CN101554568B - 高机械能混合分散研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种高机械能混合分散研磨装置，包括动力源、公转机构、自转机构、设于自转轴上的自转支架、设于自转支架上的物料罐座及设于物料罐座上的物料罐，自转支架包括与自转轴固定相连的连接部及分别自连接部两侧平行自转轴伸出且相对于自转轴对称的两支撑部；物料罐座为一端开口的筒体，其筒壁的相对两侧分别借助于枢轴结构可转动地设置于两支撑部上，筒壁与支撑部之间还设有限位结构。本发明通过适当选定自转轴心线与公转轴心线夹角，可实现性能最佳化；且通过将物料罐可摆动地设置于自转支架上，物料罐在公转、自转的同时，还会规律性地进行大幅度摇摆振动，物料在多种运动复合作用下，受到很高的机械能，混合、分散、研磨效果非常好，应用前景广阔。

Description

高机械能混合分散研磨装置

技术领域

本发明涉及一种用于物料的混合、分散或研磨的设备，尤其是涉及高机械能混合分散研磨装置。

背景技术

在化工、医药、材料等生产或科研活动中，常常需要将诸如粉末或液体或膏体等物料进行混合、分散以使物料形成均一性的混合物，或者需要将物料进行研磨以达到使用要求。

当前，业界已经推出多种混合分散研磨装置，其中，行星式混合装置应用较多。传统的行星式混合装置主要包括机台、动力源、公转机构、自转机构、设于自转机构上以容纳待混合或研磨物料的物料罐。通过行星式的旋转机构，使容器同步进行公转、自转，以使装于容器内的物料得以混合或研磨。但是，传统的这种行星式混合装置由于其自转机构的自转轴心线与物料罐的几何中心线是重合的，在运行过程中，位于容器内自转中轴线附近的物料易出现陀螺效应而趋于稳定，由此导致自转中轴线附近的物料的分散、混合、研磨效果不够理想，难以满足高精度加工的要求。此外，上述装置的容器需要由装夹机构紧紧地夹紧，否则在装置运动过程中，整个容器易被甩出。同时，物料会飞溅到物料罐盖的内表面上，导致浪费及清洗困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种高机械能混合分散研磨装置，其能提供高机械能，以达到较佳的混合、分散、研磨的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高机械能混合分散研磨装置，包括动力源、由动力源驱动的公转机构、与公转机构传动配合的自转机构、设于自转机构的自转轴上的自转支架、设于自转支架上的物料罐座以及设于物料罐座上的物料罐，所述自转支架包括与自转轴固定相连的连接部以及分别自连接部的两侧平行于自转轴伸出的支撑部，两支撑部且相对于自转轴对称；所述物料罐座为一端开口的筒体，物料罐座筒壁的相对两侧的中上部分别借助于枢轴结构可转动地设置于两支撑部上，在筒壁与支撑部之间还设有限位结构，所述限位结构包括设于物料罐座筒壁上或支撑部上的限位柱以及相应设于支撑部上或物料罐座筒壁上以供限位柱相对来回活动的限位槽，所述限位槽是以枢轴结构的轴心为圆心的圆弧状槽；所述枢轴结构包括轴杆及与供所述轴杆穿设的轴孔，所述轴杆设于物料罐座筒体两侧或两支撑部上，而轴孔则对应设于两支撑部上或物料罐座筒体两侧。

进一步地，所述自转机构的自转轴心线与公转机构的公转轴心线具有夹角α，所述自转轴心线朝向公转轴心倾斜或者背离公转轴心线倾斜而形成所述夹角α。α＝0度或者α＝45度左右是较佳的选择，当α＝0度时，自转轴心线与公转轴心线平行。

本发明的有益效果是：通过将物料罐可摆动地设置于自转支架上，在装置运行过程中，物料罐在公转、自转的同时，还会规律性地进行大幅度摇摆振动，从而使物料在多种运动的复合作用下，受到的机械能很大，混合、分散、研磨效果非常好，特别是对团聚纳米粉体的分散效果很突出，应用前景非常广阔；本发明还通过将自转轴心线与公转轴心线之间形成的夹角α设定为45度角左右，而可达到在装置运行过程中物料罐只需放置于物料罐座中而不需轴向夹紧的效果，从而有利于取放物料罐的操作，同时，使物料不会飞溅到物料罐盖的内表面上，物料也不会甩出。当α为45度角左右时，大幅摇摆所形成的振动力与公转、自转运动形成的能量会更有效地叠加，会进一步提高装置的机构能。本发明在现有的行星式公转、自转模式的基础上，加入大幅摇摆振动，可以做到同样的输入功率的条件下，使物料的混合分散、研磨效果成倍提高，达到前所未有的最大值，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明高机械能混合分散研磨装置的分解图。

图2为沿图1中I-I的剖视放大图。

图3为本发明高机械能混合分散研磨装置的物料罐座摆动到极限位置时的结构示意图。

图4为本发明高机械能混合分散研磨装置的物料罐座在图3所示位置经自转180度后的示意图。

图5为本发明高机械能混合分散研磨装置的物料罐座在公转离心力作用下从图4位置摆动至极限位置的示意图。

图6为本发明高机械能混合分散研磨装置的自转轴心线与公转轴心线具有夹角的结构示意图。

图7是本发明高机械能混合分散研磨装置的自转轴心线与公转轴心线具有夹角的另一种结构示意图。

下面结合附图对本发明做进一步描述：

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种高机械能混合分散研磨装置，包括动力源1、由动力源1驱动的公转机构2、与公转机构2传动配合的自转机构3、设于自转机构3的自转轴30上的自转支架4、设于自转支架4上的物料罐座5以及设于物料罐座5上的物料罐6。

所述动力源1为公转机构2及自转机构提供动能，一般采用马达。

公转机构2包括与动力源1相连的公转轴20及固定于公转轴2顶端的公转支承板22。

所述自转机构3主要包括自转轴30及自公转轴20将动力传递给自转轴30的传动副32，一般地，所述传动副32为皮带副或齿轮副。所述自转轴30的顶端穿过公转支承板22伸出，相应地，在公转支承板22的对应处设有轴承供自转轴30穿过，从而可带动自转机构3进行公转，同时也不会影响自转轴30的自转。

上述的动力源1、公转机构2、自转机构3与现有的行星式混合研磨装置的相关结构基本相同，其并非本发明所创新之处，因此，在此不多赘述。

如图2所示，所述自转支架4包括与自转轴30固定相连的连接部40以及分别自连接部40的两侧垂直伸出的支撑部42，两支撑部42相互平行且相对于自转轴30对称。

所述物料罐座5为一端开口的筒体，筒壁的相对两侧分别借助于枢轴结构可转动地设置于两支撑部42上，在如图1、图2所示的实施方式中，所述枢轴结构包括设于物料罐座5筒壁两侧的轴杆520及设于支撑部42上以供所述轴杆520穿设的轴孔420，通过轴孔配合，而使得物料罐座5可以以轴杆520为转轴实现摆动。在物料罐座5的筒壁与支撑部42之间还设有限位结构，在如图所示的实施方式中，所述限位结构包括设于物料罐座5上的限位柱522以及相应设于支撑部42上以供限位柱522相对来回活动的限位槽422，所述限位槽422是以枢轴结构的轴心为圆心的圆弧状槽，限位柱522随物料罐座5进行摇摆振动时只能在限位槽422所限定的范围内来回活动，通过调整圆弧状的限位槽422的圆弧长度即可调整及限制物料罐座最大摇摆幅度。当限位槽422的圆弧长度足够长时，物料罐座的摆动可以不受到限制，从而可形成物料罐座处于自由摇摆运动状态。在本实施方式中，其初次最大摇摆幅度为90度。如图1所示，当装置未启动时，物料罐座5处于自然下垂状态，其自然垂下状态称为原点位置。装置启动后，当公转速度足够大时，物料罐座5沿公转离心力方向向外摇摆，此为初次摇摆(正向摆动)，其最大摆角为90度(如图3所示)。此时A面在上方，B面在下方。当物料罐座5自转180度至另一端时，在重力及公转离心力作用下，物料罐座5(B面在下方)下垂并高速大幅回摆，首先是从另一端极限位置摆动向原点位置，然后通过原点位置后继续沿公转离心力方向向外摆动(即反向摆动)，直至受限位机构限制产生撞击振动为止。此时，B面在上方，A面在下方，如图5所示，物料罐座5摇摆摆动幅度已达反向的最大摆角。实际运行时，在公转离心力作用下，自转支架每自转一圈，物料罐座5来回摇摆两次，即物料罐座的A面及B面沿着公转离心力的方向分别各向外摇摆一次。也就是说，在公转离心力作用下，每自转一圈物料罐座内的物料被来回摇摆振动两次。

当然，可以理解地，可以将所述轴杆520与轴孔420的位置互换，即将轴杆520设于两支撑部42上，而轴孔420则对应设于筒体两侧，同样可以实现使物料罐座5摇摆振动及限制摇摆幅度的目的；此外，限位柱422与限位槽522的位置也可互换，即将限位柱522设于支撑部42上，而将限位槽422设于物料罐座5上，从而在物料罐座5摇摆式振动时，限位柱不动，而以限位槽随物料罐座5来回活动，此时，亦即相当于限位柱522相对于限位槽422来回活动，当限位槽522的两端触及限位柱422即无法再沿当前摆动方向摆动，而同样实施限位目的。

所述物料罐6放置于物料罐座5筒体内，其用于容纳待处理的各种物料。

在如图1所示的实施方式中，所述自转机构3的自转轴心线与公转机构2的公转轴心线处于平行状态。当然，也可以如图6所示的实施方式那样，自转轴心线I-I是朝向公转轴心线II-II倾斜的，或者如图7所示的另一种实施方式，自转轴心线I-I是背离公转轴心线II-II倾斜的，这两种实施方式均使得所述自转机构3的自转轴心线I-I与公转轴心线II-II之间形成一定的夹角α，在设计时，该夹角α的取值范围为0～90度，当α＝0度时，即是自转轴心线与公转轴心线平行，而α＝90度时，即是自转轴心线与公转轴心线垂直。当α角在45度左右，物料罐最大摇摆幅度为90度，实际运行时，通过限位机构的控制，其摇摆幅度可在0～90度之间选择。当α定为45度左右时，可以使得物料罐在公转离心力的作用下获得一个压向物料罐座底部的分力，其摇摆幅度不超过90度时，物料罐6可以直接放置在物料罐座5上，而在物料罐座5的中轴线方向上无需额外再进行固定锁紧，工作时不会松脱，从而有利于提高取放物料罐6的效率。同时，物料不会飞溅到物料罐盖的内表面上，避免了浪费及清洗上的麻烦。

下面对本发明装置的具体运行过程及原理进行详细描述：

1、装置运行时，公转机构及自转机构分别带动自转支架及其上的物料罐座、物料罐和物料同时进行公转及自转；

2、当自转机构自转使轴杆520与公转离心力方向垂直时，在公转离心力带动下，物料罐座5将带着物料罐6绕轴杆520由物料罐座5的A面在前地(所谓前、后是指相对于摆动的方向而言)向外摆动，限位机构对物料罐座5进行限制，并且形成撞击产生振动，此时物料罐座5的A面在上方，而B面在下方，如图3所示；

3、而随着继续自转，公转离心力对物料罐座5摆动的影响逐渐减小，当轴杆520与公转离心力平行时，物料罐座5及物料罐6在重力作用下开始回落，物料罐座5则开始B面在前地沿公转离心力方向摆动(即沿图4中虚线箭头所示方向)，当轴杆520进一步自转到与公转离心力方向垂直时，物料罐座5受到的公转离心力作用的摆动力达到最大值，致使物料罐座5高速地向公转离心力方向摆动，当其受到限位机构的限制时再次发生撞击振动，此时物料罐座5的B面在上方，A面在下方，如图5所示；

4、通过公转、自转运动，在公转离心力作用下，每自转一周物料罐座5发生两次摇摆及两次撞击振动(沿物料罐座5的限位柱422与限位槽522的两个极限端各撞击振动一次)。摇摆式撞击振动使被混合、分散、研磨的物料得以振松动，并得到一个强大的振荡力，这些附加的能量对在高速运动下的行星式公转、自转的动能起到激化作用，从而具有作用加倍的功效，物料在多种运动的同时作用下，受到的机械能非常高，混合、分散、研磨效果非常好。

5、本发明装置的自转机构的自转轴心线与物料罐的几何中心线之间存在一个不断变化的夹角，在物料罐的摆动过程中，夹角为零，即自转轴心线与物料罐的几何中心线重合的情况只是极短的一瞬间，而绝大多数时间夹角不为零，即自转轴心线与物料罐的几何中心线不重合，因此，不易出现传统装置中难以避免的陀螺效应，即不会出现因物料罐几何中心线与自转中心线重合，致使物料罐几何中心线附近的物料混合、分散、研磨效果不好的现象，从而使物料罐中心区域的物料也得到很好的混合、分散及研磨，这是一项全新的突破。

使用本装置进行有关试验表明，本装置解决了传统方式对物料进行混合、分散、研磨所存在的众多难题。例如：对团聚纳米粉体分散、研磨的效果很好，避免了研磨时，研磨珠在物料罐底部中央部分结团以及在物料罐底部四周内壁结团而导致研磨效果不佳的现象。同时，纳米分散时的效率也得到提高，分散质量改善。又如，在膏状物料与粉体进行混合时，因使用需要，要求先将粉体先置于物料罐底部然后再将膏状物料加至粉体上部，分别使用传统混合装置和本发明装置进行混合相同的时间(如2.0分钟)，传统混合装置效果不佳，底部粉体得不到分散，不能与膏体很好混合；而本发明装置的分散、混合效果很好，底部粉体已完全分散并与膏体混合均匀。

本发明在现有的行星式公转、自转模式的基础上，加入大幅摇摆振动，可以做到在同样的输入功率的条件下，使物料的混合、分散、研磨效果成倍提高，达到前所未有的最大值，应用前景广阔。

Claims (4)

1.一种高机械能混合分散研磨装置，包括动力源、由动力源驱动的公转机构、与公转机构传动配合的自转机构、设于自转机构的自转轴上的自转支架、设于自转支架上的物料罐座及设于物料罐座上的物料罐，其特征在于：所述自转支架包括与自转轴固定相连的连接部以及分别自连接部的两侧平行于自转轴伸出的支撑部，两支撑部且相对于自转轴对称；所述物料罐座为一端开口的筒体，物料罐座筒壁的相对两侧的中上部分别借助于枢轴结构可转动地设置于两支撑部上，在筒壁与支撑部之间还设有限位结构，所述限位结构包括设于物料罐座筒壁上或支撑部上的限位柱以及相应设于支撑部上或物料罐座筒壁上以供限位柱相对来回活动的限位槽，所述限位槽是以枢轴结构的轴心为圆心的圆弧状槽；所述枢轴结构包括轴杆及与供所述轴杆穿设的轴孔，所述轴杆设于物料罐座筒体两侧或两支撑部上，而轴孔则对应设于两支撑部上或物料罐座筒体两侧。

2.如权利要求1所述的高机械能混合分散研磨装置，其特征在于：物料罐座摇摆幅度最大为180度。

3.如权利要求1所述的高机械能混合分散研磨装置，其特征在于：所述自转机构的自转轴心线与公转机构的公转轴心线具有夹角α，所述自转机构的自转轴心线朝向公转机构的公转轴心线倾斜或者所述自转机构的自转轴心线背离公转机构的公转轴心线倾斜，从而形成所述夹角α。

4.如权利要求3所述的高机械能混合分散研磨装置，其特征在于：所述的夹角α＝0度或者α＝45度。

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