CN104759325A - 一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置 - Google Patents

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Abstract

一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，包括复合多层桶式的球磨杯，球磨杯和摆臂连接，摆臂连接在立柱上，立柱底部连接在机座上，上横梁连接在立柱上部，伺服电机输出轴通过减速器和球磨杯的搅拌轴连接，机座、立柱、上横梁连接成三面敞开的C型机身，球磨杯采用三层桶形结构，使钢球和微粒不仅可以产生周向的强迫运动，同时轴向上也受到搅拌轴的作用发生循环的翻转运动，本发明大大提高了球磨过程的效率。

Description

一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置
技术领域
本发明属于球磨装置技术领域，具体涉及一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置。
背景技术
采用机械强力球磨方法在实验室制备微纳米粉末时，动力源驱动机械主轴转动使搅拌研磨用的圆球体机械运动，使得研磨用的圆球体之间产生碰撞与相对的摩擦运动，使得微小颗粒被研磨细化。目前，机械球磨技术正在成为用传统方法很难得到或得不到的各种亚稳定相、非平衡相、超固溶合金、微纳米粉体等的主要制备技术之一。
传统的球磨机仅通过搅拌主轴上布置的多层径向搅拌横杆，在搅拌球磨杯的周向(即切向)施加力及运动对钢球进行作用，由于机械球磨的球体之间很容易产生滚动，相对的摩擦系数小，造成采用传统的机械搅拌主轴带动分层多个径向搅拌横杆转动来实现研磨存在如下两方面的不足之处：
(1)每层之间的研磨效果差：因为仅仅使每层多个径向搅拌横杆附近的研磨球体产生显著的运动，不能使得其它区域的研磨球体产生显著的相对运动，也不能使上下层之间的球体产生显著的相对运动，从而降低了相邻球体对处于两球体之间的微小颗粒的研磨作用，研磨效率低。
(2)球磨桶中心部位研磨效果差、研磨细化的均匀性差：因为搅拌主轴带动径向搅拌齿绕着主轴中心转动时，很显然，越远离搅拌主轴中心线处的线速度越大，即越靠近球磨桶较大半径的圆环区域，球体对物料的研磨作用越大。反之，在靠近球磨桶中心的小半径圆柱体内，因为径向搅拌横杆的线速度低，这部分的钢球的相对运动速度低。造成了球磨桶靠近中心部位的研磨效果比外环处差。使得整个球磨杯内的物料的研磨细化的情况有明显的差异。
(3)振动噪声大：因为传统球磨是通过径向搅拌横杆的高速转动，迫使处于该横杆前方的钢球产生运动来实现研磨物料的。尤其最上一层的径向搅拌横杆会使钢球剧烈冲击球磨杯壁及搅拌主轴、横杆，从而引发巨大的振动与噪声。尤其在要提高球磨效率，加大搅拌主轴转速时，产生的振动与噪声污染更为严重。
(4)球磨桶内的热量不易散发：机械强力球磨方法制备微纳米粉时，由于球磨时间高达几十小时、甚至上百小时，因此，球磨桶内的温度会很高，若不及时冷却，会使物料变质，严重时也会因为研磨用钢球表面材料发生退火，而使其硬度降低，耐磨性差。因此，机械强力球磨桶的散热时必不可少的。
传统的机械搅拌式分层多横杆的球磨机，由于位于球磨桶中心部位的热量要通过外层的钢球散发出去难度很大。而处于中心部位的钢球与物料又没有办法迫使其与外界的钢球进行交换。因而，传统的实验室用强力球磨机的内部热量不易散发。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，具有研磨效果好、振动噪声小、球磨桶内的热量易散发的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，包括复合多层桶式的球磨杯1，球磨杯1和摆臂10连接，摆臂10连接在立柱8上，并通过紧钉手柄9固定位置，立柱8底部连接在机座11上，上横梁7连接在立柱8上部，并通过大圆螺母6轴向定位，大圆螺母6上连接有防松盖5，伺服电机4输出轴通过减速器3和球磨杯1的搅拌轴1-8连接，机座11、立柱8、上横梁7连接成三面敞开的C型机身。
所述的球磨杯1包括搅拌轴1-8，搅拌轴1-8通过上圆锥滚子轴承1-15和下圆锥滚子轴承1-9支承在球磨杯盖1-1中心的开孔内，球磨杯盖1-1下端面分别和内层桶1-4、中层桶1-3、外层桶1-2上部连接，内层桶1-4底部和中层桶1-3连接，中层桶1-3的底部和外层桶1-2连接，工作时，中层桶1-3以内的部分需要抽真空，在球磨杯盖1-1和中层桶1-3的配合面、球磨杯盖1-1和搅拌轴1-8接触面上均有气体密封环，外层桶1-2和中层桶1-3之间的空腔内通入冷却介质，在球磨杯盖1-1和外层桶1-2的配合面上有液体密封环，球磨杯盖1-1上端面上开有抽真空孔，其上安装有气体管接头1-11，外层桶1-2上分别开有两个进液孔，其上分别装有下液体管接头1-7、上液体管接头1-10，冷却水从下液体管接头1-7通入，从上液体管接头1-10流出。
所述的搅拌轴1-8最下端连接有6个方形断面的径向搅拌杆1-8-1，在搅拌杆1-8-1的上方，连接有一组轴向送进螺旋曲面叶片1-8-3，叶片的上下表面上均连接有径向的筋条1-8-2，在搅拌轴1-8的最上端分别设有和减速器3输出轴连接的花键部分1-8-6、用来旋入双圆螺母1-13的钳口部分1-8-5和螺纹部分1-8-4。
所述的内层桶1-4是口部有法兰的杯形结构，法兰部分径向方向上开有两个方形通槽1-4-4，在外侧杯底的中心有一定位的小凸台1-4-1，在杯底平面部分开有底层簇孔1-4-2，钢球1-5和微粒1-6能够从该底层簇孔1-4-2中通过，在内层桶1-4侧面也开有一圈内桶开孔1-4-3，钢球1-5和微粒1-6能够从内桶开孔1-4-3进入内层桶1-4中，内层桶1-4侧面开有内桶开孔1-4-3高度根据物料的多少相应的改变，对于未装满的情况，在内层桶1-4侧面上开设两层内桶开孔1-4-3，利于钢球1-5和微粒1-6的轴向循环。
本发明的优点为：采用特殊设计的搅拌轴1-8和三层复合桶形结构球磨杯组件1，使钢球1-5和微粒1-6不仅可以产生周向的强迫运动，同时轴向上也受到搅拌轴1-8的作用发生循环的翻转运动，从而可带来以下几方面的优点：
(1)钢球1-5及被研磨的微粒1-6产生显著的轴向整体流动，加之在轴向推进螺旋面上又设置了一定高度的矩形径向齿1-8，这样使得球磨杯中的所有区域的钢球1-5与被研磨的微粒1-6都能产生显著的运动，不像传统强力球磨搅拌方式存在的运动死区与显著的不均匀区。也就是说，每个钢球1-5都参与了高效研磨微粒1-6的作用。
(2)钢球1-5与微粒1-6被迫沿着中间桶1-3与内层桶1-4之间的通道朝上流动，而中层桶1-3又与冷却水接触，加之该环形通道狭窄，使得微粒1-6与钢球1-5能得到充分的冷却，显著地提高了冷却效果。
(3)将径向布置的搅拌杆1-8-1放置在球磨杯的底面，使得底层的被研磨的微粒1-6充分地被研磨，同时，该径向布置的搅拌杆1-8-1被放在最下端，不会像传统的球磨机使钢球1-5飞溅，产生巨大的振动与噪声。
(4)采用三面敞开的C型机身，操作空间大；圆柱形的多台阶的立柱结构，制造安装方便；球磨杯1的各层桶之间通过导向凸台和定位凸台定位，最终通过球磨杯盖1-1上的螺纹入外层桶1-2中夹紧各层桶，省去了法兰螺钉定位，使球磨杯1可以在摆臂10转动一个角度后很快的打开进行更换物料，使用起来十分方便。
附图说明
图1是本发明整体结构外观示意图。
图2是本发明整体结构剖视图。
图3是本发明球磨杯1结构剖视图。
图4是本发明搅拌轴1-8结构示意图。
图5是本发明内层桶1-4结构示意图，图A是半剖视图、图B是仰视图。
图6是本发明球磨杯1不同工作载荷下的开口位置示意图，其中图A为钢球和物料装满时的示意图、图B为钢球和物料装约1/2时的示意图、图C为钢球和物料装约1/3时的示意图、图D为钢球和物料装约1/4时的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明作详细阐释。
参照图1和图2，一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，包括复合多层桶式的球磨杯1，球磨杯1和摆臂10连接，球磨杯1的外层桶1-2外侧上有一台肩，球磨杯1通过该台肩放置在摆臂10的圆环孔内，侧面通过紧钉螺钉固定，摆臂10连接在立柱8上，摆臂10从立柱8的上侧装入，摆臂10和球磨杯1的重量通过立柱8上的台肩承受，摆臂10可在立柱8周向上摆动，并通过紧钉手柄9固定位置，立柱8底部连接在机座11上，立柱8底部通过圆柱面配合插入到机座11上的通孔内通过台肩轴向定位，立柱8上有平键使其与机座11周向定位；上横梁7连接在立柱8上部，并通过大圆螺母6轴向定位，大圆螺母6上连接有防松盖5，上横梁7通过其上的通孔与立柱8配合，通过立柱8上的台肩和大圆螺母6轴向定位，并通过立柱8上的平键周向定位，大圆螺母6径向上开有盲孔，安装时用铁棒插入盲孔内，从立柱8上端旋入，防松盖5也从机身立柱8上端旋入，通过螺钉与大圆螺母6固定防松；伺服电机4输出轴通过减速器3和球磨杯1的搅拌轴1-8连接，伺服电机4通过螺栓与减速器3连接，减速器3通过其上的导向凸台和螺钉安装在上横梁7的安装孔内，减速器3输出轴通过花键联轴器2与球磨杯1的部件搅拌轴1-8周向连接传递动力，机座11、立柱8、上横梁7连接成三面敞开的C型机身。
参照图3，所述的球磨杯1包括搅拌轴1-8，搅拌轴1-8通过上圆锥滚子轴承1-15和下圆锥滚子轴承1-9支承在球磨杯盖1-1中心的开孔内，下圆锥滚子轴承1-9外圈通过球磨杯盖1-1中心孔内的台肩和轴承外圈套筒1-16定位，内圈承受搅拌轴1-8向上的轴向反作用力，上圆锥滚子轴承1-15外圈通过轴承外圈套筒1-16和轴承盖1-14定位，搅拌轴1-8向下的轴向力通过双圆螺母1-13和传力套筒1-12传递到上圆锥滚子轴承1-15的内圈上；球磨杯盖1-1下端面分别和内层桶1-4、中层桶1-3、外层桶1-2上部连接，球磨杯盖1-1下端面上对称安装有两个平键，内层桶1-4法兰部分径向方向上开有两个方形通槽1-4-4，该径向的两条导向槽和布置在球磨杯盖1-1下端面上埋设的平键配合，可靠地保证了内层桶1-4不会在内部钢球的带动下发生转动，内层桶1-4底部和中层桶1-3连接，中层桶1-3的底部和外层桶1-2连接，内层桶1-4依靠法兰外圆面和中层桶1-3内圆面配合径向定位，轴向上通过底部的小凸台和球磨杯盖1-1定位；中层桶1-3通过球磨杯盖1-1上的导向凸台径向定位，通过其底部的小凸台和球磨杯盖1-1上的平面轴向定位；外层桶1-2口部加工有内螺纹，球磨杯盖1-1带着其上安装的搅拌轴1-8、内层桶1-4、中层桶1-3旋入到外层桶1-2中，使内层桶1-4底部的小凸台压紧中层桶1-3，中层桶1-3底部的小凸台压紧外层桶1-2，球磨杯盖1-1外圆面上开有盲孔，插入铁棒用来旋紧，工作时，中层桶1-3以内的部分需要抽真空，在球磨杯盖1-1和中层桶1-3的配合面、球磨杯盖1-1和搅拌轴1-8接触面上均有气体密封环，外层桶1-2和中层桶1-3之间的空腔内需要通入冷却介质，在球磨杯盖1-1和外层桶1-2的配合面上有液体密封环，球磨杯盖1-1上端面上开有抽真空孔，其上安装有气体管接头1-11，外层桶1-2上分别开有两个进液孔，其上分别装有下液体管接头1-7、上液体管接头1-10，冷却水从下液体管接头1-7通入，从上液体管接头1-10流出，用来冷却钢球1-5和微粒1-6作用时产生的热量。
参照图4，所述的搅拌轴1-8最下端连接有6个方形断面的径向搅拌杆1-8-1，在搅拌杆1-8-1的上方，连接有一组轴向送进螺旋曲面叶片1-8-3，叶片的上下表面上均连接有径向的筋条1-8-2，用来增大搅拌作用；在搅拌轴1-8的最上端分别设有和减速器3输出轴连接的花键部分1-8-6、用来旋入双圆螺母1-13的钳口部分1-8-5和螺纹部分1-8-4。
参照图5和图6，所述的内层桶1-4是口部有法兰的杯形结构，法兰部分径向方向上开有两个方形通槽1-4-4，在外侧杯底的中心有一定位的小凸台1-4-1，在杯底平面部分开有底层簇孔1-4-2，钢球1-5和微粒1-6能够从该底层簇孔1-4-2中通过，在内层桶1-4侧面也开有一圈内桶开孔1-4-3，钢球1-5和微粒1-6能够从内桶开孔1-4-3进入内层桶1-4中，内层桶1-4侧面开有内桶开孔1-4-3高度根据物料的多少相应的改变，也就是说，根据实际工作时装入钢球1-5的多少不同，每次采用不同的内层桶1-4，相应的内层桶1-4侧面上开设的内桶开孔1-4-3的高度就不一样，对于未装满的情况，在内层桶1-4侧面上开设两层通孔，利于钢球1-5和微粒1-6的轴向循环。
本发明的工作原理为：通过使摆臂10旋转一个角度，就可打开球磨杯1的各层桶，将钢球1-5和需要进一步研磨的微粒1-6装入到内层桶1-4和中层桶1-3之间，然后装配好球磨杯1，将球磨杯1放入摆臂10的圆环座内，旋转摆臂10使搅拌轴1-8的花键部分和减速器3输出轴花键部分对正，通过花键联轴器2的向上滑动并锁定使搅拌轴1-8和减速器3输出轴连接传递动力，在伺服电机4的带动下，搅拌轴1-8开始旋转，由于搅拌轴1-8最下端连接有6个方形断面的径向搅拌杆1-8-1，在搅拌杆1-8-1的上方，连接有一组轴向送进螺旋曲面叶片1-8-3，因此钢球1-5和微粒1-6会由于搅拌轴1-8的作用产生周向和轴向向下的受迫运动，而内层桶1-4底部开有底层簇孔1-4-2，钢球1-5和微粒1-6会由该孔被挤入内层桶1-4和中层桶1-3之间的间隙，进而由内层桶1-4侧面的开孔再次进入内层桶1-4中，形成微粒1-6和钢球1-5的轴向循环，这一过程中钢球1-5会对微粒1-6产生很好的研磨作用，搅拌轴1-8的转速可通过伺服电机4精确控制，实现对循环速度的控制和调节，从而更好的细化微粒1-6。

Claims (4)

1.一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，包括复合多层桶式的球磨杯(1)，其特征在于：球磨杯(1)和摆臂(10)连接，摆臂(10)连接在立柱(8)上，并通过紧钉手柄(9)固定位置，立柱(8)底部连接在机座(11)上，上横梁(7)连接在立柱(8)上部，并通过大圆螺母(6)轴向定位，大圆螺母(6)上连接有防松盖(5)，伺服电机(4)输出轴通过减速器(3)和球磨杯(1)的搅拌轴(1-8)连接，机座(11)、立柱(8)、上横梁(7)连接成三面敞开的C型机身。
2.根据权利要求1所述的一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，其特征在于：所述的球磨杯(1)包括搅拌轴(1-8)，搅拌轴(1-8)通过上圆锥滚子轴承(1-15)和下圆锥滚子轴承(1-9)支承在球磨杯盖(1-1)中心的开孔内，球磨杯盖(1-1)下端面分别和内层桶(1-4)、中层桶(1-3)、外层桶(1-2)上部连接，内层桶(1-4)底部和中层桶(1-3)连接，中层桶(1-3)的底部和外层桶(1-2)连接，工作时，中层桶(1-3)以内的部分需要抽真空，在球磨杯盖(1-1)和中层桶(1-3)的配合面、球磨杯盖(1-1)和搅拌轴(1-8)接触面上均有气体密封环，外层桶(1-2)和中层桶(1-3)之间的空腔内通入冷却介质，在球磨杯盖(1-1)和外层桶(1-2)的配合面上有液体密封环，球磨杯盖(1-1)上端面上开有抽真空孔，其上安装有气体管接头(1-11)，外层桶(1-2)上分别开有两个进液孔，其上分别装有下液体管接头(1-7)、上液体管接头(1-10)，冷却水从下液体管接头(1-7)通入，从上液体管接头(1-10)流出。
3.根据权利要求1所述的一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，其特征在于：所述的搅拌轴(1-8)最下端连接有6个方形断面的径向搅拌杆(1-8-1)，在搅拌杆(1-8-1)的上方，连接有一组轴向送进螺旋曲面叶片(1-8-3)，叶片的上下表面上均连接有径向的筋条(1-8-2)，在搅拌轴(1-8)的最上端分别设有和减速器(3)输出轴连接的花键部分(1-8-6)、用来旋入双圆螺母(1-13)的钳口部分(1-8-5)和螺纹部分(1-8-4)。
4.根据权利要求1所述的一种内外层强迫轴向流动与上下循环的球磨装置，其特征在于：所述的内层桶(1-4)是口部有法兰的杯形结构，法兰部分径向方向上开有两个方形通槽(1-4-4)，在外侧杯底的中心有一定位的小凸台(1-4-1)，在杯底平面部分开有底层簇孔(1-4-2)，钢球(1-5)和微粒(1-6)能够从该底层簇孔(1-4-2)中通过，在内层桶(1-4)侧面也开有一圈内桶开孔(1-4-3)，钢球(1-5)和微粒(1-6)能够从内桶开孔(1-4-3)进入内层桶(1-4)中，内层桶(1-4)侧面开有内桶开孔(1-4-3)高度根据物料的多少相应的改变，也就是说，根据实际工作时装入钢球(1-5)的多少不同，每次采用不同的内层桶(1-4)，相应的内层桶(1-4)侧面上开设的内桶开孔(1-4-3)的高度就不一样，对于未装满的情况，在内层桶(1-4)侧面上开设两层通孔，利于钢球(1-5)和微粒(1-6)的轴向循环。
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