可調整的軌道不平衡補償軌道式振動器的制造方法

可調整的軌道不平衡補償軌道式振動器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種軌道式振動器設備，其包含第一軸(12)，所述第一軸在第一端連接到第一軸承組合件(18)且在另一端連接到基座部分。所述第一軸(12)可圍繞第一軸軸線轉動，且連接到馬達(26)。第二軸(26)具有在一端在所述基座部分上的軸承組合件(32)及在另一端的平臺(44)，且與所述第一軸(12)平行對準且從所述第一軸偏移一距離。平衡物轉子組合件(38)耦合到所述基座部分，且通過帶轉動，所述帶由連接到平衡物馬達(25)的轉動軸的滑輪驅動。所述平衡物組合件(38)包含兩個平衡物軸承(41)，每一者具有平衡物楔(40)。所述平臺還包含使物體固定到那里的支撐件。在使用中，隨著所述平衡物轉子轉動，所述第二軸(26)、第二軸承組合件(32)及平臺(44)描繪具有直徑2R的圓形軌道。
【專利說明】可調整的軌道不平衡補償軌道式振動器
[0001]相關申請案的交叉參考
[0002]本申請案主張標題為“可調整的軌道不平衡補償軌道式振動器(ADJUSTABLEORBIT IMBALANCE COMPENSATING ORBITAL SHAKER) ”的扎米沃咯斯基(Zamirowski)等人在2011年5月24日申請的第13/114，280號美國申請案的優先權，所述申請案的全文以引用的方式并入本文中。
【技術領域】
[0003]本發明大體上涉及軌道式振動器設備，且更特定來說，涉及用于降低通常由在平衡物與在平臺上的燒瓶或其它容器的負載之間的靜態不平衡導致的不穩定性的設備，及用于改變所述振動器的軌道直徑的設備。
【背景技術】
[0004]軌道式振動器設備是尤其用于科學應用或混合或攪拌容器中的混合或攪拌裝置，所述容器例如在平臺上的持有各種液體的燒杯或燒瓶。明確地說，軌道式振動器以一方式平移平臺，使得在平臺的上表面上的所有點(在X-Y平面中)以具有共同半徑的圓形路徑移動。大體來說，燒杯、燒瓶和其它容器附接到所述平臺的所述上表面，使得含在其內的液體圍繞所述容器的內側壁漩渦運動以增加混合及增加所述液體與本地氣體環境之間的相互作用或交換。按照慣例地，以軌道式平移驅動所述平臺的設備包含一個或一個以上垂直軸，所述一個或一個以上垂直軸被在最上面軸的上端上具有偏移或曲柄的馬達驅動，使得上軸的軸線以具有由所述軸中的偏移確定的半徑的圓移動，即，通過“曲柄行程”。一個或多個上軸經由軸承連接到平臺的下側以斷開在所述上軸與平臺之間的轉動運動。
[0005]在操作中，在偏移或曲柄行程之上的軸的質量、具有其安裝硬件及由被填充的燒瓶或容器組成的負載的平臺以及將所述容器固持到所述平臺的夾子或緊固件全部以從動軸在具有等于曲柄行程的半徑的圓中的轉動速度平移。在所述容器內的液體的質量以具有等于曲柄行程加上從所述容器的中心到包含在所述容器內的液體的質心的距離的直徑為圓中的軸轉動速度平移。
[0006]來自總軌道轉動質量造成的力常常可引起振動器的底部的運動，這可將額外的運動分量疊加到容器內的液體中，且導致不想要的擾動或飛濺。此些力還可引起所述底部單元沿著其支撐表面移動或“行走”。
[0007]為了降低此運動，必須增加非轉動支撐結構的質量以抵制由轉動質量產生的力。這導致簡單地增加振動器的總重量來解決穩定性的不想要的效果。另外，已使用平衡物以對抗或補償從軌道轉動質量產生的力。
[0008]舉例來說，弗里德曼等人的標題為“用于振動器設備的平衡物系統(Counterweight System for Shaker Apparatus) ”的第3，430，926號美國專利描述抵消由轉動平臺產生的不平衡物的圍繞軸定位的多種固定平衡物的使用。
[0009]Rode的標題為“動態平衡的軌道式振動器(Dynamically Balanced OrbitalShaker) ”的第5，558，437號美國專利通過在曲柄臂的平面中定位各種固定的質量使得它們的質量及防置恰好抵消轉動平臺的質量貢獻的效果而解決了靜態及動態不平衡的問題。
[0010]同樣地，Hawrylenko的標題為“振動器”的第EP1854533號歐洲專利申請案描述曲柄布置，其中兩個平衡質量可徑向地及垂直地調整以用于補償給定加載條件。
[0011]此些布置全部不合意地需要垂直地以及徑向地選擇特定質量及位置，其根據平臺負載條件而變化。另外，為了靜態及動態地校正較大質量不平衡，此些裝置要求相當大的空間來將校正重量放置在相對于平臺負載的適當位置，且還增加了總產品重量。
[0012]Nickel等人的標題為“用于振動容器中提供的液體的振動裝置”的第6，106，143號美國專利提供通過沿著軸線徑向地推進或縮回質量來調整靜態平衡物以補償平臺負載范圍的手段。平衡物的質心與轉動的軸線之間的距離增加或降低，且因此產生增加或降低的平衡補償的量。這是對于適度平臺負載的實用性解決方案，但對于提供較大動態補償范圍不是可行的。舉例來說，如果選擇較大平衡物質量，那么其可不會定位于足夠靠近轉動的軸線以實現最小平衡補償。如果選擇較小平衡物，那么將其定位足夠遠離轉動的軸線以平衡較大平臺負載而不使用相當大的額外空間是困難的。而且，此裝置不向用戶提供有害的不穩定性(其將要求補償調整)的開始即將到來的任何反饋。
[0013]Manera等人的序列號第US2008/0056059號美國專利申請案公開案描述使用振動傳感器以檢測不平衡的加載條件及將振動速度降低到穩定量值，但其不提供調整軌道式振動器的平衡物的手段或可應用以實現需要的速度的過程。
[0014]在其它【技術領域】存在通過使用具有重量的兩個臂而使用平衡頭端來校正轉子不平衡的轉動裝備。可見，舉例來說，機械振動，J.P.Den Hartogl934, pp.236-237ISBN0-486-64785-4。然而，軌道式振動器常常不同，因為平臺負載不僅包含靜態質量分量，而且包含動態分量，也就是說在燒瓶或其它容器中的流體。取決于容器的幾何形狀、容器內的流體量、振動器的軌道直徑及振動器的速度(取決于操作條件，這可引起不同量的所得平衡補償)，此流體產生可變的不平衡。另外，自動平衡技術(借以平衡質量遷移到正確位置以使振動最小化)大體上不適用于軌道式振動器，那是因為軌道式振動器比實現這些技術所需的臨界速度慢得多來操作。
[0015]用于軌道式振動器的偏心距通常通過精確地制造單一組件而固定。在兩個偏心軸頸之間的偏移定義軌道半徑。此半徑不可調整。通過將兩個軸頸分離成獨立的軸承外殼，其轉動中心可固定在相對于彼此的不同的偏心偏移處，來調整偏心距，這是現有技術中已知的方法，例如，舉例來說Kuehner振動器。已實現的是在連續可變的范圍內手動或自動調整偏心距的構件。此外，對于給定平臺負載的偏心距的變化引起對其進行補償所需的平衡物的量的改變。因此，需要同時組合調整偏心距的能力與調整補償平衡物的能力。
[0016]軌道式振動器裝置提供有害的不穩定(其將要求補償調整)的開始即將到來的反饋給用戶，或在振動器具有自動調整的情況下提供所述反饋給其控制器也是需要的。
[0017]在不要求不合理的大小或重量的裝置的情況下，提供能夠使用中等大小的平衡物來平衡大的平臺的軌道式振動器也是需要的。

【發明內容】

[0018]本發明的一方面提供軌道式振動器設備，其包含具有基座部分的圍繞第一軸線可轉動的第一軸、接收所述第一軸且安裝到振動器底盤的第一軸承組合件、圍繞從所述第一軸線偏移的第二軸線可轉動的第二軸，且包含平臺部分，接收所述第二軸的第二軸承組合件，安裝在所述第一軸的所述基座部分與所述第二軸的所述基座部分之間的平衡物轉子組合件，所述平衡物轉子組合件圍繞所述第一軸徑向地延伸。平臺連接到所述第二軸的所述軸承組合件，以便所述平臺的轉動以軌道式方式圍繞所述第一軸線發生。兩個相等的平衡物定位在平衡物轉子組合件中，所述平衡物具有固定徑向位置但以圓周方向可調整以促進可變的平衡物平衡，使得可實現在平臺負載與圍繞第一軸軸線的平衡物之間的靜態平衡。還提供的是檢測平臺負載與平衡物之間的靜態不平衡的手段。
[0019]在本發明的另一方面中，這些特征允許用戶響應于系統的顯而易見的不平衡或由軌道式振動器控制器提供的信息而調整平衡物的位置，以使靜態不平衡最小化或使其降低到可接受的水平。
[0020]另外，放置在第一及第二軸的基座部分之間的滑動連接件允許通過相對于彼此移動軸軸線而調整偏心軌道。
[0021]在本發明的另一方面中，致動器及傳感器可添加到所述系統，其在控制器的指導下允許響應于經檢測的靜態不平衡而自動調整平衡物，以及將所述偏心軌道自動調整到用戶指定的距離。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]據信為本發明特征的新穎特點在所附權利要求書中陳述。然而，本發明自身以及最佳使用模式、其進一步目的及優勢將在結合附圖閱讀時參考下文說明性實施例的詳細描述而最好地理解，其中:
[0023]圖1是根據本發明的實施例的描繪組件的一股布置的示意性高程剖面圖。
[0024]圖2是圖1中描繪的本發明的實施例的頂視圖。
[0025]圖3A是根據本發明的實施例的為了簡要說明而移除了平臺的平衡物轉子組合件的頂視圖，以說明使用平衡物楔進行不平衡補償的原理。
[0026]圖3B是根據本發明的實施例的平衡物移動到另一位置的平衡物轉子組合件的另一頂視圖。
[0027]圖3C是根據本發明的實施例的平衡物移動到另一位置的平衡物轉子組合件的另一頂視圖。
[0028]圖4是根據本發明的實施例的說明手動調整平衡物楔時涉及的組件的轉子組合件的等距視圖。
[0029]圖5是根據本發明的實施例的說明用于調整平衡物楔的替代實施例的轉子組合件的等距視圖，且包含用于自動平衡物調整的馬達的視圖。
[0030]圖6是根據本發明的實施例的描繪于圖5中的實施例的頂視圖。
[0031]圖7A是根據本發明的實施例的分別展示手動調整偏心偏移的方法及調整棒的末端的細節的平衡物轉子組合件的立面橫截面圖。
[0032]圖7B是根據本發明的實施例的分別展示手動調整偏心偏移的方法及調整棒的末端的細節的平衡物轉子組合件的立面橫截面圖。
[0033]圖8說明根據本發明的實施例的對于加載及操作條件的范圍的加速度參數的典型觀測值。
[0034]圖9是根據本發明的實施例的用于手動調整平衡物及偏心軌道系統的操作的流程圖。
[0035]圖10是根據本發明的實施例的用于手動可調整實施例的電子元件的系統框圖。
[0036]圖11展示根據本發明的實施例的用于自動調整軌道式振動器的軌道直徑的偏心致動器的細節圖。
[0037]圖12是根據本發明的實施例的用于自動調整平衡物及偏心軌道系統的系統框圖。
[0038]圖13是展示根據本發明的實施例的供應電力及傳送電信號到轉子及從轉子供應電力及傳送電信號的感應耦合的位置的轉子組合件的立面橫截面圖。
[0039]圖14提供根據本發明的實施例的用于自動調整偏心偏移及平衡物楔的過程流程圖。
[0040]圖15是根據本發明的實施例的自動平衡物調整例程的進一步圖形說明。
[0041]圖16是根據本發明的實施例的用于手動固定及調整平衡物位置的方法的等距視圖。
[0042]圖17是根據本發明的實施例的用于手動固定及調整平衡物位置的方法的等距視圖。
【具體實施方式】
[0043]為說明及描述，已呈現本發明的說明書，但是不希望為詳盡的或將本發明限制為所揭示的形式。在不脫離本發明的范圍及精神的情況下，對于所屬領域的普通技術人員來說許多修改及變化將是顯而易見的。
[0044]根據說明本發明的不同圖，在此描述過程期間，相同的數字將用于識別相同的元件。
[0045]本發明有利地提供同時具有調整偏心距及調整補償平衡物的能力的軌道式振動器。
[0046]本發明還有利地提供一種軌道式振動器，其提供有害的不穩定性(其將要求補償調整)的開始即將到來的反饋給用戶，或在具有自動調整的振動器的情況下提供所述反饋給其控制器。
[0047]本發明還提供一種軌道式振動器，其能夠在不要求不合理大小及重量的裝置的情況下使用中等大小的平衡物來平衡較大平臺。
[0048]圖1說明發明10的優選實施例，其允許手動調整平衡物及偏心曲柄行程。此實施例包含第一軸12及第一軸承組合件18，第二軸26及第二軸承組合件32，軸滑桿42及平衡物轉子組合件38。還包含在內的是第一軸承外殼20及第一軸軸承22，以及第二軸基座部分30，第二軸承外殼34及第二軸軸承36。
[0049]第一軸承組合件18優選剛性耦合到振動器底盤24，因此被制止轉動。第一軸12通過軸承連接到第一軸承組合件18，使得其圍繞第一軸軸線14而自由轉動。第一軸12的基座部分16剛性耦合到平衡物轉子組合件38，在圖2中可見，使得所述轉子可隨著第一軸12 —致地轉動。[0050]如圖2中可見，平衡物轉子組合件38位于中心，且通過帶29轉動，帶29由連接到安裝到底盤24的馬達25的轉動軸的滑輪27驅動。轉子由具有在下部邊緣圍繞其圓周的滑輪凹槽37的滾筒組成。此滾筒具有中心凸起的區域，這形成基架39。此基架部分剛性耦合到第一軸12。
[0051 ] 平衡物轉子組合件38還含有附接到平衡物楔40的兩個平衡物軸承41。平衡物軸承41圍繞轉子組合件基架而自由轉動，但被在基架39上的蓋43制止垂直運動。
[0052]用于支撐待振動的燒瓶46或其它容器(未描繪)的平臺44安裝到第二軸軸承組合件32。平臺44組合件可進一步細分成子平臺，其經加強以得到剛度，且連接到第二軸承組合件32以及安裝燒瓶的托盤。在其中軌道式振動器封閉在具有門以維持被攪動樣品所暴露于的氣氛的柜中的典型情況中，子平臺及托盤可通過可鎖定的線性導軌連接，使得所述托盤可移動到較靠近用戶的更符合人體工程學的可接受的位置。
[0053]第二軸軸線28從第一軸軸線14偏移距離R。隨著平衡物轉子38轉動，第二軸26及第二軸承組合件32描繪圍繞第一軸軸線14的具有直徑2R的圓軌道。平臺44通過此偏移以及其到撓曲組合件48的連接而被約束于圓形軌道。撓曲組合件48是典型的葉片彈簧連接，以使平臺的剩余自由度限于純轉動。撓曲彈簧對彼此正交且被約束，使得它們可僅以一個方向移動，例如左/右或前/后。一對連接到平臺44，而另一對連接到底盤24。兩對通過剛性機械框架連接且保持彼此正交。為了簡潔起見，為了使所有彈簧固定在一個平面中，且為了增加在較長平臺方向中彈簧的軸向剛度及消除懸臂，在前/后方向上移動的葉片彈簧在它們的末端連接到底盤，且在中間連接到機械框架。
[0054]在替代實施例中，平臺的非約束的自由度是被安裝在平臺44與底盤24之間的至少兩個額外的偏心軸及軸承組合件(未描繪)限制，如在三個一組的偏心軸承外殼設計中的典型情況。
[0055]圖3A、3B及3C說明各種系統負載的示范性分布及本發明借以實現靜態平衡的方法。一股來說，單一平衡物經選擇以平衡由死及活的平臺負載產生的靜態運動。所述死負載定義為總系統質量的剛性耦合到轉動平臺的部分。所述活負載定義為總系統質量的被裝入轉動平臺上的容器中且通常為液體溶液的部分。來自平衡物的必需的靜態平衡可表達為轉矩(in-lb)，且通過將垂直方向的重量乘以重量的動作線與第一軸軸線14之間的距離而確定。對于所述死負載，這簡化為作用在軌道半徑R處的垂直定向的力。對于所述活負載，其是基于攪動速度、媒介容器的幾何形狀(例如，通常一錐形燒瓶)及容器的流體量或填充水平而作用在比R大的軌道處的垂直定向的力。因為活及死負載重量及位置可根據用戶的需要而變化，所以作用于固定位置處的單一平衡物可僅靜態地平衡一個加載條件。
[0056]代替單一固定的平衡物，本發明的一個方面是將此組件分為兩個相等的平衡物楔40，所述平衡物楔可圍繞轉子組合件38而圓周地平移。此特征的益處可從轉子組合件的頂視圖中最好的觀察。
[0057]圖3A說明活負載L、死負載D的相對位置，及平衡物楔的個別質心Cl及C2。垂直線是通過軸軸線14、28的對稱平面。距離R、RL及Re分別是死負載、活負載及平衡物的靜力矩距離。為了在平臺負載與平衡物之間提供靜態平衡，必須滿足以下等式:
[0058](I)D X R+L X RL = Re X(C1+C2)
[0059]其中D =死負載重量，L =活負載重量，且Cl及C2是個別平衡物楔的重量。[0060]有效平衡貢獻可認為是個別楔的質量乘以距轉子的第一軸的轉動軸線的距離的總和。隨著每一平衡物楔移動，其質心也移位。隨著楔一致地彼此遠離移動，兩者的組合的有效質心朝向轉子的中心滑動。這減小了平衡物的質量作用的力矩臂，如圖3B中展示，其中Re < Re max，且因此降低靜態平衡貢獻。在極端情況中，如圖3C所示，Re收縮到零，且兩個平衡物抵消彼此的貢獻，因此無論如何均不提供靜態平衡。
[0061]對于給定軌道式振動器，平衡物質量經設計使得Re max X(C1+C2)大于或等于R、RL、D及L的最大條件。基于此，將一直存在可為任何加載條件提供適當的靜態平衡的平衡物位置。
[0062]因為平臺負載及平衡物軌道在不同的水平面中，所以它們產生不能被兩個上文提到的平衡物楔補償的動態不平衡。在本發明的實施例中，第二組平衡物可在不同的垂直平面中添加到系統，且以此方式經調整以補償所述動態不平衡。這些重量將安置在相對于第一軸軸線14與第二軸軸線28相同的方向，且可經設定大小以容納所需范圍的平臺負載。
[0063]圖16及17說明實施例，其中平衡物的位置是固定的和手動調整的。在此實施例中，轉筒47被取消，且位置標記或階度92應用到剛性耦合到轉子38的支架94。此支架94還具有圍繞圓周周期性地間隔的整體槽、凹槽96或齒。具有包含彈簧88及銷90的彈簧銷組合件82的指示器86剛性耦合到平衡物C1、C2。所述彈簧銷直徑經設定大小以使得其可嚙合整體槽/凹槽/齒96。當按壓手柄84時，銷90從凹槽96移位，且平衡物C1、C2可如在其它實施例中自由轉動。當釋放手柄84時，彈簧88迫使銷90進入槽96中的一者中且固定平衡物C1、C2的位置。這消除了對于在其它實施例中描述的鎖定螺栓的需要。此實施例還允許從轉子38的側面而不是從轉子38的上方手動調整平衡物Cl、C2。
[0064]對于手動調整平衡物楔的位置存在若干替代方案。圖4中說明本發明的示范性實施例，其中平衡物楔被平衡物軸承41及到轉筒47的肩螺栓49連接件垂直支撐。如先前描述，平衡物楔徑向地及垂直地被約束，但可以圓周轉動形式自由移動。肩螺栓連接件穿過滾筒中的槽51，使得通過擰緊螺栓49及壓緊背襯墊圈53，平衡物可保持在沿著槽51的任何圓周位置。槽51可具有鄰近于其的標記或階度，以協助用戶根據平臺負載而選擇平衡物40的正確位置。在替代實施例中，對于較簡單的調整，螺栓51可被拖鉤或壓緊閂代替。在操作中，用戶可容易地松開平衡物螺栓以允許自動轉動，根據負載要求而對兩個平衡物楔做出調整，且擰緊螺栓以固定平衡物的位置。
[0065]圖5及6說明本發明的用于手動調整平衡物楔的位置的另一示范性實施例。在此實施例中，齒輪63添加到平衡物軸承41，且齒輪組64添加到平衡物轉子38。齒輪組的輸入軸65被垂直定向，且在平臺44中通過洞33可接近。齒輪組64與平衡物齒輪63嚙合，且經設計使得平衡物在彼此相反的方向上轉動。均勻隔開的標記或階度67添加到上平衡物軸承環41，且凹口 61放置在軸承蓋43中，使得在調整期間這些標記可被用戶看見。通過順時針或逆時針轉動輸入軸65，平衡物圓周移動得彼此更靠近或更遠離，且因此增加或降低不平衡補償的量。在此實施例中，平衡物40是通過輥或低摩擦材料而不是到轉筒47的肩螺栓49連接件而被垂直支撐。
[0066]為了解決對于有效攪動平臺上的燒瓶及其它樣品的范圍的變化的用戶要求，可調整曲柄行程/偏心偏移尺寸R。這將改變必要的平衡物補償的量，因為有效徑向負載將隨著修改R而增加或降低。因此，允許調整曲柄行程必須必然涉及能夠從平衡物調整靜態平衡校正。在實施例中，本發明提供此偏心調整，如圖7A及7B所說明。
[0067]圖7A展示具有從第一軸軸線14偏移的第二軸線28的第二軸26剛性耦合到軸滑桿42。軸滑桿42具有有螺母45的凸緣，所述螺母具有垂直于所述第二軸軸線28且平行于所述軸滑桿的可允許行進方向而定向的主軸線。軸滑桿42受轉子基架39中的凹處橫向約束且受軸承蓋43垂直約束。在替代實施例中，楔形滑桿可代替軸滑桿42。軸滑桿42具有兩個銷35，用以在它們與軸承蓋抵觸時提供強制行進停止。軸滑桿42的螺紋螺母45部分連接到用作導螺桿的螺紋棒58。棒58被具有卡環59的轉筒47俘獲，使得所述棒可轉動但不能平移。因此，隨著棒58轉動，軸滑桿42在徑向方向上在其行進限度內自由移動。此徑向行進使第一及第二軸軸線14、28移位成彼此更靠近或進一步遠離，這導致增加或降低的偏心曲柄行程R。止動螺母60在擰緊時在操作所述軌道式振動器期間阻止所述棒轉動，這將改變軌道半徑。可在平臺44上提供標度，用于為用戶指示當前的偏心偏移，或可基于螺距使棒58的轉數與此偏移距離相關。
[0068]為了檢測不良靜態不平衡的開始，本發明的實施例要求額外的元件。優選實施例并入有安裝到軌道式振動器的底盤24的加速度計54。此加速度計54在三個主要方向X、Y、Z對靜態及動態不平衡敏感。當操作軌道式振動器時，監視電子控制器56從軸線讀取輸出信號，且計算加速度參數，其可定義為如下:
[0069](2)加速度參數=((X-accel) + (Y-accel)2+(Z-accel)2)1/2
[0070]被控制器56允許的此參數的容許限度(在下文中“穩定性限度”)將取決于負載要求、質量及軌道式振動器的幾何形狀而變化。圖8提供對于加載及操作條件范圍的典型觀測到的加速度參數的值的演示。圖表展示測得的加速度參數對平衡物角度，其中增加的角度與增加的不平衡補償對應。
[0071]對于給定加載條件及速度的加速度參數的測得的值大致是拋物線。此拋物線的一部分位于穩定性限度以下且被稱為穩定性地帶。在此穩定性地帶內的任何經選擇的平衡物角度將產生可接受的操作。穩定性地帶隨著增加的速度而降低，且拋物線的最小值隨著增加的平臺負載而增加，因為動態不平衡的量值增加。而且，典型地對于給定加載條件的拋物線的最小值在針對較高速度操作的穩定性地帶內。
[0072]圖9提供根據本發明的實施例的用于手動調整平衡物及偏心軌道系統的操作的示范性流程圖90。在本發明的實施例中，用戶首先調整偏心軌道92。接著，通過用戶接口55，例如(舉例來說)觸摸屏，用戶指定偏心偏移、平臺/燒瓶配置及需要的速度(RPM) 94。因為控制器56監視不穩定性的開始，所以除了減少手動調整平衡物到正確位置所必要的時間，不需要提供平臺信息。控制器56接著計算第一平衡物位置96，且用戶使用前述方法調整平衡物到此位置98。控制器啟動馬達25且增加速度100，同時監視加速度參數102。只要此參數不超過穩定性限度104，速度便增加直到實現需要的速度106。如果參數超過穩定性限度，那么停止馬達108，且控制器修正其對于適當的平衡物位置的計算96。
[0073]圖12描述對于手動調整及監視平衡物及偏心曲柄行程的示范性系統框圖120。除了需要此些組件用于手動調整及監視，可添加元件用于感測及致動平衡物及偏心偏移。
[0074]圖10提供用于本發明的各種實施例的示范性系統框圖110。將理解主控制器56包含至少一個處理器及相關聯的計算機存儲器(未描繪)，其特別經配置以執行所描述的功能性。處理器領域的技術人員明白使用各種操作系統及存儲器配置的各種替代性處理器可用于實施所描述的系統及方法。經由用戶接口 55，用戶可訪問主控制器56。用戶接口 55至少包含提供信息給用戶的顯示器及允許用戶對控制器56進行指令及數據通信的鍵盤或其它輸入裝置。在本發明的優選實施例中，用戶接口 55是觸摸屏。經由感應靜態耦合66/感應轉動耦合69，控制器還與馬達25、加速度計54、轉子PCB57平衡物馬達62、平衡物行進限度傳感器(高)78、平衡物行進限度傳感器(低)79、平衡物位置傳感器76、偏心致動器72及偏心致動器位置傳感器74操作通信。所有實施例的所有電組件，包含(但不限于)主控制器56、馬達25、加速度計54及用戶接口 55，是由DC電源71提供電力。經由感應靜態耦合66/感應轉動耦合69，電力及控制信號還被提供到轉子PCB57平衡物馬達62、平衡物行進限度傳感器(高)78、平衡物行進限度傳感器(低)79、平衡物位置傳感器76、偏心致動器72及偏心致動器位置傳感器74。本發明的優選實施例使用代頓(Dayton)永磁齒輪電動機2L005作為平衡物馬達62，用于平衡物位置傳感器76的霍尼韋爾公司H0A1405反射傳感器，Firgelli自動線性致動器FA-240-S-12-1"作為偏心致動器72，及用于感應靜態耦合66/感應轉動耦合69的MESA系統D0N100HE30。所屬電子領域的普通技術人員明白可使用對本發明的各種電子元件提供電力及控制的替代性手段。還明白可使用對上文列出的優選馬達、傳感器、致動器及耦合件的替代選擇。
[0075]現在描述允許自動調整平衡物及偏心曲柄行程的本發明的優選實施例。為了自動調整平衡物及偏心曲柄行程，平衡物馬達62優選添加到平衡物轉子38，如圖5中所表明，用于調整平衡物。平衡物馬達62嚙合平衡物軸承齒輪63中的一者以使其圍繞第一軸軸線14轉動。平衡物齒輪組64確保兩個軸承齒輪63—致地反向轉動。此反向轉動引起平衡物的反向平移，這是適當的靜態平衡所需要的運動。當平衡物達到它們的行進限度時，限制開關78、79阻止操作齒輪馬達。平衡物位置傳感器76，例如(舉例來說)光學編碼器或安裝到平衡物楔中的一者且能夠檢測平衡物齒輪組64的齒之間的反射性/非反射性轉變的回射傳感器，確定平衡物的位置。平衡物馬達62經設定大小，使得當轉子加速或減速時平衡物不產生足夠的轉矩以克服齒輪組及馬達的慣性阻力。
[0076]為了改變偏心曲柄行程，如圖11中致動器72放置在轉筒與軸滑桿42之間。此致動器替代棒58且含有導螺桿，所述導螺桿經設定大小以在沒有轉動的情況下抵抗由平臺產生的最大向心力，這將改變曲柄行程尺寸R。所述致動器可含有位置傳感器74 (例如LVDT或電位計)或與其結合使用，使得可確定致動器的位置且發送到主控制器。
[0077]如圖13所示，在本發明的實施例中，為了提供電力及控制信號到在離心器上的致動器，感應性耦合件被放置在轉子基架與下部軸外殼之間的空間中。所述耦合件的一半固定到所述外殼，同時另一半連接到轉子。跨越兩個組件之間的氣隙發射信號及電力。在其它實施例中，可使用滑動環或導電液耦合而做出此電連接。
[0078]圖14描述用于自動調整的示范性過程140。在本發明的實施例中，用戶輸入142需要的速度及偏心偏移到用戶接口 55。通過使用偏心致動器72及位置傳感器74，控制器56自動調整偏心偏移到需要的位置144。控制器計算給定偏心偏移時的需要的平衡物起始位置146。此計算通過使用公式而執行，其中根據圖3A，在平衡物楔質心之間的角度的一半的余弦等于偏心偏移R乘以已知系統死負載，除以總平衡物質量乘以到已知平衡物質心的固定徑向距離的乘積。此位置平衡了系統，忽略任何容器、其內含物以及附接到平臺的安裝硬件的額外貢獻。接著，通過使用平衡物馬達62及行進低限度傳感器79，控制器致動148平衡物到它們的起始位置。接下來，控制器啟動振動器馬達25且增加速度到調整限度150，這是平衡物馬達62仍能夠重新定位平衡物而不超過其轉矩/當前限度的速度。控制器測量152及計算加速度參數，同時增加平衡物的角位置以使加速度參數最小化154。控制器增加馬達速度156，同時檢查加速度參數仍在穩定性限度之下158。如果加速度參數超過穩定性限度，那么控制器接著降低速度且調整平衡物160，且接著再次增加速度156。否則，振動器達到需要的速度162。
[0079]圖15圖形演示此自動平衡物調整例程。一旦已實現適宜的最小值，則在沒有額外的平衡物調整的情況下，控制器增加馬達25速度，且當振動器接近需要的操作速度時監視穩定性參數。如果超過所述參數，那么控制器降低速度且對平衡物進行進一步的調整，從而補償可取決于轉動速度而改變量值的活負載不平衡貢獻。
[0080]為了改進平衡物的定位，負載單元或應變計(未描繪)可安裝到偏心調整棒或包含在偏心致動器中，使得可測量由平臺負載產生的向心力。
[0081]因此已詳細描述本申請案的發明，且參考其說明性實施例，將顯而易見的是在不脫離在所附權利要求書中定義的本發明的范圍的情況下修改及變化是可能的。
【權利要求】
1.一種軌道式振動器設備(10)，其包括: 平臺(44)，其進一步包括用于使物體固定到所述平臺的支撐件； 第一軸(12)，其在第一端連接到第一軸承組合件(18)及在第二端連接到基座部分，所述第一軸(12)可圍繞第一軸軸線轉動，所述第一軸(12)連接到馬達(25)以轉動，所述第一軸承組合件(18)安裝在底盤上； 具有第二軸承組合件(32)的第二軸(26)，其在一端安裝在所述基座部分上且在另一端安裝在所述平臺(44)上，所述第二軸(26)與所述第一軸(12)平行對準，且從所述第一軸(12)偏移距離R ； 平衡物轉子組合件(38)，其剛性耦合到所述基座部分，所述平衡物轉子組合件(38)可通過帶(29)轉動，所述帶由連接到平衡物馬達(25)的轉動軸的滑輪(27)驅動，所述平衡物轉子組合件(38)進一步包括兩個平衡物軸承(41)，所述兩個平衡物軸承(41)中的每一者附接到平衡物楔(40)，所述平衡物軸承(41)可圍繞所述轉子組合件(38)轉動，且被剛性耦合到所述第一軸(12)的基架部分(39)上的蓋(43)制止在正交于轉動平面的方向上的運動，所述兩個平衡物楔(40)相對于由通過所述第一軸軸線及第二軸軸線的平面與所述平衡物楔(40)的轉動平面的相交形成的線而對稱定位，所述平衡物楔(40)通過緊固件(49)保持在適當位置；及 軸滑桿(42)，其在一端剛性耦合到所述第一軸(12)，及在另一端剛性耦合到所述第二軸(26)，所述軸滑桿(42)進一步包括調整設備； 其中在使用中，隨著所述平衡物轉子(38)轉動，所述第二軸(26)、第二軸承組合件及平臺(44)描繪具有直徑2R的圓軌道，且所述調整設備操作以改變所述第一軸與第二軸(12，26)之間的距離R。
2.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其進一步包括: 與用戶接口(55)、所述馬達(25)及加速度計(54)操作通信的控制器(56)，所述控制器(56)、用戶接口(55)、馬達(25)及加速度計(54)進一步連接到直流電源(71)，所述加速度計(54)安裝在所述底盤上，其中用戶將所述調整設備調整到所述第一軸與第二軸(12，26)之間的需要的距離R ; 所述控制器(56)進一步包括處理器及相關聯的計算機存儲器，其經配置以執行方法，所述方法包括: 從所述用戶接受對于R的需要的值、平臺/燒瓶配置及需要的速度(RPM)； 計算用于加速度參數的穩定性限度，用于與加速度計讀數相比較； 計算用于所述用戶將所述平衡物調整到的第一平衡物位置； 從所述用戶接受命令以啟動所述馬達； 在增加馬達速度到需要的速度的同時監視所述加速度計且將其讀數與所述經計算的穩定性限度相比較； 當所述加速度計讀數超過所述穩定性限度時，停止所述馬達(25)且用經修正的平衡物位置重復所述計算、接受及監視步驟。
3.根據權利要求3所述的軌道式振動器設備，其中所述用戶接口是觸摸屏。
4.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其進一步包括:與用戶接口、所述馬達(25)及加速度計(54)操作通信的控制器(56)，所述控制器(56)、用戶接口、馬達(25)及加速度計(54)進一步連接到直流電源(71)，所述加速度計(56)安裝在所述底盤上； 其中每一平衡物楔(40)被添加到所述平衡物轉子(38)的齒輪及齒輪組(64)保持在適當的位置，所述齒輪組(64)進一步包括平衡物齒輪及輸入軸(65)，且操作以使所述平衡物(40)在彼此相反的方向上轉動，所述輸入軸(65)由平衡物馬達(25)驅動，所述平衡物馬達(25)由所述控制器(56)控制，且其中用戶將所述調整設備調整到所述第一軸與第二軸(14，28)之間的需要的距離R ; 所述控制器(56)進一步包括處理器及相關聯的計算機存儲器，其經配置以執行方法，所述方法包括: 從所述用戶接受對于R的需要的值、平臺/燒瓶配置及需要的速度(RPM)； 計算用于所述加速度參數的穩定性限度，用于與加速度計讀數相比較； 計算用于所述用戶將所述平衡物(40)調整到的第一平衡物位置； 使用所述平衡物馬達(25)來調整所述平衡物(40)位置； 在增加所述馬達速度的同時監視所述加速度計且其讀數與所述經計算的穩定性限度相比較； 其中如果所述加速度計讀數超過所述穩定性限度，那么用經修正的平衡物(40)位置重復所述計算、接受及監視步驟，且使用所述平衡物馬達(25)重新調整所述平衡物(40)位置； 其中當達到所述需要的速度時，繼續監視所述加速度計(54)且將其讀數與所述經計算的穩定性限度相比較。
5.根據權利要求4所述的軌道式振動器設備，其進一步包括: 平衡物位置傳感器，平衡物行進限度傳感器-高，及平衡物行進限度傳感器-低；每一者與所述控制器可操作通信，且由所述DC電源提供電力； 其中所述控制器使用來自所述平衡物行進限度傳感器及所述平衡物位置傳感器的讀數來定位所述平衡物(40)。
6.根據權利要求4所述的軌道式振動器設備，其進一步包括:感應耦合，其用于將控制信號及電力提供到位于所述振動器設備的非靜態部分上的平衡物致動器及其它電組件，所述感應稱合包括感應靜態稱合及感應轉動f禹合。
7.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其進一步包括: 與用戶接口、所述馬達(25)及加速度計(54)操作通信的控制器(56)，所述控制器(56)、用戶接口、馬達(25)及加速度計(54)進一步連接到直流電源，所述加速度計(54)安裝在所述底盤上； 軸滑桿，其在一端剛性耦合到所述第一軸(12)及在另一端剛性耦合到所述第二軸(26)，所述軸滑桿進一步包括在所述控制器(56)控制之下的調整設備，其中所述調整設備操作以改變所述第一軸與第二軸(12，26)之間的距離R ; 其中每一平衡物楔(40)通過添加到所述平衡物轉子(38)的齒輪及齒輪組(64)保持在適當的位置，所述齒輪組(64)進一步包括平衡物齒輪及輸入軸(65)，且操作以使所述平衡物(40)在彼此相反的方向上轉動，所述輸入軸(65)由所述控制器(56)所控制的平衡物馬達(25)驅動；所述控制器(56)進一步包括處理器及相關聯的計算機存儲器，其經配置以執行方法，所述方法包括: 從所述用戶接受對于R的需要的值、平臺/燒瓶配置及需要的速度(RPM)； 計算用于所述加速度參數的穩定性限度，用于與加速度計讀數相比較； 計算用于所述用戶將所述平衡物(40)調整到的第一平衡物位置； 將所述調整設備調整到所述第一軸與所述第二軸之間的需要的距離R ； 使用所述平衡物馬達(25)來調整所述平衡物位置； 在增加所述馬達速度的同時監視所述加速度計(54)且將其讀數與所述經計算的穩定性限度相比較； 其中如果所述加速度計(54)讀數超過所述穩定性限度，那么用經修正的平衡物位置重復所述計算、接受及監視步驟，且使用所述平衡物馬達(25)重新調整所述平衡物位置；其中當達到所述需要的速度時，繼續監視所述加速度計(54)且將其讀數與所述經計算的穩定性限度相比較。
8.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其進一步包括撓性設備，用于將平臺轉動約束于圓形軌道。
9.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其進一步包括兩個或兩個以上額外的軸及軸承組合件，用于將平臺轉動約束于圓形軌道。
10.根據權利要求1所述`的軌道式振動器設備，其進一步包括定位于距所述平衡物楔的不同垂直位置處以平衡圍繞所述第一軸線的負載的第二對相等且圓周可調整的平衡物。
11.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其中將每一平衡物楔保持在適當位置的所述緊固件是穿過所述轉子組合件中的槽的壓緊背襯墊圈的肩螺栓。
12.根據權利要求4所述的軌道式振動器設備，其中所述平衡物位置通過對每一平衡物楔松開所述肩螺栓、移動每一平衡物楔及重新擰緊每一肩螺栓而可改變。
13.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其中每一平衡物楔(40)通過添加到所述平衡物轉子(38)的齒輪及齒輪組(64)保持在適當的位置，所述齒輪組進一步包括平衡物齒輪及輸入軸(65)，且操作以使所述平衡物(40)在彼此相反的方向上轉動， 平衡物軸承環進一步包括多個均勻隔開的階度及具有可見凹口的軸承蓋； 其中在使用中為調整所述平衡物位置，所述用戶轉動所述輸入軸(65)，借以移動所述平衡物(40)。
14.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其中所述調整設備包括具有螺母的凸緣。
15.根據權利要求1所述的軌道式振動器設備，其中每一平衡物楔(Cl、C2)被耦合到所述平衡物轉子(38)的支架(94)保持在適當的位置， 所述支架進一步包括圍繞所述支架(94)的圓周周期性地隔開的整體凹槽(96)；所述平衡物楔(C1、C2)具有附接的彈簧銷組合件(82)，所述彈簧銷組合件(82)進一步包括彈簧(88)及銷(90)，且經設定大小以嚙合所述凹槽(96)，所述彈簧銷組合件(82)可通過手柄(84)操作，其中釋放所述手柄(84)允許所述彈簧(88)迫使銷(90)進入所述凹槽(96)中的一者中，從而固定所述平衡物(C1、C2)的位置。
【文檔編號】B01F11/00GK103561853SQ201280024684
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月23日 優先權日:2011年5月24日
【發明者】埃里克·扎米羅斯基, 阿什維恩·喬希, 海因茨·格哈德·克恩, 喬爾·約翰遜, 杰弗里·A·道格拉斯 申請人:新布倫瑞克科學股份有限公司