CN102600938B - 直流调速小型球磨机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流调速小型球磨机，适用于实验室用的小功率、小排料量机械设备，属于球磨实验设备技术领域，主要特点是设置工作台、曲柄摇杆机构、夹持装置和夹持装置中夹持的球磨罐；直流调速电机驱动曲柄摇杆机构中曲柄的一端，曲柄摇杆机构中的摇杆靠近一端处经销柱与相应部位的工作台销接，摇杆的端部与夹持装置中的底座固定，球磨罐的两端经夹持装置中的两夹持板和夹紧器夹持，球磨罐的球磨腔为椭圆形，电机驱动的球磨机可靠性高，成本低，能耗少，体积小，频率无级可调，本球磨机用直流调速电机为原动力，曲柄摇杆机构带动球磨罐在水平方向上进行高速圆弧式径向振动，本发明亦可对称设计，结构简单，粉尘少，效率高、噪声小，维修方便。

Description

直流调速小型球磨机

技术领域

本发明涉及一种直流调速小型球磨机，适用于实验室用的小功率、小排料量机械设备，属于球磨实验设备技术领域。

背景技术

球磨机是矿山，水泥，化工和电力等工业部门广泛使用的一种粉磨设备，主要工作机构是装有研磨介质的筒体，依靠筒体回转时介质的冲击和剥磨等作用使物料粉碎。由于物料被磨碎的方式不同，是否采用研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨（中速磨）、自磨磨机（无介质磨）等。有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。

自1893年球磨机出现100多年来，它在金属矿及非金属矿选矿厂、冶金、建材、化工及电力部门等若干基础行业的矿料粉碎中得到广泛的应用。例如：在矿山建设时期，球磨机的设备及基建投资约占选矿厂磨破设备总投资的50%；在矿山生产期间，球磨机的能耗(电耗和材料)同样占全部磨破作业的50%以上。同时，在矿山生产中，球磨机作为主要的生产设备，其运转率和效率常常决定了全厂(系列)的生产效率和指标，成为全厂生产的“咽喉”环节。从中可以看出球磨机的重要性，从对球磨机的依赖程度看，球磨机在今后相当长的时期内仍是十分必要的。

由于物料被磨碎的方式不同，是否采用研磨介质，磨机运动方式以及磨机结构等不同，粉磨设备也就有各种形式，有的彼此差别也很大。

建材工业中一般能见到的磨机有球磨机、棒磨、环辊磨（中速磨）、自磨磨机（无介质磨）等。有时候生产和科研工作中还使用振动磨，气力磨等超细磨设备。

目前我国多数实验室使用的小型球磨机为大小套环式球磨机，采用单电机+偏心轮+弹簧驱动结构，套环边缘磨损后存在死角，电机通过偏心轮和弹簧带动大环做圆周摆动，电机始终工作在偏心力作用下，轴因疲劳使寿命缩短，而且还存在研磨效率不高、粉尘大、惯性大、不对称、噪声大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流调速小型球磨机，面向实验室，可以放在桌面上，功率小，排料量小，每次加工量约20克。克服上述大小套环式球磨机存在的研磨死角、研磨效率不高、粉尘大、惯性大、不对称、噪声大和寿命短等不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种直流调速小型球磨机，包括直流调速电机，其特征是，还设置工作台、曲柄摇杆机构、夹持装置和夹持装置中夹持的球磨罐；直流调速电机驱动曲柄摇杆机构中曲柄的一端，曲柄摇杆机构中的摇杆靠近一端处经销柱与相应部位的工作台销接，摇杆的端部与夹持装置中的底座固定，球磨罐的两端经夹持装置中的两夹持板和夹紧器夹持，球磨罐的球磨腔为椭圆形。

所述球磨罐的外形呈圆柱体，由轴向对合的两部分经螺纹连接构成，连接处设置垫圈，其两端设置台阶，两台阶的中心部位设置凹坑。

所述球磨罐的椭圆形球磨腔的长轴为30-31mm，短轴13.5-14.5mm。

所述球磨罐的球磨腔内壁采用45号钢经淬火处理或者整个球磨罐材料采用Cr12MoV冷作模具钢。

所述夹持装置由底座，靠近底座两端分别固定的夹持板和其中一夹持板上旋接的夹紧器构成。

所述两夹持板相对应的侧面上设置垂直于其固定端的、与球磨罐台阶相匹配的半圆卡槽，半圆卡槽圆心部位的夹持板上设置与夹紧器的圆柱体外表面螺纹相配合的中心螺孔。

所述夹紧器由旋钮及与其连为一体的外表面具有螺纹的圆柱体构成，圆柱体的外端部具有与球磨罐端部凹坑相配合的凸起。

所述直流调速电机经其轴端固定的齿轮、垂直固定在齿轮端面上的小轴、小轴上套接曲柄摇杆机构中的曲柄一端。

所述工作台上对称设置曲柄摇杆机构、夹持装置和夹持装置中夹持的球磨罐，两直流调速电机经其轴端一对啮合齿轮分别驱动两曲柄摇杆机构中的曲柄。

本发明中的球磨罐采用密封结构，由直流调速电机驱动，调速便于产生3-30Hz的振动，电机驱动的球磨机可靠性高，成本低，能耗少，体积小，频率无级可调，本球磨机用直流调速电机为原动力，曲柄摇杆机构带动球磨罐在水平方向上进行高速圆弧式径向振动，本发明亦可对称设计，结构简单，粉尘少，效率高、噪声小，维修方便。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明中球磨罐立体结构示意图；

图3为本发明中夹持装置立体结构示意图；

图中，1工作台，2直流调速电机，3齿轮，4曲柄，5摇杆，6球磨罐，7夹持板，8底座，9台阶，10球磨腔，11夹紧器，12卡槽，13销柱。

具体实施方式

结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明由工作台1，直流调速电机2，曲柄摇杆机构、夹持装置和夹持装置中夹持的球磨罐6构成，直流调速电机2驱动曲柄摇杆机构中曲柄4的一端，曲柄摇杆机构中的摇杆5靠近一端处经销柱13与相应部位的工作台1销接，摇杆5的端部与夹持装置中的底座8固定，球磨罐6的两端经夹持装置中的两夹持板7和夹紧器11夹持。

如图2所示，球磨罐6中的球磨腔10的设计为椭圆形，因圆形腔容易堆积磨料，底层磨料没办法得到很好的撞击或碾压，而钢球在圆形腔内也没有在椭圆体内撞击剧烈。所以球磨腔10的设计为椭圆形。椭圆腔容积为25ML，且在14MM的球下不能有死角出现（一般要求），故不断修正参数得椭圆的长轴为30.5mm短轴为14mm。其容积为25.046ml与25ml的要求相近。限于加工技术，椭圆腔的开口只能在椭圆中央。故整个球磨罐6分为两个部分。两个部分的连接采用螺纹连接，为免物料落入间隙，可在连接处加垫圈。球磨罐6的罐顶和罐底都做台阶设计，并在罐顶两台阶的中心部位设置凹坑。

球磨腔10内部处于经常的撞击环境，内部应该有高的硬度。所以45号钢需要内壁淬火处理。或者整个球磨罐的材料为Cr12MoV冷作模具钢。

如图3所示，夹持装置由底座8，靠近底座8两端分别固定的夹持板7和其中一夹持板7上旋接的夹紧器11构成。夹持板7上的内半圈卡槽12因无法整体加工，需分开加工，组装成型。夹持板7有和球磨罐6的台阶9相匹配的半圆卡槽12，半圆卡槽12圆心部位的夹持板7上设置与夹紧器11的圆柱体外表面螺纹相配合的中心螺孔。

夹紧器11的端部有与球磨罐6两端的凹坑相匹配的凸起。夹紧器11考虑用户的使用方便，最好可以让用户直接用手操作。

夹紧器11的托板除了要有与夹紧器其他部件相连接的设计外还要有个机体托板相连接的设计，夹紧器与机器托板之间的连接直接决定着连杆的形状，对整个机器有很大的影响。下面列出三种设计，并对其进行论证，选择。

第一种。在托板上设计一个螺纹沉孔。用螺纹孔和螺母连接托板。好处是结构简单，与托板相连的杆件为Φ6的柱体。柱体较短，可保证较好的刚性。难点是保证夹持器水平。

第二种，在托板背面做两对突起，用于和T字形的钢板配合。

因视角原因，在图上看到的两个突起其实是两对。每对突起中，两突起相距6mm。与T字形杆体做稍过盈配合。以精确定位。缺点是托板质量变大，且杆件保持水平成问题。

第三种。杆件做成L行，在托板背面开个长方形槽。杆件与托板通过一个螺栓相连。第三种可以说是第二种的改进型。但仍然存在的杆件难以保持水平问题。

校验杆件强度：对杆件厚度进行计算。

由材料力学公式 ${\mathrm{\ω}}_B=I\frac{{\mathrm{FL}}^3}{3\mathrm{EI}}(3-4)$

其中E=200GPa.

对于长方形截面杆件I=bh³/12    （3-5）

对于圆形截面杆件I=πd⁴/64    （3-6）

由SOLDWORKS提供的质量数据M=5.9329g，由F=Mg    （3-7）

求出杆件末端总承受压力F=5.9329N，杆件L≤100MM的情况下，杆件可以使用。由4可得，杆件I≥98.88X10^-16

对长方形截面设h=10mm有5,6计算得，b≥1.1X10^-6M，d≥6.7X10^-4M，所设计的杆件强度均满足要求。为保证杆件的水平选择方案1。

考虑到单个球磨罐6振动时惯性较大，机器容易在桌面上跳动，设计采用两台直流调速电机2反向旋转，通过齿轮3啮合使两个球磨罐6对称、同步运动，惯性相互抵消，即使电机转速不严格相同互相成为负载和动力，互相储能或相互推动，并不会造成额外的能量内耗。

底座还是用金属材料，本机底座不止有着对各部件牢固定位或者限定位功能，还有着减震，加大与桌面摩擦的结构设计。

Claims (7)

1.一种直流调速小型球磨机，包括调速电机，工作台，曲柄摇杆机构，夹持装置和夹持装置中夹持的球磨罐，其特征是，所述工作台上对称设置曲柄摇杆机构、夹持装置和夹持装置中夹持的球磨罐，调速电机采用两直流调速电机，两直流调速电机经其轴端一对啮合齿轮分别驱动各自曲柄摇杆机构中曲柄的一端，曲柄摇杆机构中的摇杆靠近一端处经销柱与相应部位的工作台销接，摇杆的端部与夹持装置中的底座固定；球磨罐的外形呈圆柱体，由轴向对合的两部分经螺纹连接构成，连接处设置垫圈，其两端设置台阶，两台阶的中心部位设置凹坑；球磨罐的两端经夹持装置中的两夹持板和夹紧器夹持，球磨罐的球磨腔为椭圆形。

2.根据权利要求1所述的直流调速小型球磨机，其特征是，所述球磨罐的椭圆形球磨腔的长轴为30-31mm，短轴13.5-14.5mm。

3.根据权利要求1所述的直流调速小型球磨机，其特征是，所述球磨罐的球磨腔内壁采用45号钢经淬火处理或者整个球磨罐材料采用Cr12MoV冷作模具钢。

4.根据权利要求1所述的直流调速小型球磨机，其特征是，所述夹持装置由底座，靠近底座两端分别固定的夹持板和夹持板上旋接的夹紧器构成。

5.根据权利要求1或4所述的直流调速小型球磨机，其特征是，所述两夹持板相对应的侧面上设置垂直于其固定端的、与球磨罐台阶相匹配的半圆卡槽，半圆卡槽圆心部位的夹持板上设置与夹紧器的圆柱体外表面螺纹相配合的中心螺孔。

6.根据权利要求1或4所述的直流调速小型球磨机，其特征是，所述夹紧器由旋钮及与其连为一体的外表面具有螺纹的圆柱体构成，圆柱体的外端部具有与球磨罐端部凹坑相配合的凸起。

7.根据权利要求1所述的直流调速小型球磨机，其特征是，所述直流调速电机经其轴端固定的齿轮、垂直固定在齿轮端面上的小轴、小轴上套接曲柄摇杆机构中的曲柄一端。

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