專利名稱：振幅、頻率精確可控的3d振動(dòng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一種振幅和頻率都精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，用于冶金、材料及化工領(lǐng)域的散體粒子在振動(dòng)條件下的堆積致密化、流態(tài)化、混料和分離及抑制偏析等方面的研究。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)冶金、材料及化工領(lǐng)域的散體粒子的堆積致密化、流態(tài)化、混料及分離現(xiàn)象的一種有效方式是使用振動(dòng)，尤其是對(duì)粒子堆積的致密化，通過振動(dòng)可以使粒子堆積實(shí)現(xiàn)從疏松向致密的轉(zhuǎn)變，目前國(guó)內(nèi)外已有的振動(dòng)設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)的是一維(ID)豎直方向的振動(dòng)， 而這種振動(dòng)設(shè)備通常對(duì)粒子堆積密度提高的幅度有限。例如，以同一尺寸球形粒子在ID振動(dòng)條件下的堆積致密化為例，其國(guó)際上公認(rèn)的最大堆積密度約為0. 64，這是隨機(jī)堆積的范疇，也就是說，現(xiàn)有的ID振動(dòng)設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)粒子堆積的無定形態(tài)或非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)。而用ID 振動(dòng)設(shè)備振動(dòng)，則很難實(shí)現(xiàn)堆積密度比較高的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)粒子的更密堆積，雖然也有人設(shè)計(jì)了 3D的振動(dòng)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。 該設(shè)備雖然可以在一定程度上突破ID振動(dòng)獲得高密度的瓶頸，但獲得的高密度仍然有限， 而且可以看出無論是對(duì)振動(dòng)頻率的控制還是振幅的控制都是定性的，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性差?，F(xiàn)有的其它3D振動(dòng)設(shè)備也是如此，而且部分還是采用電磁振動(dòng)，設(shè)備復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)參數(shù)的可選擇范圍窄，價(jià)格昂貴。實(shí)際上，需要準(zhǔn)確的操作參數(shù)實(shí)現(xiàn)粒子的致密堆積。根據(jù)上述振動(dòng)設(shè)備帶來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)性差、很難實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的同時(shí)振動(dòng)以及實(shí)驗(yàn)獲得的堆積密度較低
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)上容器的三維振動(dòng)，單獨(dú)或同時(shí)振動(dòng)且每個(gè)方向上振動(dòng)的振幅和頻率都能通過程序精確可控。振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，包括位于機(jī)架上的振動(dòng)臺(tái)、電機(jī)、容器和工控機(jī)，其特征在于振動(dòng)臺(tái)上面疊落著導(dǎo)向板及容器固定板并在其上安置容器，容器固定板和導(dǎo)向板之間均安裝滑塊和X、Y、Z三個(gè)方向的導(dǎo)軌，配置變頻調(diào)速器的三個(gè)電動(dòng)機(jī)分布在機(jī)架的不同位置，電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過不同偏心度的偏心輪組與中、下層的X、Y方向的兩個(gè)水平撞桿、上層Z向的下頂桿連接，兩個(gè)水平方向?qū)О甯髯耘渲脧?fù)位器，水平撞桿和下頂桿均與各自的軸承相接觸。本實(shí)用新型的設(shè)備可以在工控機(jī)控制程序的界面上選擇三個(gè)方向的任意一個(gè)或同時(shí)振動(dòng)作業(yè)。水平方向復(fù)位器的使用保證了振動(dòng)的連續(xù)性，在豎直方向振動(dòng)臺(tái)、容器及容器內(nèi)散體粒子的自身重量外加與導(dǎo)套接觸的彈簧起到了復(fù)位器的作用。另外，方便更換且尺寸精度很高的偏心輪及可在很寬范圍內(nèi)變化的變頻調(diào)速器的使用，使本設(shè)計(jì)的設(shè)備足夠精確的控制每一振動(dòng)方向的振幅及頻率。本發(fā)明的設(shè)備提供了一種實(shí)際顆粒材料制備過程中提高松裝密度的有效方法，這對(duì)未來改善顆粒材料產(chǎn)品的性能十分關(guān)鍵。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)示意圖；圖3是偏心輪組示意圖；圖4是復(fù)位器示意圖；圖5是表示現(xiàn)有技術(shù)3D振動(dòng)設(shè)備的原理示意圖；具體實(shí)施方式
參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施例的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備和制造所述振動(dòng)設(shè)備的方法。本實(shí)施例參照附圖1所示，在底座機(jī)架1上面中心安置振動(dòng)臺(tái)2以及容器9，三個(gè)電動(dòng)機(jī)3a，3b, 3c分別通過各自的偏心輪組5與振動(dòng)臺(tái)2中、下層的X、Y方向的兩個(gè)水平撞桿6、上層Z向的下頂桿7連接，兩個(gè)水平方向?qū)О?3和M各自配置復(fù)位器4，水平撞桿6 和下頂桿7均與各自的偏心輪組5中的軸承32相接觸。圖2所示振動(dòng)臺(tái)2結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)2固定在機(jī)架1的兩根橫梁及下聯(lián)板20上，底層的兩根Y方向?qū)к?1a分別固定在下聯(lián)板20的上表面且相互平行，Y方向?qū)к?1a上各有兩個(gè)滑塊2 分別固定在Y向?qū)О?3的下表面，滑塊2 在Y向?qū)к?1a上的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了 Y向?qū)О?3在水平Y(jié)向上的運(yùn)動(dòng)；兩根X方向?qū)к?1b分別固定在Y向?qū)О?3上表面與 Y方向?qū)к?1a相垂直的兩平行邊，每根導(dǎo)軌21b上的兩個(gè)滑塊22b分別固定在X向?qū)О?24的下表面；在X向?qū)О錗上表面固定豎直的Z向?qū)е?1c，每根導(dǎo)柱21c上都有一個(gè)可以滑動(dòng)的導(dǎo)套26與容器固定板25相聯(lián)，導(dǎo)套沈的上端與彈簧27的下端接觸，彈簧27的上端由夾緊器觀固定；振動(dòng)臺(tái)2上四個(gè)Z向?qū)е?1c通過四個(gè)縱向?qū)咨驅(qū)崿F(xiàn)容器9豎直Z向的運(yùn)動(dòng)。容器9固定在容器固定板25上，并隨容器固定板25 —起做給定模式下的振動(dòng)。圖3中所述偏心輪組5由偏心輪30，法蘭31及軸承32構(gòu)成，不同偏心度的偏心輪 30通過法蘭31分別與各電動(dòng)機(jī)3a，3b, 3c的輸出軸鍵合，每個(gè)偏心輪30上有一軸承32與相對(duì)應(yīng)的水平撞桿6和下頂桿7接觸。容器固定板25的下方與下頂桿7相聯(lián)，下頂桿7的另一端與偏心輪組5上的軸承 32相接觸，偏心輪組5與Z方向電動(dòng)機(jī)3c的輸出軸鍵合，從而實(shí)現(xiàn)容器9在豎直方向上給定振幅的振動(dòng)，偏心程度不同，對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅度也不相同。兩個(gè)水平撞桿6的一端分別與振動(dòng)臺(tái)2上的Y向?qū)О?3和X向?qū)О錗的一端相聯(lián)，另一端分別和與水平方向電動(dòng)機(jī)3a， 3b相鍵合的偏心輪組5中的軸承32相接觸。Y向?qū)О?3和X向?qū)О錗的另一端則分別與各自復(fù)位器4的一端相聯(lián)，復(fù)位器4的另一端固定在機(jī)架1上，從而實(shí)現(xiàn)容器9在水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。見圖4，每個(gè)復(fù)位器都是由兩個(gè)彈簧座41及螺栓42中間固定一個(gè)復(fù)位彈簧40構(gòu)成，兩個(gè)復(fù)位器中一端的彈簧座41分別與固定在機(jī)架1上的彈簧支座相連，另一端彈簧座41分別與振動(dòng)臺(tái)2上的X向?qū)О錗和Y向?qū)О?3相連。在機(jī)架1的上方分別固定一塊電動(dòng)機(jī)墊鐵8調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)3a，3b的高度，即使電動(dòng)機(jī)3a輸出軸的軸心與振動(dòng)臺(tái)2的Y向?qū)О?3處于同一高度，使電動(dòng)機(jī)北輸出軸的軸心與振動(dòng)臺(tái)2的X向?qū)О錗處于同一高度，從而使每個(gè)輸出軸上連接的軸承32都能與水平撞桿6接觸良好，從而較好實(shí)現(xiàn)每個(gè)方向上能量的傳遞。在機(jī)架1的內(nèi)部有兩根槽鋼，用來固定豎直方向驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)3c，偏心輪組5通過法蘭31與電動(dòng)機(jī)3c的輸出軸相鍵合，偏心輪組5上的軸承32與下頂桿7接觸，豎直Z向上沒有復(fù)位器，每次振動(dòng)后通過重力復(fù)位。電動(dòng)機(jī)3a，3b, 3c分別由變頻調(diào)速器控制每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)容器9在每個(gè)方向上不同頻率的振動(dòng)。如果關(guān)閉水平方向上的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)3a，3b，只保留豎直方向上的電動(dòng)機(jī)3c，則圖1所述的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)粒子在ID振動(dòng)條件下的堆積，且豎直方向上的振動(dòng)幅和頻率精確可控；如果關(guān)閉豎直方向上的電動(dòng)機(jī)3c，只保留水平方向上的兩個(gè)電動(dòng)機(jī) 3a，3b，則圖1所述的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)粒子在2D (即水平方向上)振動(dòng)條件下的堆積，且水平兩個(gè)垂直方向上振動(dòng)的振幅和頻率都精確可控；如果水平和豎直方向上的三個(gè)電動(dòng)機(jī)3a， 3b, 3c全部打開，則圖1所述的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)粒子在3D (三個(gè)互相垂直的方向上)振動(dòng)條件下的堆積，且在每個(gè)方向上振動(dòng)的振幅和頻率都精確可控。在容器9的圓周四等分處分別標(biāo)有刻度，從而很容易計(jì)算出容器9內(nèi)粒子堆積的高度，方便實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)。
權(quán)利要求1.一種振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，包括位于機(jī)架上的振動(dòng)臺(tái)、電機(jī)、容器和工控機(jī)，其特征在于振動(dòng)臺(tái)上面疊落著導(dǎo)向板和容器固定板并在其上安置容器，容器固定板和導(dǎo)向板之間均安裝滑塊和X、Y、Z三個(gè)方向的導(dǎo)軌，配置變頻調(diào)速器的三個(gè)電動(dòng)機(jī)分布在機(jī)架的不同位置，電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過不同偏心度的偏心輪組與中、下層的X、Y向的兩個(gè)水平撞桿、上層Z向的下頂桿連接，兩個(gè)水平撞桿各自配置復(fù)位器，復(fù)位器和下頂桿均與各自的軸承相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，其特征在于振動(dòng)臺(tái)(2) 固定在機(jī)架(1)的兩根橫梁及下聯(lián)板00)上，底層的兩根Y向?qū)к?21a)分別固定在下聯(lián)板00)上平面且相互平行，Y向?qū)к?21a)上各有兩個(gè)滑塊(22a)分別固定在Y向?qū)О?(23)下平面，滑塊(22a)在Y向?qū)к?21a)上的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了 Y向?qū)О?3)在水平Y(jié)向上的運(yùn)動(dòng)；兩根X向?qū)к?21b)分別固定在Y向?qū)О?3)上表面與Y向?qū)к?21a)相垂直的兩平行邊，每根X向?qū)к?21b)上的兩個(gè)滑塊(22b)分別固定在X向?qū)О?4)下表面；在X 向?qū)О?4)上表面固定豎直的Z向?qū)е鵒lc)，每根導(dǎo)柱(21c)上都有一個(gè)可以滑動(dòng)的導(dǎo)套06)與容器固定板05)相聯(lián)，導(dǎo)套06)的上端與彈簧(XT)的下端接觸，彈簧(XT)的上端由夾緊器08)固定；容器(9)固定在容器固定板05)上，振動(dòng)臺(tái)上四個(gè)Z向?qū)е?21c) 通過四個(gè)縱向?qū)?26)實(shí)現(xiàn)容器(9)Z向的運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，其特征在于兩個(gè)水平撞桿(6)的一端分別與振動(dòng)臺(tái)(2)上的Y向?qū)О?3)和X向?qū)О?4)的一端相聯(lián)，另一端分別和與水平方向電動(dòng)機(jī)(3a，3b)相鍵合的偏心輪組(5)中的軸承(3 相接觸；Y向?qū)О?(23)和X向?qū)О?4)的另一端則分別與各自復(fù)位器(4)的一端相聯(lián)，復(fù)位器(4)的另一端固定在機(jī)架(1)上；每個(gè)復(fù)位器都是由兩個(gè)彈簧座Gl)及螺栓0 中間固定一個(gè)復(fù)位彈簧GO)構(gòu)成，兩個(gè)復(fù)位器中一端的彈簧座Gl)分別與固定在機(jī)架(1)上的彈簧支座相連， 另一端彈簧座Gl)分別與振動(dòng)臺(tái)⑵上的X向?qū)О?4)和Y向?qū)О?3)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，其特征在于容器固定板 (25)的下方與下頂桿(7)相連，下頂桿(7)另一端與偏心輪組( 和Z方向電動(dòng)機(jī)(3c)的輸出軸鍵合的軸承(3 相接觸，從而實(shí)現(xiàn)容器(9)在豎直Z向上給定振幅的振動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，其特征在于在機(jī)架(1) 的上方分別固定一塊電動(dòng)機(jī)墊鐵(8)，使電動(dòng)機(jī)(3b)的輸出軸的軸心與振動(dòng)臺(tái)(2)上的X 向?qū)О?4)處于同一高度，使電動(dòng)機(jī)(3a)的輸出軸的軸心與振動(dòng)臺(tái)(2)上的Y向?qū)О?3) 處于同一高度；在機(jī)架(1)的內(nèi)部有兩根槽鋼，用來固定豎直方向驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(3c)，通過法蘭(31)與該電動(dòng)機(jī)(3c)連接的偏心輪組( 上的軸承(3 與下頂桿(7)接觸，豎直Z 向上沒有復(fù)位器，每次振動(dòng)后通過重力復(fù)位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，其特征在于偏心輪組 (5)由偏心輪(30)，法蘭(31)及軸承(3 構(gòu)成，不同偏心度的偏心輪(30)通過法蘭(31) 分別與各電動(dòng)機(jī)(3a，;3b，3C)的輸出軸鍵合，每個(gè)偏心輪(30)上有一軸承(3 與相對(duì)應(yīng)的撞桿(6)或下頂桿(7)接觸。
專利摘要振幅、頻率精確可控的3D振動(dòng)設(shè)備，包括機(jī)架上的振動(dòng)臺(tái)、電機(jī)、容器和工控機(jī)，其特征在于振動(dòng)臺(tái)上疊落著導(dǎo)向板并在其上安置容器，容器固定板和導(dǎo)向板之間均安裝滑塊和X、Y、Z三個(gè)方向的導(dǎo)軌，配置變頻調(diào)速器的三個(gè)電動(dòng)機(jī)分布在機(jī)架的不同位置，電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過不同偏心度的偏心輪組與中、下層的X、Y方向的兩個(gè)水平撞桿、上層Z向的下頂桿連接，兩個(gè)水平方向?qū)О甯髯耘渲脧?fù)位器，水平撞桿和下頂桿均與各自的軸承相接觸。水平復(fù)位器保證了振動(dòng)的連續(xù)性，在豎直方向振動(dòng)臺(tái)、容器及容器內(nèi)散體粒子的自身重量外加與導(dǎo)套接觸的彈簧起到了復(fù)位器的作用。本設(shè)備能精確地控制每一振動(dòng)方向的振幅及頻率，為顆粒材料制備中提高松裝密度、改善產(chǎn)品性能的有效手段。
文檔編號(hào)B06B3/00GK202097093SQ201120129949
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者馮百鳴, 安希忠, 李超, 李長(zhǎng)興, 邢志濤, 黃飛 申請(qǐng)人:東北大學(xué)