中凸不并圈彈簧與混合密度介質側置式振動磨的制作方法
本發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、效率高等優勢，現有振動磨支撐彈簧一般采用線型等節距螺旋彈簧；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；磨機多為單質體結構；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。
現有振動磨普遍采用的等節距螺旋彈簧的載荷特性曲線為線性線，為等剛度螺旋彈簧，而在振動利用工程的實際工況多為非線性，如振動輸送機、振動篩機、振動磨機等，由于運動狀態下系統載荷時刻都在變化，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。
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能高效的新型磨機至今尚未被提出。
技術實現要素：
本發明提供一種中凸型不并圈彈簧、混合密度介質側置式振動磨，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技術特征，上質體與彈簧構成振動系統，彈簧為中凸型不并圈變剛度彈簧；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化設置，與現有廣泛使用的普通側置式振動磨機系統相比，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。
本發明的新型側置式振動磨采取以下技術實現：
本發明是中凸不并圈彈簧與混合密度介質側置式振動磨，包括主振系統，主振系統包括通過變頻器控制的作為激振源的振動電機、至少一個與所述振動電機連接的磨筒以及與磨筒法蘭連接的配重體，所述振動電機、所述磨筒與所述上質體架組成上質體，上質體通過彈簧組相與底座相連；
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距為等節距的螺旋，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。
本發明的進一步改進在于：所述磨筒介質為兩種或兩種以上不同的配比。
本發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，以及與磨筒法蘭聯接的配重體，配重體補償了磨機傳動的偏心結構，使得空磨的質量中心仍基本處于磨筒體的軸線上，與傳統振動磨的均質圓振動相比，本發明振動磨產生橢圓、圓形和線形等多種振動，使振動磨的單位電耗降低約50％，效率提高近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。本發明的磨機主要由上質體、激振源、配重體、彈簧組及底座組成，其中振動電機作為激振源，固定在磨筒一側，與上質體架、配重體一起組成上質體，底座一端與彈簧組相連，另一端與地基固結，通電后，可由變頻器控制振動電機，以改變激振頻率、激振力，使磨筒及筒內磨介產生振動，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，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。
本發明磨機的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距為等節距的螺旋，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，且是連續或分段連續的，這有利于防止其共振和顫振的發生；由于中徑的變化，在相同鋼絲直徑相同節距的情況下，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，可實現磨機系統彈簧的不并圈，可使彈簧并圈產生的噪聲歸零，詳見下文的具體實施例。
由于構成中凸型不并圈螺旋彈簧的螺旋結構的中徑變化，使本發明具有明顯的非線性和所需的變剛度特點，即本發明彈簧構成的系統剛度具有隨載荷增減而增減的變剛度特點，以達到使系統有效蓄能、節能、穩定運轉、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，以便振動磨更好的工作。
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。
本發明的有益效果是：本發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，由于具有主振系統，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，達到良好的節能效果；所述中凸型彈簧的剛度能夠隨磨機系統最大載荷的變化而變化，不僅可具有蓄能、節能之效，彈簧在可能最大載荷下的不并圈，使得系統噪聲顯著降低而動態穩定性大大增加，整機效率明顯提升；在混合密度介質配比優化設置的情況下，與現有磨機系統相比，從介質密度這一角度考核，提高系統效率高、降低能耗等優勢更是顯而易見。
本發明的效果是積極、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、節能、穩定運轉、顯著降低噪聲、隔振效果好等特點。本發明的上述技術，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是本發明實施例振動磨結構示意圖。
圖2是本發明實施例中凸型不并圈螺旋彈簧結構示意圖。
圖3是本發明實施例中凸型彈簧相鄰圈不并圈示意圖。
圖4是本發明實施例中凸型不并圈螺旋彈簧組分布圖。
具體實施方式
為了加深對本發明的理解，下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發明，并不對本發明的保護范圍構成限定。
圖1所示，為本發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，彈簧組6，底座7所組成。筒體中磨介裝填系數可設為70%，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，上質體與底座之間以彈簧相連接，彈簧上下端裝有彈簧導柱，以保障上質體在鉛垂方向振動的穩定性；底座與地基以螺栓相固結。工作狀態下，可由變頻器控制振動電機，通過改變瞬態轉動頻率來改變激振頻率、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距為等節距的螺旋，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，且是連續或分段連續的，這有利于防止其共振和顫振的發生；節距的大小可為各個圈之間取不同的節距，也可為幾圈為一組取成幾種不同的節距；節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載荷增加、突變或過載而發生并圈時能起到提高承載能力、增加系統剛度及消音、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
則有
與式（1）聯立，可得
由此可實現磨機系統彈簧的不并圈。
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，以
便磨筒能夠正常的完成振動粉磨工作。
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