CN101422748B - 一种万向型制备超微粉体的介质研磨机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种万向型超微粉体制备介质研磨机，它至少包括机架和安装于机架上的驱动机构、研磨装置和冷却装置，密封装置安装在研磨装置的支座上，驱动机构与研磨装置之间设有转向机构，转向机构为蜗轮蜗杆机构。本发明具有以下优点：一、非研磨状态下研磨装置可转向至任意方向，研磨状态下研磨装置可在水平至正下方90度的至任意方向旋转；二、研磨机在水平方向和垂直方向进行的研磨作用，使分析研磨过程的重力场影响成为可能；三、可将研磨装置的底部转至上方，为研磨作业前物料与研磨介质的添加提供了方便；四、可将研磨装置的底部转至下方，便于研磨作业完成后研磨介质的卸载与研磨装置的清洗。
Description
技术领域
本发明涉及一种万向型制备超微粉体的介质研磨机，特别是批次连续制备超微粉体的介质研磨机，属于超微粉体制备技术领域。
背景技术
采用介质研磨制备粉体可以获得较高的研磨应力强度、应力密度和颗粒捕获概率。该类研磨机是在研磨腔内填充研磨介质和被粉磨物料，工作时由转子带动研磨介质运动，物料在研磨介质之间，介质与器壁之间受到冲击、挤压和剪切，最终得到超微颗粒的产品。介质研磨制备超微粉体技术由于其原理简单、物料填充率大、滞留时间短、研磨介质小、研磨腔利用率高等特点而得到广泛应用。
上述超微粉体制备技术一直为国内外行家所关注，其研磨方式、介质损耗、物料污染、能量利用率等问题是研究的热点。美国Union Process公司、日本Koso kawa公司、德国Netzsch公司和Drais公司等国外知名公司的介质研磨装备的研发使上述技术的工业应用成为可能。专利申请号200510130270.5和200610001506.X等在研磨方法的改良和如何实现连续循环研磨等方面做了大量的工作，为该技术在我国的应用起了重要作用。
目前广泛应用的介质研磨机为圆筒环隙式结构形式，即两同心圆的环隙为研磨室，外圆筒为定子，内圆筒转子带动研磨介质工作，该研磨机的工作方式分立式和卧式两大类。随着介质研磨粉体制备技术在电子材料、磁性材料、精细陶瓷材料等领域的应用深入，少批量连续多批次制备超微粉体的场合大量出现。在新材料的制备和科学实验更要求粉体制备过程能反映重力场对制备粉体性能的影响。这类工艺要求同一台介质研磨机能在多个方位进行粉体制备作业，能方便精确添加研磨介质和物料，能快速、轻便进行研磨腔的清洗。
发明内容
本发明的目的在于为适应新的技术需求，提供一种万向型制备超微粉体的介质研磨机，该介质研磨机能在多方位进行研磨作业、便于研磨介质和物料填充、便于研磨腔清洗的介质超细粉体制备研磨机，能实现批次连续粉体制备。该研磨机特别适用于少批量多批次连续循环制备超微粉体。
本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：
一种万向型超微粉体制备研磨机，至少包括机架和安装于机架上的驱动机构、研磨装置和冷却装置，密封装置安装在研磨装置的支座上，驱动机构与研磨装置之间设有转向机构，转向机构为蜗轮蜗杆机构，蜗轮通过蜗轮支承轴承安装于蜗轮支承轴上，蜗杆通过蜗杆支承轴承安装于蜗杆轴承座上，蜗轮与转向后盘、转向后盘与蜗轮支承轴、蜗轮轮支承轴与转向前盘均联接，蜗轮底座与机架的主支承板联接，蜗杆轴承座与机架侧板联接，蜗杆的端部安装有转向手柄，转动前盘上开有角度不小于90°的空腔，机架主支撑板上开有角度不小于180°的空腔，研磨装置的研磨盘位于研磨筒体内，研磨装置的支座安装在转向前盘上，驱动机构中的电机安装在转向后盘上，驱动中空轴通过驱动轴承支承在研磨装置的支座上，密封装置中的机械密封轴径向通过键联接分别与驱动中空轴和研磨盘连接，轴向与两者固定，电机通过驱动轴经传动装置、驱动中空轴、机械密封轴驱动研磨盘。
其中所述传动装置为增速带传动装置，包括大皮带轮、小皮带轮和皮带，小皮带轮安装并支承在驱动中空轴上，大皮带轮安装并支承在电机驱动轴上。
所述研磨装置至少包括筒体端盖、进料口管接头、研磨盘、研磨筒体、研磨腔、出料装置、出料口管接头和筒体底座，研磨装置底部设有卡环，筒体底座、筒体端盖与研磨筒体分别由卡环固定，出料装置安装于研磨盘的下方，并与出料口管接头通过螺纹连接，进料口管接头通过设于研磨筒体上的连接孔与研磨腔连通。且研磨筒体内设有筒体内衬。
所述密封装置包括机械密封和机械密封轴，机械密封包括定子部分和转子部分，定子部分通过螺栓与筒体端盖和研磨装置的支座联接，使研磨装置和密封装置固定在支座上。
而且，转向机构的蜗轮支承轴承与蜗杆支承轴承均采用跨置式角接触球轴承对，可以承受蜗轮蜗杆传动的轴向载荷。
所述驱动机构设有变频调速器，驱动机构的转向前盘上安装有前、后驱动罩，大皮带轮、小皮带轮、皮带位于前、后驱动罩中。
所述机架至少包括底座和固定于底座上的主支承板、机架侧板，以及机架立板。
且密封装置一侧设有冷却装置，冷却装置安装在转向前盘上。
且蜗轮与转向后盘、转向后盘与蜗轮支承轴、蜗轮轮支承轴与转向前盘均采用螺纹联接，蜗轮与蜗杆的导程角小于3°30′，转动前盘上开有角度为90°的空腔，机架主支撑板上开有角度为252°的空腔。
由上述技术方案可知，本发明提供的万向型制备超微粉体的介质研磨机包括转向机构、驱动机构、研磨装置、密封装置、冷却装置和机架，转向机构、驱动机构安装在机架上，研磨装置的支座及冷却装置安装在转向机构的转向前盘上，研磨装置、密封装置安装在研磨装置的支座上。其中转向机构为蜗轮蜗杆机构，蜗杆的端部安装有转向手柄，转向手柄使蜗杆旋转，带动蜗轮转动；因蜗轮与转向后盘、转向后盘与蜗轮支承轴、蜗轮轮支承轴与转向前盘均采用螺纹联接，并通过蜗轮支承轴承、蜗轮底座支承在机架上，从而使蜗轮、转向后盘、蜗轮支承轴、转向前盘四部件同步运动，同时，安装在转向后盘上的电机，安装在转向前盘上的研磨装置的支座及相关联的研磨装置、密封装置、冷却装置同蜗轮做相同的运动，达到研磨装置可转至任意位置的要求。而且转动前盘开有角度为90°的空腔，机架主支撑板7.2开有252°的空腔，由于252°+2×90°>360°，在非研磨状态下研磨装置可在360°的空间内转动。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)非研磨状态下研磨装置可转向至任意方向；研磨状态下研磨装置可在水平至正下方90°的至任意方向旋转；
(2)研磨机在水平方向和垂直方向进行的研磨作用，使分析研磨过程的重力场影响成为可能；
(3)可将研磨装置的底部转至上方，为研磨作业前物料与研磨介质的添加提供了方便；
(4)可将研磨装置的底部转至下方，便于研磨作业完成后研磨介质的卸载与研磨装置的清洗。
附图说明
图1是本发明提供的制备万向型超微粉体介质研磨机的总体结构示意图；
图2是转向机构的主视图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是转向机构的转向前盘结构示意图；
图5是机架的主支承板结构示意图；
图6的A、B、C、D分别是万向型制备超微粉体介质研磨机的四种位置状态图。
图中：1-转向机构、2-驱动机构、3-研磨装置、4-密封装置、5-研磨支座、6-冷却装置、7-机架、8-卡环、1.1-转向蜗轮、1.2-转向蜗杆、1.3-蜗轮底座、1.4-蜗轮支承轴、1.5-蜗轮支承轴承、1.6-蜗杆轴承座、1.7-蜗杆支承轴承、1.8-转向前盘、1.9-转向后盘、1.10-转向手柄、2.1-电机、2.2变频调速器、2.3-增速带传动、2.4-前传动罩、2.5-后传动罩、2.6-驱动中空轴、2.7-驱动轴承2.8-轴套端盖、2.3.A-小皮带轮、2.3.B-皮带、2.3.C-大皮带轮、3.1-筒体端盖、3.2-进料口管接头、3.3-研磨盘、3.4-研磨筒体、3.5-研磨筒体内衬、3.6-出料装置、3.7-出料口管接头、3.8-筒体底座、4.1-机械密封、4.2-机械密封轴、4.1.A-定子部分、4.1.B-转子部分、7.1-底座、7.2-主支承板、7.3-加强板、7.4-机架侧板、7.5-机架立板
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过具体实施例，并结合附图对本发明作进一步地描述。
如图1所示，本发明提供的万向型超微粉体制备介质研磨机主要包括转向机构1、驱动机构2、研磨装置3、密封装置4、研磨装置支座5、冷却装置6、机架7和卡环8；
如图2和图3所示，转向机构1包括转向蜗轮1.1、转向蜗杆1.2、蜗轮底座1.3、蜗轮支承轴1.4、蜗轮支承轴承1.5、蜗杆轴承座1.6、蜗杆支承轴承1.7、转向前盘1.8、转向后盘1.9、转向手柄1.10；所述机架7包括底座7.1、主支承板7.2与加强板7.3、机架侧板7.4、机架立板7.5组成；
蜗轮底座1.3与机架固定主支承板7.2与加强板7.3联接，蜗轮支承轴1.4与可转动的前盘1.8与后盘1.8联接，蜗杆轴承座1.6通过螺栓固定在机架侧板7.4上，研磨装置3与驱动机构2偏置时由蜗轮蜗杆反向传递的偏转载荷通过此螺栓传递给机架7，蜗轮支承轴承1.5与蜗杆支承轴承1.7均采用跨置式角接触球轴承对，可以承受蜗轮蜗杆传动的轴向载荷；
蜗轮1.1与蜗杆1.2的导程角为3°10′，满足蜗杆传动自锁的导程角小于3°30′的要求；
如图4和图5所示，转动前盘1.8开有角度为90°的空腔，机架主支撑板7.2开有252°的空腔，由于252°+2×90°>360°，在非研磨状态下研磨装置可在360°的空间内转动。
机架7的底座7.1与机架立板7.5构成平衡稳定系，蜗轮底座1.3与主支承板7.2与加强板7.3用沉头螺钉连接，蜗杆轴承座1.6与机架侧板7.4用螺栓联接。
如图1所示，所述驱动机构包括电机2.1、变频调速器2.2、增速带传动2.3、前传动罩2.4、后传动罩2.5、驱动中空轴2.6、驱动轴承2.7、轴套端盖2.8；所述增速带传动包括小皮带轮2.3.A、皮带2.3.B和大皮带轮2.3.C，小皮带轮2.3.A、皮带2.3.B和大皮带轮2.3.C置于前后传动罩1.4和1.5中；小皮带轮2.3.A安装并支承在所述主驱动中空轴2.6上，大皮带轮2.3.C安装并支承在电机2.1的出轴上，驱动中空轴2.6通过驱动轴承2.7支承在研磨装置支座5上，电机2.1安装在转动后盘1.9上，前后传动罩1.4和1.5安装在转动前盘1.8上；所述变频调速器2.2通过改变供电的电源频率对电机2.1、并通过增速皮带传动2.3对研磨盘3.3进行无级调速；所述驱动轴承2.7采用跨置式角接触球对以承受由研磨装置重力和偏载而产生的轴向载荷。
如图2、3所示，转向手柄1.10使蜗杆1.2旋转，带动蜗轮1.1转动；由于蜗轮与转向后盘1.9，转向后盘1.9与蜗轮轮支承轴1.4，蜗轮轮支承轴1.4与转向前盘均采用螺栓或螺钉联接，并通过蜗轮支承轴承1.5、蜗轮底座1.3支承在机架7上，从而使蜗轮1.1、转向后盘1.9、蜗轮支承轴1.4、转向前盘1.8四部件同步运动，同时，如图1所示，安装在转向后盘上的电机2.1，安装在转向前盘1.8上的研磨装置支座5及相关联的研磨装置3、密封装置4、冷却装置 5同蜗轮做相同的运动，达到研磨装置可转至任意位置的要求。
图6.A为该研磨机的立式研磨工况与卸载情况工况，图6.B为研磨机的卧式研磨工况。为避免机械密封的磨损，通过位置传感器使研磨机的研磨状态限制在图6.A与图6.B之间的90°空间内。
如图1所示，所述研磨装置3包括研磨盘3.3、研磨筒体3.4、研磨筒体内衬3.5、筒体底座3.8、筒体端盖3.1、出料装置3.6、进料口管接头3.2和出料口管接头3.7，筒体底座3.8、筒体端盖3.1与研磨筒体3.4分别由卡环8固定，出料装置3.6安装于研磨盘3.3的下方，并与出料口管接头3.7通过螺纹连接，进料口管接头3.2通过筒体内衬3.5和研磨筒体3.4的连接孔与研磨腔连通；
如图1所示，所述密封装置4包括机械密封4.1和机械密封轴4.2，所述机械密封4.1包括定子部分4.1.A和转子4.1.B部分，定子部分4.1.A通过螺栓与筒体端盖3.1和研磨装置支座5联接，使研磨装置3和密封装置4固定在支座5上。转子部分4.1.B与驱动中空轴2.6和机械密封轴4.2的相应端面接触，接触面装有O型密封圈。所述机械密封轴4.2径向通过键连接分别与驱动中空轴2.6和研磨盘3.3连接，轴向通过螺栓与两者固定，从而实现由皮带轮、中空轴2.6、机械密封轴4.2至研磨盘3.3的扭矩传递。
如图1所示，所述研磨装置支座5为多孔腔体结构体，是驱动装置的轴承座，轴承两端盖固定在支座上，所述研磨装置支座5通过螺栓与转向前盘1.8联接；
如图1所示，所述冷却装置6通过冷却泵向机械密封4.1提供冷却液，冷却装置6安装在转向前盘上1.8；
本发明的万向型超微粉体制备介质研磨机可以构成批次干法、湿法介质研磨系统，亦可通过与蠕动泵等构成的批次连续湿法介质研磨系统。
本发明的万向型超微粉体制备介质研磨机的工作原理如下：由变频调速器2.2控制的电机2.1通过增速皮带传动2.3、驱动中空轴2.6、机械密封轴4.2带动研磨盘3.3高速旋转，研磨盘3.3带动研磨介质运动，物料在研磨介质之间，介质与器壁之间受到冲击、挤压和剪切，最终得到超微颗粒的产品。
Claims (10)
1.一种万向型制备超微粉体的介质研磨机，至少包括机架和安装于机架上的驱动机构、研磨装置和冷却装置，密封装置安装在研磨装置的支座上，其特征在于：驱动机构与研磨装置之间设有转向机构，转向机构为蜗轮蜗杆机构，蜗轮通过蜗轮支承轴承安装于蜗轮支承轴上，蜗杆通过蜗杆支承轴承安装于蜗杆轴承座上，蜗轮与转向后盘、转向后盘与蜗轮支承轴、蜗轮轮支承轴与转向前盘均联接，蜗轮底座与机架的主支承板联接，蜗杆轴承座与机架侧板联接，蜗杆的端部安装有转向手柄，转动前盘上开有角度不小于90°的空腔，机架主支撑板上开有角度不小于180°的空腔，研磨装置的研磨盘位于研磨筒体内，研磨装置的支座安装在转向前盘上，驱动机构中的电机安装在转向后盘上，驱动中空轴通过驱动轴承支承在研磨装置的支座上，密封装置中的机械密封轴径向通过键联接分别与驱动中空轴和研磨盘连接，轴向与两者固定，电机通过驱动轴经传动装置、驱动中空轴、机械密封轴驱动研磨盘。
2.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：传动装置为增速带传动装置，包括大皮带轮、小皮带轮和皮带，小皮带轮安装并支承在驱动中空轴上，大皮带轮安装并支承在电机驱动轴上。
3.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：研磨装置至少包括筒体端盖、进料口管接头、研磨盘、研磨筒体、研磨腔、出料装置、出料口管接头和筒体底座，研磨装置底部设有卡环，筒体底座、筒体端盖与研磨筒体分别由卡环固定，出料装置安装于研磨盘的下方，并与出料口管接头通过螺纹连接，进料口管接头通过设于研磨筒体上的连接孔与研磨腔连通。
4.根据权利要求3所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：研磨筒体内设有筒体内衬。
5.根据权利要求1或3所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：密封装置包括机械密封和机械密封轴，机械密封包括定子部分和转子部分，定子部分通过螺纹联接与筒体端盖和研磨装置的支座联接，使研磨装置和密封装置固定在支座上。
6.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：转向机构的蜗轮支承轴承与蜗杆支承轴承均采用跨置式角接触球轴承对，可以承受蜗轮蜗杆传动的轴向载荷。
7.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：驱动机构设有变频调速器，驱动机构的转向前盘上安装有前、后驱动罩，大皮带轮、小皮带轮、皮带位于前、后驱动罩中。
8.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：机架至少包括底座和固定于底座上的主支承板、机架侧板，以及机架立板。
9.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：密封装置侧面设有冷却装置，冷却装置安装在转向前盘上。
10.根据权利要求1所述的万向型制备超微粉体的介质研磨机，其特征在于：蜗轮与转向后盘、转向后盘与蜗轮支承轴、蜗轮轮支承轴与转向前盘均采用螺纹联接，蜗轮与蜗杆的导程角小于3°30′，转动前盘上开有角度为90°的空腔，机架主支撑板上开有角度为252°的空腔。
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