一種參數可調的振動-攪拌複合型高能球磨機的製作方法

2023-04-30 04:34:51 1

專利名稱：一種參數可調的振動-攪拌複合型高能球磨機的製作方法
技術領域：
本實用新型是涉及球磨機械設備，具體地說是一種參數可調的振動一攪拌複合型高能 球磨機。
背景技術：
隨著材料科學技術的進步，納米技術成了家喻戶曉的名詞。納米材料在各領域的成功 應用，使得對於納米材料的需求劇增，高效製備納米材料成為一個急需解決的問題，高能 球磨機就是用機械球磨的方法製備納米材料的主要設備。
所謂機械球磨是將預處理過的材料粉末，與用硬質合金或工程陶瓷製成的磨球一起放 入球磨罐內，通過機械傳動機構驅動球磨罐，使磨球與材料顆粒在球磨罐內發生強烈的衝 擊、碰撞。材料粉末顆粒通過一系列的衝擊變形、斷裂、冷焊，再變形、斷裂……的反覆 破碎過程，使得材料顆粒的尺寸不斷細化，最後獲得超細的納米材料。由於機械球磨不改 變材料的化學結構，不但可以生產單一物質的納米材料，還可以將完全不相熔或熔點相差 很大的幾種材料，製成成分均勻的機械合金化複合材料，在這方面，機械球磨是唯一的、 不可替代的手段。
常規的機械球磨有三大類第一類是一個大圓盤上有6 8個可以自轉的小圓盤，材 料和磨球一起放入圓柱形的球磨罐，置於小圓盤上。工作時，罐體一面自轉， 一面又隨大
圓盤公轉，這就是所謂的行星式球磨機，典型機型為南京大學研製的QM—ISP行星式球 磨機。
第二類將球磨罐放在支承於彈簧上的振動板上，振動板上裝有偏心凸輪和電機，電機 轉動時，通過凸輪機構帶動振動板振動，從而使置于振動板上的球磨罐也隨同一起振動， 此即為振動式球磨機。
第三類在球磨罐中心設置了一根攪拌軸(I)，軸上鑲嵌有多隻攪拌棒(II)，當電機帶動 攪拌軸高速旋轉時，通過攪拌棒在球磨罐體(III)內直接翻動材料和磨球，此即攪拌式球磨 機。(見圖1)
普通機械球磨的過程很長，通常需要數十甚至數百小時的連續工作，如何縮短這一過 程，提高納米材料的產量是新型球磨機急待解決的問題。制約球磨效率兩大因素是磨球的衝擊能量及磨球的運動軌跡，前者決定了磨球每次衝擊的破碎效果，後者決定了最後成品 材料尺寸的均勻性。高能球磨機磨球的衝擊能量遠大於筒體轉動的普通球磨機，這也就是 高能球磨機的含義。如何加大磨球的衝擊能量，並使之具有複雜多變的三維運動軌跡，是 提升球磨機球磨效率的主要方法，也是高能球磨機目前發展改進的方向。 以上提到的三類球磨機基型存在下列問題
1. 運動形式單一，無法使磨球獲得足夠大的衝擊能量；
2. 振動式球磨機最重要的參數是振動頻率與振幅，目前振動式球磨機振動參數是固 定的，導致某些工況下振幅偏小，振動頻率過低；
3. 攪拌式球磨機上攪拌棒的數量、相互位置、棒頂端與球磨罐體的間距，決定了攪 拌式球磨機的性能，但目前的攪拌式球磨機這些參數都不可調，不能適應因材料重量、磨 球直徑以及球一料比變化引起的工況差異。
發明內容
本實用新型的目的是克服上述存在的不足，提供一種參數可調的振動一攪拌複合型高 能球磨機，實現了旋轉和振動的統一，多運動的複合，使磨球獲得了更大的衝擊能量，球 磨效率可提高2 3倍。
本實用新型的複合型高能球磨機包括機座、調速電機、球磨機主體部分、半聯軸器、 配重塊，其特徵在於球磨機主體部分主要由球磨罐、主軸、攪拌裝置、右端蓋、左端蓋構 成，攪拌裝置裝於主軸上，主軸通過軸承裝置固定於球磨罐體的右端蓋和左端蓋兩端；其 中攪拌裝置由偏心隔套、攪拌棒相間以花鍵形式裝於主軸上構成，球磨罐為帶夾層的中空 柱體，由外筒、內筒、筒體法蘭焊接而成，在機座上裝有支承彈簧芯軸和套於其上的支承 彈簧，支承彈簧與球磨罐連接。
其特徵還在於端蓋上設有保護氣體進氣接頭和端面密封件；外筒體上設置冷卻水進 口和冷卻水出口，內筒體上設置排氣口。主軸為階梯軸，中部有標準的外花鍵，偏心隔套 和攪拌棒均有與主軸相同規格的花鍵孔，安裝在主軸的花鍵上，徑向安裝的角度可以任選， 攪拌棒與主軸一起轉動。
本實用新型能實現的功能及參數調節
1、攪拌棒位置與數量的調節本實用新型的攪拌棒與主軸是可分離的，偏心隔套及 攪拌棒有與主軸相同規格的花鍵孔，且軸向厚度相等，如圖4、 5所示。由於花鍵長度一 定，安裝時二者的總片數一定，但各自數量可以任意組合。變換組合就可以增、減攪拌棒的數量；交換偏心隔套與攪拌棒的安裝順序，可以調整攪拌棒的軸向位置；選擇不同的安 裝角度，使內、外花鍵不同的齒相嚙合，可以改變各攪拌棒及偏心隔套在圓周方向的相對 位置。圖6和圖7是任意給出的兩種組合方式，從圖上可以看到，攪拌棒的數量、軸向位 置、周向位置都不同。
2、 振幅的調節振動的激振力由偏心隔套產生，總的激振力是各偏心隔套激振力的 矢量和。設每個偏心隔套產生的激振力相等，記為F，偏心隔套的中心線安裝角可變，設 兩個偏心隔套中心線安裝夾角為a，見圖8，顯然合力方向在夾角的角平分線上，經簡單 計算可知合力大小為&=2Fcos"
同向安裝時"=0° &=2F 此時激振合力最大； 反向安裝時"=180° ^=0 此時相互抵消，激振合力為零；
若共有"個偏心隔套，則總的激振力取值範圍是&=0~/^ 。
由振動學理論知，當振動質量一定時，振幅與總激振力成正比。因此，只要調整偏心 隔套的安裝角，就能改變總激振力，從而方便的調整球磨機的振幅。適當調整各偏心隔套 的安裝角，使各偏心隔套的激振力相互抵消，還可以使^=0，實現純攪拌球磨。
3、 振動頻率的調節此球磨機屬於強迫振動，其振動頻率與電機的轉速相等，只要 改變調速電機的轉速，就能調整球磨機的振動頻率。
4、 冷卻與氣體保護材料顆粒的尺寸接近納米級後，材料的活性劇增，為了防止材 料與球磨罐內的空氣發生化學反應或因溫度升高發生爆炸，本球磨機球磨罐的特殊結構具 有冷卻和氣體保護功能，可防止上述意外發生。球磨罐由內筒、外筒及筒體法蘭焊接而成， 外筒上設置有進出水接口，工作時在內外套之間通入循環的冷卻水，控制球磨罐的最高溫 度。球磨罐的左右端蓋上有端面密封元件，主軸上有軸密封元件，球磨工作運行期間，內 筒外界空氣隔絕。當裝料完畢，先將進氣口接通惰性氣體，打開排氣孔，用惰性氣體置換 球磨罐內的空氣，確信罐內空氣置換乾淨後，關閉排氣孔，整個球磨期間，不允許關閉進 氣口，保持球磨罐內惰性氣體的壓力略高於外部，以防止空氣侵入，確保材料為惰性氣體 所包圍，不發生化學反應，保證被加工材料的質量。
本實用新型的球磨機的主要優點如下-
1、 圓周攪拌與垂直直線振動的複合，實現了被加工材料複雜三維空間曲線的運動軌 跡，混合效果好，生產出的納米材料粒度均勻；
2、 多運動形式的複合，能使磨球獲得很大的衝擊能量，球磨效果好，產量高；3、 振動頻率和振幅可調，可獲得最佳的磨球運動速度和振動效果；
4、 攪拌棒數量、軸向位置，周向位置可調，可根據材料硬度、粒度、球一料比的不 同適當進行調整，實現最佳工況運行；
5、 惰性氣體保護，可用於化學特性活潑元素的納米材料加工。
6、 具有(特殊裝置的)冷卻系統，可防止高溫引起爆炸，安全係數高。
7、 與主軸可分離的組合式攪拌棒，便於更換其它結構更合理的攪拌裝置，發展潛力大。 綜上所述，球磨罐的旋轉運動和垂直方向振動的複合，實現了高速旋轉運動與大振幅
振動的完美統一，磨球三維空間的運動軌跡，增加了磨球的衝擊能量，提高了生產效率。 同時，可以通過調節調速電機的轉速改變振動的頻率，改變偏心隔套的安裝角度可以得到 適當的振動幅度，進而調整磨球的衝擊能量。因振動頻率和振動幅值的可調性，可滿足不 同材料的加工要求，使其應用範圍得到極大地改善，具有很好的應用前景。

圖1是攪拌式球磨機原理示意圖。
圖2是本實用新型的球磨罐及攪拌裝置結構示意圖。
圖3是本實用新型的球磨機整機結構示意圖。
圖4是本實用新型的攪拌棒結構示意圖。
圖5是本實用新型的偏心隔套結構示意圖。
圖6是本實用新型的攪拌裝置結構示意圖。
圖7是本實用新型的攪拌裝置結構示意圖。
圖8是本實用新型的安裝角為a的激振力計算簡圖。
圖9是本實用新型的安裝角為180°的激振力計算簡圖。
圖中，i一攪拌軸，n—攪拌棒，m—球磨罐，l一主軸，2—軸承，3—保護氣體
進氣接頭，4一端面密封件，5 —筒體法蘭，6—冷卻水出口， 7—外筒，8—內筒，9一 排氣口， IO—右端蓋，ll一配重塊，12—偏心隔套，13—攪拌棒，14一冷卻水進口， 15 —左端蓋，16 —軸密封件，17—軸承蓋，18 —地腳螺釘，19一機座，20 —調速電 機，21 —半聯軸器I ， 22 —聯接膠片，23 —半聯軸器n， 24 —支承彈簧，25_彈簧芯 軸。
具體實施方式
本實用新型球磨機整機結構如圖3所示，包括機座19、調速電機20、半聯軸器22和23、攪拌罐、配重塊ll、支承彈簧24和彈簧芯軸25等組成；如圖2所示，球磨機主體部 分主要由球磨罐、主軸l、攪拌裝置、右端蓋IO、左端蓋15構成，攪拌裝置裝於主軸上， 主軸通過軸承裝置(軸承2、軸承蓋17、軸密封件16等)固定於球磨罐體的右端蓋和左 端蓋兩端；其中攪拌裝置由偏心隔套12、攪拌棒13相間以花鍵形式裝於主軸1上構成， 主軸為階梯軸，中部有標準的8齒花鍵，偏心隔套和攪拌棒均有花鍵內孔，安裝在主軸的 花鍵上，徑向安裝的角度可以任選，攪拌棒與主軸一起轉動，主軸l安裝於端蓋內的軸承 孔內。球磨罐為帶夾層的中空柱體，由外筒7、內筒8、筒體法蘭5焊接而成。左端蓋上 設有保護氣體進氣接頭3和端面密封件4，保證球磨罐的密封；外筒7上設置冷卻水進口 14和冷卻水出口6，內筒8上設置排氣口9，並通過外筒7通向外部，左右端蓋IO、 15用 螺栓固定在球磨罐的筒體法蘭5上。
如圖3所示，底座設有地腳螺釘18，安裝完畢後整機用地腳螺釘18在地基上固定。 底座19上固定有四根彈簧芯軸25，每根彈簧芯軸上部套有支承彈簧24，球磨罐支承在彈 簧24上。調速電機20安裝在底座上，通過半聯軸器I 21、聯接膠片22、半聯軸器I123 與花鍵主軸1連接，並驅動主軸1以及安裝在主軸1上的偏心隔套12和攪拌棒13 —起高 速旋轉，偏心隔套12產生的偏心力與支承彈簧24相互作用，使得整個球磨罐連同內部的 待磨材料及磨球， 一起沿著彈簧芯軸的軸線做垂直方向的振動。磨球及待磨材料同時受到 攪拌和振動的作用，實現了旋轉和振動的統一，故本發明屬攪拌振動複合型磨球機。磨球 及待磨材料的運動，是隨攪拌棒的圓周運動與垂直方向振動的合成的複合運動，運動軌跡 為隨機的三維空間曲線。多運動的複合，使磨球獲得了更大的衝擊能量，球磨效率可提高 2~3倍。
權利要求1、一種參數可調的振動—攪拌複合型高能球磨機，包括機座、調速電機、半聯軸器、球磨機主體部分、配重塊，其特徵在於球磨機主體部分主要由球磨罐、主軸、攪拌裝置、右端蓋、左端蓋構成，攪拌裝置裝於主軸上，主軸通過軸承裝置固定於球磨罐體的右端蓋和左端蓋兩端；其中攪拌裝置由偏心隔套、攪拌棒相間以花鍵形式裝於主軸上構成，球磨罐為帶夾層的中空柱體，由外筒、內筒、筒體法蘭焊接而成，在機座上裝有支承彈簧芯軸和套於其上的支承彈簧，支承彈簧與球磨罐連接。
2、 根據權利要求1所述的參數可調的振動一攪拌複合型高能球磨機，其特徵在於端 蓋上設有保護氣體進氣接頭和端面密封件。
3、 根據權利要求1所述的參數可調的振動一攪拌複合型高能球磨機，其特徵在於外 筒體上設置冷卻水進口和冷卻水出口，內筒體上設置排氣口。
4、 根據權利要求1所述的參數可調的振動一攪拌複合型高能球磨機，其特徵在於主軸為階梯軸，中部有齒花鍵，偏心隔套和攪拌棒均有花鍵內孔，安裝在主軸的花鍵上。
專利摘要本實用新型是一種參數可調的振動-攪拌複合型高能球磨機。包括機座、調速電機、半聯軸器、球磨機主體部分、配重塊，其特徵在於攪拌罐主要由球磨罐、主軸、攪拌裝置、右端蓋、左端蓋構成，攪拌裝置裝於主軸上，主軸通過軸承裝置支撐於球磨罐體的右端蓋和左端蓋兩端；其中攪拌裝置由偏心隔套、攪拌棒相間以花鍵形式裝於主軸上構成，球磨罐為帶夾層的中空柱體，由外筒、內筒、筒體法蘭焊接而成，在機座上裝有支承彈簧芯軸和套於其上的支承彈簧，支承彈簧與球磨罐連接。實現了高速旋轉運動與大振幅振動的完美統一，增加了磨球的衝擊能量，提高了生產效率。並可以調節振動頻率和振動幅度。
文檔編號B02C17/16GK201231161SQ2008200814
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月25日 優先權日2008年7月25日
發明者伍小東, 周成賀, 張自華, 曹學傑, 朱炎周, 楊尚平, 楊曉玉, 飈 王, 胡建軍, 趙光波 申請人:昆明理工大學