機(jī)的水平移動。

所述變節(jié)距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，在相同鋼絲直徑不同節(jié)距的情況下，相鄰兩鋼絲并圈時(shí)的壓縮量，變節(jié)距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，使彈簧并圈產(chǎn)生的噪聲歸零。

由于構(gòu)成變節(jié)距不并圈螺旋彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)的節(jié)距變化，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。

所述變節(jié)距不并圈螺旋彈簧組式雙質(zhì)體振動磨，彈簧在振動磨中沿與電機(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)，以便振動磨更好的工作。

迄今為止振動系統(tǒng)的彈簧設(shè)計(jì)，幾乎沒有考慮過不并圈的因素，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磨在水平方向面內(nèi)的移動。

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，磨筒振動的加速度一般可達(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、流程簡化、操作簡單、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。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述振動磨機(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磨機(jī)對地基的振動影響，達(dá)到良好的節(jié)能效果；所述變節(jié)距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提供了必要的條件，主振彈簧在可能最大載荷下的不并圈，使得系統(tǒng)噪聲顯著降低而動態(tài)穩(wěn)定性大大增加，整機(jī)效率明顯提升。

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(shí)現(xiàn)跨越的一步。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例振動磨結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例主振彈簧的造型圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例修正前后兩彈簧特性曲線比較。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例主振彈簧剛度與載荷擬合曲線圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例主振彈簧組分布圖。

其中：1-磨筒；2-上質(zhì)體板；3-下質(zhì)體；4-底座；5-隔震彈簧；6-主振彈簧組；7-振動電機(jī)。

具體實(shí)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(shí)施例對本發(fā)明作進(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)明振動磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖，筒體中磨介裝填系數(shù)設(shè)為65%，磨介直徑為2mm、3.5mm、5mm、6.5mm，物料為超硬細(xì)粉體，磨機(jī)振動頻率為1450rpm，實(shí)測振幅<22mm，振強(qiáng)<20。

由于振動電機(jī)左右偏塊部分的結(jié)構(gòu)關(guān)于中心平面完全對稱，主要對左偏塊部分陳述，右偏塊部分與左偏塊部分實(shí)施方式相同；由于對稱性，運(yùn)動時(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，通過變頻器可對其大小、作用時(shí)間進(jìn)行有效控制。

如圖1所示，振動電機(jī)上各偏塊旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dá)到對物料進(jìn)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(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，由變頻器控制振動電機(jī)，通過改變瞬態(tài)轉(zhuǎn)動頻率來改變激振力，進(jìn)而改變振幅、振強(qiáng)變化曲線，達(dá)到高效粉磨的目的。

如圖2所示，變節(jié)距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)繞成變節(jié)距螺旋結(jié)構(gòu)，變節(jié)距彈簧的設(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。變節(jié)距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(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。

變節(jié)距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。變節(jié)距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。

實(shí)施例中設(shè)主振彈簧的非線性特性線方程為：

(1)

式中：系統(tǒng)在任一瞬時(shí)載荷及相應(yīng)變形，為待定系數(shù)。

根據(jù)系統(tǒng)受載情況，設(shè)主振彈簧的個(gè)數(shù)為n，由系統(tǒng)確定的靜載質(zhì)體質(zhì)量，可得系統(tǒng)靜載時(shí)單個(gè)彈簧所受載荷為

n

系統(tǒng)運(yùn)動時(shí)，單個(gè)彈簧所受最大動載荷為

n（2）

上式要考慮到兩點(diǎn)：

(1)最小載荷情況即為靜載荷情況，此時(shí)單個(gè)彈簧受力為。

(2)各彈簧動靜載荷及其不均勻作用引起的附加載荷，取各彈簧受載不均勻系數(shù)為1.4，動靜載荷考慮振動磨最小剛度圈彈簧的不并圈的試驗(yàn)測試情況，選取的最大靜載荷，加上振動電機(jī)激振引起最大慣性力的，作為最大動載荷。

據(jù)此可得非線性特性線的三點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而確定常數(shù),得到非線性特性線彈簧載荷變形方程。根據(jù)振動磨機(jī)工程現(xiàn)場情況及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取切變模量g，可得許用切應(yīng)力，選取彈簧中徑d、簧絲直徑d,查彈簧設(shè)計(jì)手冊，根據(jù)旋繞比,取曲度系數(shù)k，則計(jì)算可得彈簧各圈剛度、各圈并圈前后彈簧剛度、，各圈并圈時(shí)的載荷、節(jié)距等計(jì)算結(jié)果。把計(jì)算過程進(jìn)行matlab編程運(yùn)行，通過改變彈簧中徑d和簧絲直徑d，可獲得不同的彈簧自然長度h、彈簧質(zhì)量及位移，確保彈簧在最大載荷作用下不并圈，檢驗(yàn)結(jié)果的合理性。

由上述可知，因節(jié)距由兩端向中間為雙向遞增排列，因此第2、6圈已滿足最大工作載荷下的不并圈要求，為保障具有一定安全余量和變節(jié)距要求，第3，4，5三圈的間距取值比2、6圈大些，彈簧的各圈變形與各圈的間距具有如下關(guān)系：

（3）

將以上數(shù)據(jù)代入已確定待定系數(shù)的式(1)，可得修正后的彈簧載荷變形特性方程，由此可做出修正前后的兩彈簧非線性硬特性線彈簧載荷與變形曲線，如圖3所示，由圖可看出，修正后的曲線具有更好的變剛度特性。其中，曲線1為修正后曲線，曲線2為修正前曲線。

由圖3分析可知，在一般載荷下系統(tǒng)變形隨系統(tǒng)載荷增大而增加；當(dāng)載荷突變增加到一定值時(shí)，由于總是達(dá)不到最大動載荷，故彈簧不會并圈，此時(shí)系統(tǒng)變形隨載荷增大而幾乎無變化，呈現(xiàn)明顯的硬特性非線性特征，這對增加振幅穩(wěn)定性是有益的。

將各圈并圈前的剛度隨載荷變化的規(guī)律繪成如圖4所示曲線，從圖中可看出：單個(gè)彈簧載荷從最小載荷到最大載荷的范圍內(nèi)剛度載荷曲線近似為一直線，即此時(shí)系統(tǒng)剛度與載荷基本呈線性關(guān)系。

據(jù)此，可進(jìn)一步說明硬特性非線性系統(tǒng)振幅的穩(wěn)定性。由彈簧的自振頻率

(4)

分析可知，在變質(zhì)量系統(tǒng)中，剛度與載荷為線性變化時(shí)，則ω仍為一常數(shù)，因該系統(tǒng)是在近共振狀況下工作，而在近共振區(qū)附近其振幅,由(4)式知基本為常數(shù)，r為系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，變化也不大，若此時(shí)激振力f基本為常數(shù)，則為常數(shù)，故近共振狀態(tài)下振幅基本為常數(shù)，這就說明此時(shí)系統(tǒng)振幅穩(wěn)定，工作狀態(tài)平穩(wěn)。

由樣機(jī)研制的試驗(yàn)可知，在系統(tǒng)出現(xiàn)的高振動強(qiáng)度作用下，不等節(jié)距螺旋彈簧的節(jié)距變化按由小到大遞增單向排列時(shí)，并圈數(shù)較多而噪聲較大，且對二級偏塊系統(tǒng)引起載荷的階躍變化反應(yīng)不穩(wěn)定；節(jié)距變化按兩端小中間大雙向遞增排列，沒有并圈數(shù)而并圈噪聲為零，且對二級偏塊系統(tǒng)引起載荷的階躍變化反應(yīng)較為穩(wěn)定；考慮到高振動強(qiáng)度的影響及系統(tǒng)振動的穩(wěn)定性，故本設(shè)計(jì)采用后者。

非線性變節(jié)距彈簧使系統(tǒng)剛度隨載荷變化而變化，不但具有節(jié)能高效之特點(diǎn)，同時(shí)能使系統(tǒng)振幅基本穩(wěn)定。因此將傳統(tǒng)振動磨中作為主振彈簧的普通螺旋壓縮彈簧改為適宜的非線性變節(jié)距螺旋壓縮彈簧，可達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)振幅、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效節(jié)能之目的。

如圖5所示，變節(jié)距不并圈螺旋彈簧組的分布情況，變節(jié)距不并圈螺旋彈簧在振動磨中沿與電機(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粉磨工作。

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