CN101507933A - 矩阵齿轮式超微研磨泵 - Google Patents

Abstract

矩阵齿轮式超微研磨泵是一种在齿轮式超微研磨机中用于对胶体物料进行超微细化加工设备中的工作主机。可以应用于食品、化工、制药等领域中对含有固体颗粒的液体进行超微细化破碎和研磨。该泵体是由中间夹有分隔板的对称分布泵壳体和左右泵盖组成的。多行多列个相同模数相同齿数的齿轮成矩阵形排列串联啮合置于泵的壳体内构成的多级齿轮泵。在被动齿轮处设有半径远大于齿顶半径的圆弧状内流道，用于实现流体在泵内的输送。该泵在连续循环输送含有固体颗粒流体的同时，相互啮合的牙齿对夹在其间的颗粒进行挤压、剪切和研磨从而使物料获得超微的细化。

Description

矩阵齿轮式超微研磨泵

所属技术领域

矩阵齿轮式超微研磨泵是一种齿轮式超微研磨机中用于对胶体物料进行超微细化加工的主机部件。可以应用于食品、化工、制药等领域中对含固体颗粒的流体进行超细化的破碎和研磨。

背景技术

目前在对固体颗粒进行超细化破碎方面的研磨破碎设备有很多种，例如：球磨机、胶磨机、气流粉碎机、均质机和高剪切机等。其中球磨机、胶磨机和高剪切机是一种以机械动能对被磨碎的固体颗粒施以剪切力、摩擦力和机械振动力来实现物料破碎细化的。球磨机主要用于干粉方式破碎。而胶磨机和高剪切机是以湿式胶体方式研磨破碎的。由于它们的运动方式和结构原理所限，这两种破碎机起破碎作用的定子和转子间必须留有一定的细小间隙。被破碎的物料经过此间隙时，定转子间的高速相对运动对颗粒施加了强烈的剪切力和摩擦力使得物料粉碎细化。然而定转子间隙不可能做到零间隙，因而其达到一定的细化精度后，就不可能进一步的细化。目前只能做到1微米左右的破碎能力，要实现纳米化的加工较难做到。

发明内容

为了能对物料颗粒用机械方式实现纳米化的加工，就要对物料做到零间隙施以作用力。从而使物料细化到小于微米级颗粒后可继续对其施以机械的挤压、剪切和摩擦等力的作用，并且也不伤害到机械本身的运动部件，从而实现对物料的纳米级的加工。本发明采用了在液压技术领域已存在多年的普通的齿轮式液压泵并配以进料机构、物料循环机构和冷却机构组成一个新的完整的齿轮式超微研磨机。本发明所应用的基本原理是：含有固体颗粒的液体(也称作胶体)被一对相互啮合的齿轮吸入泵体内后，在流体输送过程中受到了一对啮合轮齿的挤压、剪切和摩擦，使大颗粒变小，小颗粒进而细化。没有被作用力施力的颗粒会在形成的循环流动中总有机会被施力而破碎。经过一段时间的反复多次循环，一定量的被破碎的物料最终会达到极细的结果。用只有一对齿轮组成的齿轮泵做研磨机的工作主机时，一对齿轮同时啮合的牙齿不超过2对，这样的研磨效率比较低。对每批物料做循环研磨需要的时间较长，产量较低。若能在同一台研磨泵中同时有多组齿轮付对物料进行研磨工作，可成倍地提高工作效能。缩短了每批物料的研磨时间，能大大地提高产量。因而发明了由多个齿轮以矩阵排列的方式串联啮合而形成的矩阵齿轮式超微研磨泵。

本发明的矩阵齿轮式超微研磨泵所采用的技术方案是：在同一齿轮泵壳体内设置了多行多列个相同模数、相同齿数的齿轮相互串联啮合。其中首行首列齿轮为主动齿轮，其他顺序相互啮合的齿轮都是从动齿轮。用中间分隔板把泵壳体对称分隔为左右两部分。每一部分泵壳体都有多个成矩阵排列能容置齿轮的圆弧空间。两个左右泵盖用螺栓和定位园柱销使其与泵壳体和分隔板组合为一体。三个装在左右泵盖和中间分隔板上的滑动轴承内插装着主动轴。两个宽体主动齿轮对称地套装在装有平键的主动轴上。中间分隔板的其他行列所有的轴孔上开有键槽并插入装着平键的被动齿轮轴。每个被动齿轮轴上对称地套装着多个装有滑动轴承总宽等于两个主动齿轮的窄体被动齿轮。在位于主动齿轮与其啮合的被动齿轮的牙齿啮合分离区的泵壳和分隔板上开有进料通道。进料通道的上方设置了有能与外加料斗联接的螺纹进口的进料接头。在位于齿轮啮合最末尾的两个被动齿轮的牙齿啮合进入区的泵壳和分隔板上设置了物料循环排出通道。排出通道与外部管道联接的螺纹出口设置在左泵盖上。除了主动齿轮和末位被动齿轮以外在左右泵壳容纳被动齿轮的地方都设有一条半径大大地大于齿顶圆半径的圆弧状流体内流道空间。每对齿轮的牙齿在啮合的进入区把齿间的流体通过内流道压向下一级齿轮牙齿啮合的分离区，保证流体在泵腔内由始至终地流动。在泵壳最底部设置的螺纹口与靠近底部的内流道连通。该螺纹接口可用于安装排料阀门。在泵壳和分隔板每两行装齿轮的空腔之间都设有封闭的冷却水空腔。对应位置的左右泵盖上设置了可与外部冷却水管道联接的螺纹进出水口。

本发明的矩阵齿轮式超微研磨泵的优点是，主动齿轮转动时可同时带动多个串连的被动齿轮转动，由此多个齿轮啮合点同时工作增大了对牙齿间物料的挤压剪切面积，提高了工作效能。加大齿轮宽度也能增大牙齿啮合面积。但制造精度误差会使宽体齿轮的啮合接触面不良又降低了牙齿对物料的挤压和剪切效能。把主动轴的齿轮分为2个宽齿轮。每个从动轴上的齿轮被分成为多个窄齿轮可改善齿轮牙齿的接触性。由此提高了每个齿轮对物料的挤压与剪切作用。泵壳体内设置冷却水空腔，能更好地降低研磨物料的温升。

附图说明

附图1是本发明的矩阵齿轮式超微研磨泵的C-C剖开结构示意图。

附图2是本发明的矩阵齿轮式超微研磨泵的A-A剖开结构示意图。

附图3是本发明的矩阵齿轮式超微研磨泵的B-B剖开结构示意图。

附图4是齿轮泵的工作原理图。

附图5是单行五列齿轮式研磨泵剖开结构示意图。

附图6是本发明的矩阵齿轮式超微研磨泵安装在研磨机系统中的工作原理图。

图中1左泵壳、2进水口I、3主动齿轮、4主动轴、5平键I、6进料通道、7螺纹进口、8O型密封圈、9螺钉、10内流道、11圆柱销、12上冷却水腔、13出水口I、14从动轴、15滑动轴承I、16从动齿轮、17出水口II、18下冷却水腔、19循环排料通道、20排料螺纹口、21进水口II、22底脚、23钢堵、24滑动轴承II、25进料接头、26平键II、27弹性挡圈、28唇型密封圈、29联接螺栓、30平键III、31右泵盖、32内六角螺钉、33中间分隔板、34左泵盖、35螺纹出口、36右泵壳、37泵壳、38齿轮、39排出区、40吸入区、41电机、42皮带轮I、43皮带、44水箱、45回水管、46矩阵齿轮式超微研磨泵、47循环回流管道、48加料斗、49皮带轮II、50进水管、51连接管、52管道泵、53排料阀、54机架。

具体实施方式

下面结合对附图和实施例的描述给出本发明的矩阵式齿轮超微研磨泵的进一步说明。

参见附图4齿轮泵的工作原理图。泵壳37内的一对齿轮38相互啮合转动，在吸入区40处由于啮合的牙齿不断分离出现了空间加大使得吸入区40出现负压力，将使流体吸入泵腔内。泵腔排出区39处的牙齿不断进入啮合使得该处空间连续减少，齿轮将其牙间的流体不断挤出造成排出区39处的流体增多，因而形成的压力将流体排出泵腔外。齿轮牙齿啮合处相互挤压时会对牙齿间的流体颗粒施加了挤压力。一对相互啮合的齿轮除了在啮合节点处是纯滚动挤压外，牙齿面的其它部位之间都会有一个微小的速度差。这种速度差的存在使齿面间产生相互滑动，该滑动力在齿面产生的剪切力会使齿面出现磨损。当附着在齿面上的物料颗粒受到此剪切力的作用时，将会被破碎的更细小。由于齿轮转动时在牙齿啮合处以无间隙相互挤压、剪切和摩擦，因而从理论上而言可以把夹在其间的物料颗粒挤压破碎到纳米级尺寸。从而实现对物料的超微研磨。由一对齿轮组成的齿轮泵同时啮合的牙齿数不会超过2对，因而一对齿轮泵的研磨效能较低。本发明设计了由多个齿轮排列组成的矩阵形式的多级齿轮串联啮合的研磨泵，可大大提高研磨效能。加宽齿轮能使齿轮啮合面增大，也能提高研磨的效率。本发明把泵的壳体设计成用中间分隔板33将左泵壳1和右泵壳36对称地分为两个泵壳。每个泵壳都有多行多列对称地分布着由圆弧组成可容纳齿轮的空腔。左右泵盖34、31用螺栓29和定位圆柱销11将其与分隔板33、左右泵壳1、36组合为一体。在首行首列的左右泵盖34、31和分隔板33上装有三个滑动轴承II24，主动轴4插入轴承II24中，轴4的外伸端装有平键II26用于与外动力联接。轴4的另一端用钢堵23把左泵盖34上的轴孔堵死以防外泄漏。右泵盖31上装的并且套装在主动轴4上的唇型密封圈28用于阻止沿轴4的外泄漏。2个较宽的主动齿轮3套装在装有平键I5的轴4上，并对称地置于左右泵壳1和36内。轴4上装的弹性挡圈27阻止主动齿轮3的轴向移动。中间分隔板33上设置的多行多列个轴孔中都开有键槽。多个装有平键III30的从动轴14插入轴孔中。在每个从动轴14上都套装着4个装有滑动轴承I15的从动齿轮16。轴14上所有从动齿轮16的宽度尺寸和等于两个主动齿轮3的宽度尺寸和。较窄的齿轮比宽齿轮能更好消除因制造误差造成的齿轮付装配后啮合面接触不良的现象。在容纳主动齿轮3和与其相啮合的被动齿轮16的牙齿分离区的泵壳和分隔板33上开设了进料通道6。在通道6的上方用螺钉9把有螺纹进口7的进料接头25与左右泵壳1、36和分隔板33联接。接头25内的O型密封圈8可阻止接合面的外泄漏。经螺纹进口7可与外部加料斗联接。除了最末一个被动齿轮16以外，其他所有容纳被动齿轮16所在位置的左右泵壳1、36内，都设有一条半径大大地大于被动齿轮顶圆半径的圆弧状内流道10。每对齿轮啮合进入区挤压出的流体都会沿着图1所示的内流道10中所标注箭头方向流入下一级齿轮付牙齿啮合脱离区，从而实现流体在泵腔内的输送。所有齿轮牙齿在啮合的同时也对流体中所含的固体颗粒施加了挤压与剪切力。在容纳两个最末级被动齿轮16的牙齿啮合进入区的泵壳1、36和隔板33中设置了循环排料通道19。在左泵盖34的下部与通道19相通的地方设置了能与外部循环管路联接的螺纹出口35。在泵壳1的最底部开有排料螺纹口20与一个内流道10连通。在螺纹口20上可以装设排料控制阀门用于排放研磨好的物料，也可以用于排放清洗研磨泵时的污水。在泵壳1、36和分隔板33的每两行齿轮之间区域设置了封闭的上下冷却水腔12、18。该空腔的两端被左右泵盖34、31封闭。泵盖31、34上开有能与外部冷却水管联接的进水口I 2、II 21和出水口I 13、II 17。冷却水腔中通入冷却水可以对研磨物料时泵体产生的温升进行冷却。保护热敏性物料的材料性能不因升温受到影响。在左右泵壳1、36的底部用内六角螺钉32把底脚22固装在一起，该底脚22用于整个泵的安装支承。附图5所示的是单行五列齿轮式超微研磨泵的剖开结构示意图，这也是矩阵式排列的一个单行特例，其结构细节与前述的类似不做详细的陈述了。参见图6是矩阵齿轮式超微研磨泵46安装在研磨机系统中的工作原理图。装着皮带轮I 42、皮带轮II 49的电机41和泵46共装在机架54上。装在皮带轮I 42、II 49上的皮带43把电机41的动力传递给泵46的主动轴4。加料斗48下端装在泵46的进料接头25上。与泵46的循环排料通道19的螺纹出口35联接的循环回流管道47另一端与加料斗48上部联接。电机41带动泵46工作时，加料斗48中的流体物料从接头25处的进料道6进入泵腔中。经过多级齿轮的挤压、研磨和输送再经与泵46的循环排料通道19的螺纹出口35联接的循环回流管道47返回加料斗48中。加料斗48中定量物料经过多次连续反复循环研磨，会变的越来越细，甚至达到纳米级的细度。机架54底部安装的水箱44的底部通过管道与管道泵52的进口联接。管道泵的出口经进水管50与泵46的下冷却水腔18的进水口II 21联接。下冷却水腔18的出水口II 17用连接管51与上冷却水腔的进水口I2联接。泵46上冷却水腔12的出水口13经回水管45与水箱44连接。水箱44中的冷却水被管道泵52抽出并经管50和51送入泵46的上下冷却水腔12、18中，再经管45回到水箱中。泵46连续输送研磨物料所消耗的机械能引起的温升可以被水冷却下来。由此可以避免加工热敏性物料因高温引起的性能改变。

Claims (6)

1.矩阵齿轮式超微研磨泵是在同一齿轮泵壳体内设置了多行多列个模数相同、齿数相同相互串联啮合的齿轮，其特征在于：左右泵壳被中间分隔板对称地分为左右两部分，左右泵壳上都有多个排成矩阵行列能容置齿轮的圆弧空间，左右两个泵盖用螺栓和定位圆柱销使其与泵壳和分隔板组合为一体，三个装在左右泵盖和中间分隔板首行首列上的滑动轴承内插装着主动轴，两个宽体主动齿轮对称地套装在装有平键的主动轴上，中间分隔板的其他行列所有的轴孔上开有键槽并插入装着平键的被动齿轮轴，每个被动齿轮轴上对称地套装着多个装有滑动轴承并且宽度和等于两个主动齿轮宽度和的窄体被动齿轮。

2.根据权利要求1中所述的矩阵齿轮式超微研磨泵，其特征在于：在左右泵壳上除了容纳主动齿轮和末位被动齿轮所在的位置外，其余所有容纳被动齿轮所在位置处都设有一条半径大大地大于被动齿轮顶圆半径的圆弧形状的内流道空间。

3.根据权利要求1中所述的矩阵齿轮式超微研磨泵，其特征在于：在左右泵壳和分隔板位于容纳主动齿轮和与其啮合的被动齿轮处设置了进料通道，进料通道的上方用螺钉装有进料接头，左右泵壳、分隔板和进料接头之间夹有O型密封圈。

4.根据权利要求1中所述的矩阵齿轮式超微研磨泵，其特征在于：左右泵壳和分隔板位于容纳最末级的两个被动齿轮位置处设有循环排料通道，左泵盖在其对应位置设有与其相通的螺纹出口。

5.根据权利要求1中所述的矩阵齿轮式超微研磨泵，其特征在于：在泵壳的最底部设置的排料螺纹口与靠近底部的内流道连通。

6.根据权利要求1中所述的矩阵齿轮式超微研磨泵，其特征在于：左右泵壳和分隔板每两行齿轮空间之间都设有封闭的冷却水空腔，对应位置的左右泵盖上设置了可与外部冷却水管道联接的进出水口。

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