本發(fā)明屬于礦物粉磨設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磨介主動撞擊并旋轉(zhuǎn)研磨的振動研磨方法。

背景技術(shù)：

我國是礦產(chǎn)資源大國，現(xiàn)已探明的礦產(chǎn)就有近200種，礦產(chǎn)資源總量位居世界第三，僅次于美國和俄羅斯，占到世界礦產(chǎn)總量的12％左右，但是關(guān)系國計民生的用量較大的礦產(chǎn)，或由于選礦難，或由于找礦設(shè)備的原因，使得很多礦產(chǎn)資源開發(fā)利用條件差。而在對礦產(chǎn)資源尋找的過程中，必須要對礦物經(jīng)過分析化驗，這樣就要對礦物試樣進行破碎和粉磨，然后才能進一步分析。

物料的破碎是工礦企業(yè)中應(yīng)用非常多的一種工藝過程，大多數(shù)原始的開采物料都需經(jīng)過破碎和粉磨這一工藝，我國每年需要對數(shù)億噸礦石和石料進行破碎和粉磨。傳統(tǒng)破碎機的破碎方法存在很大的局限性，當物料的強度達到2×108Pa時，物料就很難被破碎或者粉磨，也就要求所選設(shè)備的性能越高。

振動磨機是試樣加工過程中細研磨的一種重要加工設(shè)備，振動粉磨克服了傳統(tǒng)工藝的缺點，有占地面積小、研磨介質(zhì)填充率，振動頻率高、單位容積筒體的處理量大、功耗較小、產(chǎn)品粒度細等優(yōu)點。但是由于相關(guān)技術(shù)的落后，存在加工效率低下、粉磨粒度較大、設(shè)備易出現(xiàn)故障、能耗較大等問題。因此研制出有效提高加工效率、細化礦物粉磨粒度、提高設(shè)備的使用壽命并降低能耗的設(shè)備，不但對該行業(yè)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益，而且對實驗室礦產(chǎn)資源試樣加工行業(yè)及礦業(yè)選礦有一定的積極意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種磨介主動撞擊并旋轉(zhuǎn)研磨的振動研磨方法，可有效解決傳統(tǒng)振動磨機研磨效率低、能耗大、彈簧疲勞失效的問題，是一種磨介于磨腔內(nèi)部主動撞擊并旋轉(zhuǎn)研磨物料的振動研磨方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種磨介主動撞擊并旋轉(zhuǎn)研磨的振動研磨方法，采用無級調(diào)速電機驅(qū)動擺動軸，磨介設(shè)置在帶偏心塊的擺動軸的下端，使所述磨介和偏心塊呈一定的空間夾角固定在擺動軸適當位置上，以使激振力主要作用在水平面，且所述磨介和偏心塊通過傳動裝置隨無級調(diào)速電機旋轉(zhuǎn)，在激振力作用下在磨腔內(nèi)部主動對物料撞擊并隨電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)研磨。

所述磨介有一定的偏心距，例如37.94mm，以使自身產(chǎn)生一定的激振力?？筛鶕?jù)設(shè)計要求設(shè)計偏心距，同時滿足設(shè)計性能要求。磨介有一定的強度剛度和耐磨性，有較好的使用壽命。

所述磨介與偏心塊呈90°的空間夾角固定在擺動軸上，其夾角大小取決于磨機激振力大小要求，可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)空間夾角可調(diào)節(jié)激振力大小。

所述的磨介和偏心塊固定在擺動軸上適當位置，所述擺動軸豎直方向上受力平衡，以使得擺動軸盡量保持豎直狀態(tài)，激振力主要在水平面內(nèi)，磨介有較好的水平撞擊條件。

所述磨介在磨腔內(nèi)部，磨介底部與磨腔底部貼合，以減少底部研磨乏能區(qū)。

所述無級調(diào)速電機以可變的旋轉(zhuǎn)加速度逐漸加速啟動，工作結(jié)束后以一定的減速度逐漸減速，以改善傳動件受力，且工作時的轉(zhuǎn)速可變。

無級調(diào)速電機采用基于S型曲線的加減速控制方法，將加減速過程分為7個階段(每一段對應(yīng)的加加速度為常量)：加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段、減減速段，從而漸變地控制電機旋轉(zhuǎn)速度，按S型曲線形式平滑變化，加速度連續(xù)，改善萬向節(jié)等關(guān)鍵部件受力，其最大加速度取決于萬向節(jié)受力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)磨介和偏心塊在磨腔內(nèi)部研磨，可減小參振質(zhì)量，且無級調(diào)速電機可降低啟動功率，可有效節(jié)能。

2)磨介在自身和偏心塊產(chǎn)生的激振力下主動撞擊，可使得磨介與物料間產(chǎn)生較大的撞擊力，有利于研磨初始階段的物料的粗磨。

3)磨介隨軸轉(zhuǎn)動，可產(chǎn)生較大的旋轉(zhuǎn)動能，與物料間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)研磨，有利于研磨后期的物料的細磨。

4)無級調(diào)速電機可改善萬向節(jié)的因電機啟動停止的瞬時受力，提高萬向節(jié)使用壽命。

5)磨介內(nèi)部撞擊，降低了傳統(tǒng)磨機對磨腔的振幅的要求，一定程度上改善了支撐彈簧受力狀況。

6)磨介于磨腔內(nèi)部主動研磨，可根據(jù)不同物料性質(zhì)和進出料粒度調(diào)節(jié)偏心塊位置、夾角和電機轉(zhuǎn)速等，調(diào)節(jié)激振力和振動頻率進行高效針對性的研磨。

附圖說明

圖1為本發(fā)明涉及的立式振動磨機的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為擺動軸—偏心甩錘配合圖。

圖3為圖2的AA剖視圖。

圖4為法蘭俯視圖。

圖5為圖1中的I的放大圖。

圖6為圖5的B-B視圖。

圖7為圖6的C視圖。

圖8為某傳統(tǒng)型立式振動磨機結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例中A磨機和B磨機的碰撞力分析示意圖。

圖10為本發(fā)明實施例中A磨機和B磨機的磨介運動軌跡示意圖。

圖11為本發(fā)明實施例中A磨機和B磨機的磨介旋轉(zhuǎn)動能示意圖。

圖12為本發(fā)明實施例中A磨機和B磨機中彈簧受力示意圖。

圖13為本發(fā)明實施例中A磨機和B磨機中彈簧水平方向振幅示意圖。

圖14為本發(fā)明實施例中A磨機和B磨機的磨介動能示意圖。

其中，1為偏心甩錘、2為擺動軸、3為機架、4為鎖緊裝置、5為空氣彈簧、6為動支架、7為電機支架、8為輪胎式聯(lián)軸器、9為無級調(diào)速電機、10為圓錐滾子軸承、11為萬向節(jié)、12為上凹凸式法蘭、13為下凹凸式法蘭、14為偏心塊、15為磨腔、16為橡膠墊片、17為墊片、18為軸一、19為拉桿、20為軸二、21為偏心凸起、22為偏心錐孔；23為主機、24為殼體、25為缽體、26為磨介、27為氣動彈簧、28為主振彈簧、29為偏心塊裝置、30為軸系、31為電機、32為皮帶輪組。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，下面結(jié)合申請人立式振動磨機(專利CN201620321364.4)詳細說明本發(fā)明的實施方式，并將其效果與一種傳統(tǒng)方法研磨的立式振動磨機進行仿真對比，分析本方法的優(yōu)劣。

工作開始前，打開鎖緊裝置4，通過上凹凸式法蘭12和下凹凸式法蘭13實現(xiàn)磨腔15和動支架6的快速分離，從而將物料裝入磨腔15，裝料完成后閉合上凹凸式法蘭12和下凹凸式法蘭13，并關(guān)閉鎖緊裝置4。

工作時，無級調(diào)速電機9從低速開始啟動，并逐漸加速至工作轉(zhuǎn)速，無級調(diào)速電機9通過輪胎式聯(lián)軸器8和萬向節(jié)11與磨腔15內(nèi)的擺動軸二聯(lián)接，擺動軸二通過固定在其上的偏心塊14實現(xiàn)離心運動，并帶動起下端的偏心甩錘(磨介)1與磨腔15之間產(chǎn)生研磨。偏心塊14和偏心甩錘(磨介)1之間的位置及空間夾角由研磨要求進行調(diào)節(jié)。偏心甩錘1上對稱設(shè)置有偏心凸起21和偏心錐孔22，同時偏心錐孔22可使物料通過，并增加偏心力，增強研磨作用。偏心甩錘(磨介)1和偏心塊14固定在擺動軸二的適當位置，使擺動軸二在豎直方向上無較大傾斜，碰撞力主要在水平面。偏心甩錘(磨介)1在激振力作用下主動撞擊物料，有利于研磨階段的粗磨；其隨電機轉(zhuǎn)動，可產(chǎn)生較大的旋轉(zhuǎn)研磨，對研磨階段的細磨更為有利，綜合起來，較傳統(tǒng)形式振動磨機，本研磨方法更加有利于研磨(細磨、超細磨等)。偏心甩錘(磨介)1在磨腔15內(nèi)部進行研磨，可減小振動，且工作產(chǎn)生的振動可通過固定在磨機的機架3和動支架6間的空氣彈簧5緩沖?？諝鈴椈?(或橡膠彈簧)向磨腔12的軸心呈一定的傾角布置，可支撐磨腔15，并緩沖振動。磨腔15固定在動支架6的下部，進而支撐到空氣彈簧5上，有利于磨腔15在重力和彈簧彈力作用下恢復(fù)豎直狀態(tài)。

工作一定的時間后，達到所需的細度，關(guān)閉無級調(diào)速電機9，無級調(diào)速電機9將轉(zhuǎn)速逐漸降低至停車，打開鎖緊裝置4，打開法蘭12、13，卸下磨腔15，取出產(chǎn)品，從而實現(xiàn)一次工作循環(huán)。

為分析本方法的優(yōu)點，結(jié)合設(shè)備對采用本方法的立式振動磨機(專利CN201620321364.4)(簡稱A磨機)與采用傳統(tǒng)方法的某傳統(tǒng)型立式振動磨機(簡稱B磨機，結(jié)構(gòu)如圖8所示，由主機23、殼體24、缽體25、磨介26、氣動彈簧27、主振彈簧28、偏心塊裝置29、軸系30、電機31、皮帶輪組32等組成)進行動力學(xué)仿真分析，對比結(jié)果如下：

A磨機的偏心塊和偏心甩錘質(zhì)量分別為m₁＝10.61kg和m₂＝66.51kg，偏心距分別為e₁＝101.06mm和e₂＝37.94mm。B磨機的偏心塊和磨介質(zhì)量分別為m₃＝55.95kg和m₄＝25.22kg，偏心距分別為e₃＝156.58mm和e₄＝4.24mm。

兩偏心塊m₁、m₂產(chǎn)生的慣性力F_i的大小為：

F_i＝m_ie_iω²,(i＝1,2) (1)

由于兩慣性力之間的夾角與兩偏心塊在空間內(nèi)的夾角α相等，所以，兩慣性力產(chǎn)生的合力F為：

$F=\sqrt{F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_{2}cos\mathrm{\α}}=\sqrt{m_1^2{e}_1^2+m_2^2{e}_2^2+2m_1{e}_1{m}_2{e}_{2}cos\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}}^2---\left(2\right)$

取α＝90°，轉(zhuǎn)速960r/min，此時磨機受到水平方向的振動和強烈的搖擺振動，更有利于物料的粉磨。計算可知，A磨機激振力F＝2.77×10⁴N，B磨機激振力為8.72×10⁷N。

1碰撞力的對比分析

從圖9可知，A磨機的最大和最小碰撞力分別為1.07×10⁶N和0N，分析所有數(shù)據(jù)求平均值為117700.29N；B的最大和最小碰撞力分別為2.50×10⁵N和0N，分析所有數(shù)據(jù)求平均值為8847.82N。

從圖10可知，A磨機的磨介(偏心甩錘)軌跡線更均勻且密集，而B磨機的磨介軌跡線更分散，由此可知單位時間內(nèi)A磨機碰撞次數(shù)更多。

振動磨機磨介碰撞力對物料的粗磨階段影響較大且碰撞力越大越有利于粗磨，對細磨階段影響較小。而磨介運動軌跡的密集程度可以反映出其碰撞次數(shù)多少，軌跡線越密集，碰撞次數(shù)越多，研磨效果越好。由此可知，A磨機的激振力明顯小于B磨機，但碰撞力卻明顯大于B磨機，單位時間內(nèi)的碰撞次數(shù)也明顯比B磨機多，所以A磨機對物料粗磨階段更加有利。

2旋轉(zhuǎn)動能的對比

由圖11可知，A磨機旋轉(zhuǎn)動能最大值和最小值分別為6247.85J和5195.19J，平均值為5694.26J，B磨機旋轉(zhuǎn)動能最大值和最小值分別為125.85J和0.026J，平均值為5.49J。明顯可以看出A磨機旋轉(zhuǎn)動能更大，原因在于B磨機磨介(偏心甩錘)隨電機轉(zhuǎn)動，其旋轉(zhuǎn)動能會更大。

在物料粗磨階段，碰撞力的影響效果會有所降低，而研磨介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)動能的影響效果會明顯增大，因此A磨機的磨介旋轉(zhuǎn)動能更大，更加有利于細磨。

3彈簧受力對比

彈簧是振動磨機緩沖振動的主要部件，其受力狀況將決定其疲勞壽命，進而影響磨機壽命。從圖12可以看出，A磨機的彈簧受力最大為1.07×10⁷N，穩(wěn)定后彈簧最大受力約為5.41×10⁶N；B磨機的彈簧受力最大為2.45×10⁵，穩(wěn)定后彈簧最大受力約為1.50×10⁵N。

從圖13可知，A磨機磨腔最大振幅為0.0201m，穩(wěn)定后振幅為0.0141m；B磨機磨腔最大振幅為0.022m，穩(wěn)定后振幅為0.0176m。

考慮到A磨機的撞擊力約為B磨機撞擊力的13.30倍，且相同布置形式下，水平振幅更小，其水平受力也更小，進而由此造成的疲勞損壞更輕，彈簧受力雖大，但相比B磨機，A磨機的彈簧受力更合理。原因在于，B磨機若要產(chǎn)生足夠的碰撞力，磨腔必須有一定的振幅，在此過程中，彈簧必然會產(chǎn)生較大的橫向移動，受力不合理。

4節(jié)能性對比

在相同電機輸入的情況下，磨介動能占總輸入能量的比率更大大，能量更廣泛的應(yīng)用于物料研磨，能量分配更加合理。本文在相同電機輸入的前提下，由圖14分析可知，A磨機動能最大為16189.52J，穩(wěn)定后動能為9171.82J；B磨機動能最大為1176.85J，穩(wěn)定后動能約為162.37J。

由此可知，在相同電機輸入的情況下，A磨機磨介動能遠遠大于B磨機，其能量分配更合理，更加有利于節(jié)能。

由兩種方法的立式振動磨機的仿真分析對比可知，采用本方法的振動磨機可產(chǎn)生更大的碰撞力，更有利于物料粗磨；磨介隨電機轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)動能更大，對研磨后期的細磨更有利；其研磨更穩(wěn)定，研磨介質(zhì)軌跡密度更大，撞擊次數(shù)更多，更有利于物料研磨；內(nèi)部撞擊的形式，彈簧只其支撐和緩沖的作用，減少了對研磨箱體施加運動的疲勞損失，其受力效果更好；內(nèi)部研磨的形式減少了參振質(zhì)量，研磨介質(zhì)動能占比更大，更有利于節(jié)能。因此本方法更有利于物料研磨、節(jié)能和彈簧等部件受力情況的改善。

綜上，本發(fā)明為一種磨介主動碰撞并旋轉(zhuǎn)研磨的振動研磨方法，無級調(diào)速電機逐漸加速啟動或停止，減小啟動或停止對萬向節(jié)等的瞬時沖擊，有一定偏心距的磨介與偏心塊固定在擺動軸的適當位置，保證擺動軸呈現(xiàn)良好的豎直狀態(tài)、激振力主要在水平面，磨介通過萬象聯(lián)軸器等傳動裝置隨無級調(diào)速電機旋轉(zhuǎn)，在磨腔內(nèi)部與物料撞擊并旋轉(zhuǎn)研磨，根據(jù)實際物料性質(zhì)及進出口粒度等調(diào)節(jié)磨介與偏心塊空間夾角、電機轉(zhuǎn)速等。

上述僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護范圍的行為。