本發(fā)明涉及一種用于物料超細粉體振動制備的粉磨設備，是一種具有中凸型不并圈彈簧、介質為混合密度配比的側置式雙質體振動磨，屬于振動利用與粉體工程的交叉科學技術。

背景技術：

振動磨是利用振動原理來完成物料超細粉磨作業(yè)的振動機械設備，現有超細粉體制備技術中，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，具有物料機械活性大、提純方便、成本低、結構簡單、效率高等優(yōu)勢，現有振動磨支撐彈簧一般采用線型等節(jié)距螺旋彈簧；其介質普遍采用等密度介質，如耐磨鋼、氧化鋯等單一密度介質；機體多為單質體結構；激振源一般采用上置式、下置式、中置式及側置式，對于大型、特大型振動磨，尤以側置式為主。

振動磨的單質體結構，表明由筒體和激振器組成的振動質體與底座之間，是通過螺旋壓縮彈簧相連，振動質體產生的振動，會通過彈簧底座直接作用于地基，產生較大與噪聲，故耗能較大。近年來，間或有雙質體振動磨的研究報道，但由于雙質體振動磨涉及主隔振系統(tǒng)設計，其結構相對復雜、成本較高，故實際應用者少。

在實際工程中，振動系統(tǒng)質量、激振力、阻尼力等參數大都是變化者的，如振動磨系統(tǒng)本身的介質、被磨物料形成的磨介流，在運動過程中不斷地拋起、落下，實際上就是一個復雜的質量變化的過程，阻尼在其中也會發(fā)生非線性變化，振動電機偏塊形成的偏心激振力是隨轉角的變化而變化的非線性，振動磨系統(tǒng)實際上是一個典型的非線性系統(tǒng)，即是一個具有確定激勵和不確定響應的強非線性振動系統(tǒng)。

現有振動磨普遍采用的等節(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，沒有考慮系統(tǒng)非線性的實際工況，如振動輸送機、振動篩機、振動磨機等，由于運動狀態(tài)下系統(tǒng)載荷時刻都在變化，故使用等剛度螺旋彈簧，雖有結構簡單、成本低等優(yōu)點，然存在噪聲大、耗能高、效率低、維修頻次高、設備壽命低等問題。

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系，具有特殊的性能，它們所有的載荷達到一定程度后，在材料截面上的應力是沿材料的長度而變化的。因此，材料的尺寸要根據最大應力確定；彈簧的高度或長度要根據受載后所要求的變形確定。

普通線性彈簧無法實現變剛度，則無法實現與上述復雜振動系統(tǒng)的振動耦合或協(xié)調振動，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現振動耦合，以達到節(jié)能高效之目的，是一個值得探討的問題。

近年來國內外專家學者一直在探討上述問題的解決辦法，雖有非線性變節(jié)距螺旋金屬彈簧的應用報道，但仍存在噪聲大、并圈時噪聲更大的問題，在非線性振動機上使用，易出現壽命短、維修頻次高、成本高等問題。

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

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種中凸型不并圈彈簧、混合密度介質側置式雙質體振動磨，具有激振器即振動電機位于磨筒左或右側的側置式結構，以及雙質體技術特征，上下質體分別與主振、隔振彈簧構成主振與隔振系統(tǒng)，主振彈簧為中凸型不并圈彈簧，隔振彈簧可為橡膠帆布復合彈簧，主-隔振彈簧均為變剛度；為進一步提高筒內磨介球在相對運動中的沖擊、擠壓、剪切、碰撞的能量，實施混合密度介質配比優(yōu)化設置，與現有廣泛使用的普通側置式振動磨機系統(tǒng)相比，具有明顯的效率高、噪聲小等特點，旨在有效解決現有振動磨一直以來，懸而未決的噪聲大、效率低等技術瓶頸問題。

本發(fā)明的新型側置式雙質體振動磨采取以下技術實現：

本發(fā)明是中凸不并圈彈簧與混合密度介質側置式雙質體振動磨，包括主振系統(tǒng)和隔振系統(tǒng)，

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、至少一個與振動電機連接的磨筒以及與磨筒法蘭連接的配重體，振動電機、磨筒與上質體架組成上質體，下質體的一端與主振彈簧組相連，下質體通過所述主振彈簧組與隔振系統(tǒng)相連；

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

主振彈簧組由數個中凸型不并圈螺旋彈簧所組成，每個彈簧均由一根鋼絲卷繞構而成，鋼絲卷繞成中凸型螺旋結構，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稱遞減分布。

本發(fā)明的進一步改進在于：中凸型不并圈螺旋彈簧在振動磨中沿與電機主軸垂直方向放數排，沿與電機主軸平行方向放置數行，構成彈簧均布狀態(tài)。

本發(fā)明的進一步改進在于：隔振彈簧為復合材料制成的隔振彈簧。

本發(fā)明的進一步改進在于：磨筒介質為兩種或兩種以上不同的配比。

本發(fā)明所述側置式振動磨，磨機的激振來自于側置式激振器的直接作用，以及與磨筒法蘭聯(lián)接的配重體，配重塊補償了磨機傳動的偏心結構，使得空磨的質量中心仍處于磨筒體的軸線上，與傳統(tǒng)振動磨的均質圓振動相比，本發(fā)明振動磨產生橢圓、圓形和線形等多種振動，使振動磨的單位電耗降低約50％，產量提高近1倍，借助運動學模型對磨筒體的運動進行了定量分析，通過試驗機的實驗及檢測證實了側置式振動磨的效率。

側置式振動磨至少有一個支承在振動構件上的磨機容器即磨筒，激振器部件作為振動驅動裝置剛性固定在此容器上，激振器在單側對磨機容器進行激振，即在磨機容器的重力軸線與重心之外對其激振，其中，為了平衡激振器質量設置了一個平衡質量即配重體，驅動側的彈簧軸線位于磨機和激振器部件的重力軸線之間，驅動激振器部件，以便產生由圓形、橢圓形和直線形振動組合而成的不均勻振動，使具有一定帶寬的物料顆粒，得到磨介群不斷變化的沖擊、碰撞、剪切等，以提高磨機粉磨效率。本發(fā)明的磨機主要由主振系統(tǒng)與隔振系統(tǒng)組成；主振系統(tǒng)中振動電機作為激振源，可通過變頻器控制，達到變激振力的目的，與振動電機固定在一起的是磨筒，兩者與上質體架一起組成上質體，下質體一端與主振彈簧相連，通過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，隔振彈簧通過底座與地基相連，通電后，由變頻器控制振動電機，以改變激振力，振動電機帶著磨筒作近似圓形的振動，使得磨筒內磨介產生相互運動，這樣，筒內以及粘附在磨介和筒壁上的粉體由于撞擊、摩擦來達到粉磨的目的，所述雙質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生的振動強度和噪聲，且達到了節(jié)能的效果，隔振彈簧安裝于下質體與底座之間，底座與地基通過螺栓組相固結，可以防止振動磨機的水平移動。

本發(fā)明磨機的主振彈簧組是由若干中凸型不并圈螺旋彈簧所組成，其中每個彈簧均由一根鋼絲卷繞構而成，所述的鋼絲根據設計數據卷繞成中凸型螺旋結構，中凸型彈簧的設計可視系統(tǒng)質量、激振力等參數變化進行設計。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稱遞減分布。

所述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，相鄰兩鋼絲并圈時的壓縮量，中凸型彈簧較普通彈簧的大，根據本彈簧的結構特點，考慮不并圈的條件，可實現磨機系統(tǒng)主振彈簧的不并圈，可使彈簧并圈產生的噪聲歸零。

由于構成中凸型不并圈螺旋彈簧的螺旋結構的中徑變化，使本發(fā)明具有明顯的非線性和所需的變剛度特點，即本發(fā)明彈簧構成的系統(tǒng)剛度具有隨載荷增減而增減的變剛度特點，以達到使系統(tǒng)有效蓄能、節(jié)能、穩(wěn)定運轉、顯著降低噪聲之目的。

所述中凸型不并圈螺旋彈簧組式雙質體振動磨，中凸型不并圈螺旋彈簧在振動磨中沿與電機主軸垂直方向放多排，沿與電機主軸平行方向放置若干行，構成彈簧均布狀態(tài)，以便振動磨更好的工作。

本發(fā)明中，隔振彈簧可采用橡膠帆布復合材料制成，下質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，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的移動。

振動磨是利用振動磨筒產生一定頻率的振動，使得筒內的球或棒等介質產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6g-12g，因此具有結構緊湊、體積小、重量輕、粉磨粒度集中、流程簡化、操作簡單、維修方便、襯板介質更換容易等優(yōu)點，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。

現有振動磨技術使用的介質，尺寸大小可根據不同物料，可通過實驗或數值仿真進行比對，來確定最佳級配，然其密度選取基本上為單一密度介質，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沖擊物料時的加速度，單一密度介質幾乎無能為力，而適當的選用兩種或兩種以上不同密度的介質配比，如鎢鋼、耐磨鋼，在粉磨過程的拋起、碰撞過程中，由于其材料密度相差約2倍，則導致筒內磨介的牽連、相對速度及牽連、相對加速度等運動量值劇增，必然導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。

混合密度介質技術要點的實現，可達到在粉磨作業(yè)中產生沖擊、剪切、擠壓等多種力的組合力作用的實際工程效果，對于克服振動機械的某些工作阻障，解決振動機械特別是振動磨的某些關鍵技術或制約發(fā)展的瓶頸問題，如解決振動磨中超微顆粒不細化、易團聚、粉體產品分布帶較寛以及能耗大、粉磨效率低、能量利用率低等問題，進而實現物料的超細或超微粉碎、降低能耗、提高效率，具有顯著的工程效果、經濟和社會效益，由于高密度介質使用引起磨機激振功率稍有提升的經濟成本，與本發(fā)明產生的經濟效益相比，對于追求高品質粉體的目標基本可以忽略不計。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述振動磨機與普通其它非側置式磨機相比，由于磨機的激振來自于側置式激振器的直接作用，可使磨機產生由圓形、橢圓形和直線形振動組合而成的不均勻振動，具有一定帶寬的物料顆粒，可以得到磨介群不斷變化的沖擊、碰撞、剪切等作用，以提高磨機粉磨效率；與普通單質體磨機相比，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對地基的振動影響，達到良好的節(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，整機效率明顯提升；在混合密度介質配比優(yōu)化設置的情況下，與現有磨機系統(tǒng)相比，從介質密度這一角度考核，提高系統(tǒng)效率高、降低能耗等優(yōu)勢更是顯而易見。

本發(fā)明的效果是積極、明顯和獨特的，其具有顆粒細化、解團聚、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)定運轉、顯著降低噪聲、隔振效果好等特點。本發(fā)明的上述技術，在有效解決現有振動磨一直以來懸而未決的能耗大、效率低等技術瓶頸問題上，將實現跨越的一步。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例振動磨結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中凸型不并圈螺旋彈簧結構示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例中凸型彈簧相鄰圈不并圈示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中凸型不并圈螺旋彈簧組分布圖。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構成限定。

圖1所示，為本發(fā)明振動磨機結構簡圖，磨機主要有振動電機1，磨筒2，配重體3，上質體架4，彈簧導柱5，主振彈簧組6，下質體7，隔振彈簧8，底座9所組成；筒體中磨介裝填系數設為65%，磨介為耐磨鋼球、鎢鋼球，兩種磨介數量比為6:4，磨介直徑為2mm、3.5mm、5mm、6.5mm，物料為超硬細粉體，磨機振動頻率為1450rpm，實測振幅<22mm，振強<20。

如圖1所示，位于筒體右側的振動電機上所產生的振動，直接驅動上質體及磨筒，磨筒內裝有介質和粉料，振動使磨筒內的鋼球等磨介對物料產生碰撞、沖擊、剪切、擠壓和搓磨，達到對物料進行粉碎和細磨的目的，通過調節(jié)主副偏塊的夾角、改變磨介的級配選擇、實施變頻控制等措施，可產生所需一定頻次高振幅、高振強的振動粉碎效果。

本發(fā)明磨機上質體主要由上質體架、振動電機、磨筒、配重體固結組成，筒內裝有磨介與粉體，上下質體之間以主振彈簧相連接，主振彈簧組上下端裝有彈簧導柱，以保障上質體在鉛垂方向振動的穩(wěn)定性；下質體與底座之間以隔振彈簧相連接，底座與地基以螺栓相固結。工作狀態(tài)下，可由變頻器控制振動電機，通過改變瞬態(tài)轉動頻率來改變激振力，進而改變振幅、振強變化曲線，達到高效粉磨的目的。

本發(fā)明選用兩種不同密度的介質配比，即鎢鋼、耐磨鋼，在粉磨過程的拋起、碰撞過程中，由于其材料密度相差約2倍，則導致筒內磨介的牽連、相對速度及牽連、相對加速度等運動量值劇增，由于沖擊碰撞能量的大幅提高，則產生了提高粉磨效率、降低粉碎細度、降低噪聲的多種效果。

圖2中，中凸型不并圈螺旋彈簧由一根鋼絲卷繞構成，所述的鋼絲卷按設計繞成中凸型螺旋結構，中凸型彈簧的設計可視系統(tǒng)質量、激振力等參數變化進行改善，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，工作時特別是在系統(tǒng)載荷增加、突變或過載而發(fā)生并圈時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稱，則中位圈直徑最大而剛度最小，故易并圈，設其半徑為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>,即可實現整個運動過程的不并圈。若已知彈簧鋼絲直徑，彈簧中位圈的剛度，彈簧軸向螺距，則剛度應滿足

（1）

為作用下中位彈簧不并圈的最小軸向節(jié)距，若設=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

由此可實現磨機系統(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磨中沿與電機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，沿與電機主軸平行方向放置3行，構成6個彈簧均布狀態(tài)，以

便磨筒能夠正常的完成振動粉磨工作。

隔振彈簧本例選用橡膠帆布復合材料的舊汽車輪胎，實驗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，且結構簡單，經濟性好，具有很高的性價比。