CN105289815A - 磨粉收尘系统及使用该系统进行磨粉收尘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磨粉收尘系统以及使用上述系统进行磨粉收尘的方法，可高精度地对水泥基材料进行逐层磨粉、吸取粉末。所述系统包括PLC控制部、磨粉部、吸尘部和收集部，其中磨粉部包括第一基座和X向导轨、Y向导轨、Z向导轨，Z向导轨移动支架上设有第一电机和固定在第一电机输出轴端的磨头及吸尘罩，吸尘罩从磨头上部外侧罩住磨头；Y向导轨固定于第一基座上，X向导轨固定于Y向导轨移动支架上；X向导轨移动支架上设有用于固定试件的夹具；吸尘部包括吸尘器和吸尘管道，所述吸尘管道一端与吸尘罩密封连接，另一端与吸尘器连接，X向导轨移动支架、Y向导轨移动支架和Z向导轨移动支架的驱动装置以及第一电机由PLC控制部控制。

Description

磨粉收尘系统及使用该系统进行磨粉收尘的方法

技术领域

本发明涉及一种磨粉收尘系统及使用该系统进行磨粉收尘的方法，特别适用于对水泥基材料试件进行打磨并收集粉末。

背景技术

水泥基材料是一种多孔材料，水、气、离子等介质可以通过这些孔隙在其内部传输,而如氯离子、硫酸根离子等有害介质在水泥基材料内部的侵蚀是导致其性能劣化的最主要原因。通过将水泥基材料(如混凝土)磨成粉末，来分析外部介质或材料内部组分在材料内部的重新分布及含量大小，是一种被广泛应用的技术手段。如在对混凝土中的氯离子含量进行分析时，不论是化学分析法，还是滴定条法，首先都要制得混凝土的粉末，然后分析其中的氯离子含量。根据水运工程混凝土试验规程(JT270-98)，水溶性氯离子和酸溶性氯离子含量的测试都需使用粉末样品。

目前将水泥基材料制作成粉末的方法和设备主要有以下几种：1、将混凝土敲碎成小块后研磨成粉，此方法劳动量大，效率十分低，而且不能精确地从混凝土表面逐层的制取粉末；2、利用电钻钻孔取粉，此方法消耗人力，不能准确控制每次钻取粉末的深度；3、打磨机取样，此方法也是目前最为常用的一种方法。如中国专利文献CN101138745A公开了一种高端湍流振动研磨机，中国专利文献CN101264460B公开了一种混凝土粉末打磨机，这些设备能够将混凝土研磨细化，也可以实现从基体表面逐层磨粉，但还存在两个方面的主要问题：一是精确度不够，只有磨粉的厚度在大于1mm时，上述设备才具有一定的精确性，因此无法满足更精细取样的要求；二是过多消耗人力，上述设备磨下来的粉末需要人工不断地收集，且设备工作时粉尘很大，不利于身体健康。因此，需要一种能够更高精度逐层磨粉且可以自动吸取粉末的设备，从而不仅为相关实验数据的测定提供更精确的保证，而且大大提高效率，节省了人力时间。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种磨粉收尘系统，可以高精度地对水泥基材料进行逐层磨粉，并自动吸取粉末。

本发明的另一个目的是提供使用上述系统进行磨粉收尘的方法。

发明概述

在本发明的第一方面，提供一种磨粉收尘系统，包括PLC控制部、磨粉部、吸尘部和收集部，其中

磨粉部用于对试件表层进行研磨，包括第一基座和两两互相垂直的X向导轨、Y向导轨、Z向导轨，Z向导轨移动支架上设有可沿Z向导轨移动的第一电机和固定在第一电机输出轴端的磨头及吸尘罩，磨头下端设有刀刃，吸尘罩从磨头上部外侧罩住磨头，吸尘罩下端的开口面基本垂直于第一电机输出轴，刀刃沿第一电机输出轴背离吸尘罩方向的最远端与吸尘罩下端的开口面之间存在不大于3mm的间隙；Y向导轨固定于第一基座上，X向导轨固定于Y向导轨移动支架上，并可沿Y向导轨移动；X向导轨移动支架上设有可沿X向导轨移动的用于固定试件的夹具，通过移动夹具使试件需要打磨的位置对准刀刃；

吸尘部用于吸取所述磨粉部研磨下来的粉末，包括吸尘器和吸尘管道，所述吸尘管道为具有伸缩性的软管，其一端与磨粉部的吸尘罩密封连接，另一端与所述吸尘器连接；

收集部用于收集所述吸尘部吸取的粉末，包括出尘管道，所述出尘管道的上端与所述吸尘器连接；

X向导轨移动支架、Y向导轨移动支架和Z向导轨移动支架的驱动装置以及第一电机均由PLC控制部控制。

X向导轨移动支架、Y向导轨移动支架和Z向导轨移动支架的驱动装置以及第一电机由PLC控制部控制，在保证每层磨粉厚度精确性大于90％的情况下，每层最小磨粉厚度可以达到0.2mm，其中精确性测试及计算方法为：以磨粉厚度为1.0mm为例，在系统中设置每层磨1.0mm，磨粉前在每个试件上标注8个位置并测试该位置试件的高度X1，磨粉完成后，测试对应位置的高度X2，那么X1-X2就是误差，(1.0mm-(X1-X2))/1.0mm*100％就是精确性，由8个位置取平均值得到最终的每层磨粉厚度精确性。因此，本发明的所述磨粉收尘系统能够自动从水泥基材料试件表面到内部根据需求厚度高精度逐层磨粉，并且自动收集每一层磨下来的粉末，最终获得试件从表面到内部连续不同深度处的粉末样品，为相关实验数据的测定提供更精确的保证。磨头外设有吸尘罩，使得一旦产生粉末便被直接吸走，避免了粉末飞溅，保证了吸尘的效率；吸尘罩下端开口与刀刃的最远端存在间隙，使得磨粉操作可以顺利进行，不会被吸尘罩妨碍。所述间隙太大，则可能影响吸尘效果，产生粉末飞溅；间隙太小，吸尘罩又可能会与被研磨的试件表面产生摩擦，对磨粉操作造成不利影响。所述间隙的大小，是指所述刀刃最远端到吸尘罩下端的开口面的点到面的距离。优选的，所述间隙不大于2mm，如1mm。刀刃可通过磨头上设置的刀刃安装槽固定于磨头上，这样可在磨损后自由拆卸更换，使用非常方便。由于电机带动磨头和刀刃高速转动进行磨粉，因此使用本发明所述系统磨出的粉末很细，可直接过80um方孔筛，避免了由于粉末过粗还要研磨的工序。X向导轨、Y向导轨、Z向导轨的最大移动行程可根据试件的大小进行选择，完全能够满足水泥基材料试件(最常用的是100mm×100mm×mm立方体试件)的磨粉需求。PLC控制部可设置触摸屏，以方便操作。

进一步地，所述吸尘部还包括和吸尘器固定连接的高频振动机构，所述高频振动机构带动所述吸尘器振动，以振掉所述吸尘器内壁粘附的粉末，所述高频振动机构的振动幅度不大于1mm。所述高频振动机构为现有技术，一般振动频率为40～400Hz(赫兹，即每秒完成40～400次振动回合或循环)，可选用市售的产品，其一般带有用于调整振动频率和幅度的控制器。吸尘器内壁可经抛光处理，从而不易粘附粉末；吸尘部设有振动机构，即使有粉末粘附于吸尘器内壁，也会被振下，这样就大大提高了收尘效率，显著减少了上一层粉末对下一层粉末的污染。更进一步地，所述高频振动机构包括滑动导轨，所述高频振动机构带动所述吸尘器沿所述滑动导轨振动。

更进一步地，所述吸尘器和高频振动机构由PLC控制部控制，以实现吸尘部的自动化工作，节省人力，提高效率。

更进一步地，所述收集部包括分度盘机构，所述分度盘机构包括转盘和多个集尘容器，所述集尘容器沿周向均匀分布在所述转盘上，所述出尘管道下端置于相对的集尘容器上方，并高出所述集尘容器上端平面1-2mm。采用分度盘机构，更加便于多层连续磨粉收尘工作。更进一步地，所述分度盘机构还包括用于驱动转盘旋转的第三电机，第三电机由PLC控制部控制，以实现收集部的自动化工作，从而更有利于实现水泥基材料试件的逐层、循环连续磨粉收尘。

更进一步地，出尘管道下端外缘在相对的集尘容器上端外缘的内侧，且在高频振动机构振动方向上，出尘管道下端外缘与相对的集尘容器上端外缘的距离大于所述振动幅度。这样，即使所述出尘管道随着所述吸尘器产生0-1mm的振动，也能保证粉末全部落入所述集尘容器中。

在本发明第二方面，还提供了使用所述系统进行磨粉收尘的方法，包括以下步骤：

(A)移动X向导轨移动支架、Y向导轨移动支架、Z向导轨移动支架，使所述刀刃与试件需要打磨的位置接触；

(B)备好收集粉末的装置，使之与出尘管道相对；

(C)磨粉部X向导轨移动支架、Y向导轨移动支架和Z向导轨移动支架驱动装置及第一电机开始工作，打磨单次试件表层需要打磨的区域，吸尘部吸尘器不晚于第一电机开始工作，打磨得到的粉末经吸尘器送入出尘管道，落入所述收集粉末的装置；

(D)磨粉部X向导轨移动支架、Y向导轨移动支架和Z向导轨移动支架驱动装置及第一电机停止工作，吸尘器继续工作，使打磨得到的粉末被收集完全；

(E)吸尘器停止工作；

(F)可选的，循环步骤(B)－(E)，至试件打磨工作结束。

上述磨粉收尘方法可实现自动从水泥基材料试件表面到内部根据需求厚度高精度逐层磨粉，并且自动吸取每一层磨下来的粉末，最终获得试件从表面到内部连续不同深度处的粉末样品，为相关实验数据的测定提供更精确的保证。

进一步地，当所述吸尘部包括高频振动机构，吸尘器和高频振动机构均由PLC控制部控制时，步骤(C)中吸尘部吸尘器、高频振动机构和第一电机同时开始工作，从而实现吸尘部与磨粉部的自动同步工作。

进一步地，所述收集部还包括分度盘机构，所述分度盘机构包括转盘、多个集尘容器和用于驱动转盘旋转的第三电机，所述集尘容器沿周向均匀分布在所述转盘上，所述出尘管道下端高出所述集尘容器上端平面1-2mm，第三电机由PLC控制部控制，步骤(B)中通过旋转转盘使空的集尘容器与出尘管道相对。收集部由PLC控制部控制，磨下来的粉末自动被收集到集尘容器中，且开始磨下一层粉末时，分度盘自动旋转以便更换容器用于收集对应层粉末，可实现循环连续工作，大大提高了工作效率，节省了人力时间。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的磨粉部立体结构示意图；

图3为本发明的另一份磨粉部立体结构示意图；

图4为本发明的吸尘部立体结构示意图；

图5为本发明的收集部立体结构示意图；

图6为本发明的另一份收集部立体结构示意图；

图7为本发明的磨头部分的正视结构示意图；

图中，1为第一基座，2为第二基座，3为第一支架，4为第二支架，5为PLC控制部，6为第一电机，7为磨头，8为吸尘罩，9为Z向导轨，10为X向导轨，11为Y向导轨，12为夹具，13为第一电机输出轴，14为吸尘器，15为振动机构，16为吸尘管道，17为振动机构的动力机构，18为滑动导轨，19为控制器，20为第三电机，21为转盘，22为集尘容器，23为出尘管道，24为刀刃，25为刀刃安装槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更佳清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-7，所述磨粉收尘系统包括PLC控制部5、磨粉部、吸尘部和收集部，其中

磨粉部用于对试件表层进行研磨，包括第一基座1和两两互相垂直的X向导轨10、Y向导轨11、Z向导轨9，Z向导轨9固定在第一支架3上，Z向导轨9移动支架上设有可沿Z向导轨9移动的第一电机6和固定在第一电机输出轴13端的磨头7及吸尘罩8，磨头7下端通过刀刃安装槽25固定有2个可拆卸更换的金刚石材质的刀刃24，吸尘罩8从磨头7上部外侧罩住磨头7，吸尘罩8下端的开口面基本垂直于第一电机输出轴13，刀刃24沿第一电机输出轴13背离吸尘罩8方向的最远端与吸尘罩8下端的开口面之间存在1mm的间隙，显然，吸尘罩8上部与第一电机输出轴13之间为密封连接，以保证吸尘效果，此为常规设计，无需详述；Y向导轨11固定于第一基座1上，X向导轨10固定于Y向导轨11的移动支架上，并可沿Y向导轨11移动；X向导轨10的移动支架上设有可沿X向导轨10移动的用于固定试件的夹具12，通过移动夹具12使试件需要打磨的位置对准刀刃24；

吸尘部用于吸取所述磨粉部研磨下来的粉末，包括吸尘器14、吸尘管道16和与吸尘器14固定连接的高频振动机构15。所述吸尘器14固定于第二支架4上，内壁经抛光处理，从而不易粘附粉末；所述吸尘管道16为具有伸缩性的软管，其一端与磨粉部的吸尘罩8密封连接，另一端与所述吸尘器14连接；所述高频振动机构15包括为高频振动机构提供动力的第二电机17、滑动导轨18和用于调整振动频率和幅度的控制器19，滑动导轨18水平设置，所述高频振动机构15带动所述吸尘器14沿所述滑动导轨18振动，以振掉所述吸尘器内壁粘附的粉末，从而大大提高收尘效率，显著减少上一层粉末对下一层粉末的污染。所述高频振动机构15的振动幅度设置为0.5mm，频率设置为每秒钟振300次；

收集部用于收集所述吸尘部吸取的粉末，包括集尘容器22、出尘管道23和分度盘机构。所述分度盘机构包括水平设置的转盘21和驱动转盘21旋转的第三电机20，所述集尘容器22为多个，沿周向均匀分布在所述转盘21上，所述出尘管道23的上端与所述吸尘器14连接，下端置于相对的集尘容器22中心的正上方，且出尘管道23的下端高出所述集尘容器22上端平面1mm，该出尘管道23的直径要小于集尘容器22直径1～2mm，保证粉末全部落入所述集尘容器22中。这样即使所述出尘管道23随着所述吸尘器14在滑动导轨18上沿水平方向产生0.5mm的振动，也能保证粉末全部落入所述集尘容器22中；

PLC控制部5设于第一基座1上，吸尘部和收集部均设于第二基座2上；

X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架、Z向导轨9的移动支架的最大移动行程分别为300mm、175mm、270mm，可以保证试件的最大磨粉面积达到52500mm²，最大磨粉深度达到270mm；

X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架和Z向导轨9的移动支架的驱动装置、第一电机6、吸尘器14、高频振动机构15、驱动转盘21旋转的第三电机20均由PLC控制部控制。

上述磨粉收尘系统可以利用PLC控制部5控制整机运行，通过PLC脉冲信号与电机控制X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架、Z向导轨9的移动支架的移动，磨头7的转速，研磨的速度，每层磨粉的厚度以及磨粉的总层数(即磨粉的总厚度)，收尘的开始和结束，振动的开始和结束，以及转盘21的旋转和集尘容器22的更换。

使用上述磨粉收尘系统进行磨粉收尘的具体方法为：

首先向PLC控制部5输入程序。程序内容主要包括X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架移动路径速度(即研磨速度)，磨头7的转速，Z向导轨9的移动支架每次给进深度(即每层磨粉厚度)，以及循环工作次数即磨粉总层数；

然后将混凝土试件固定在夹具12上(显然，为了使研磨顺利进行，试件待研磨的表层应高于夹具12表面)，利用PLC控制部5移动X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架、Z向导轨9的移动支架，使得刀刃24与混凝土试件无缝隙接触，完成对刀；旋转转盘21使空的集尘容器22与出尘管道23相对；

最后启动程序，第一电机输出轴13开始转动，X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架、Z向导轨9的移动支架移动，磨粉部开始磨第1层粉；第一电机输出轴13开始转动的同时PLC控制部5给出收尘开始信号和振动开始信号，吸尘部获得该信号，吸尘器14开始吸尘工作，高频振动机构15开始振动；整个磨粉过程，吸尘器14和高频振动机构15始终保持工作状态；磨完第1层粉末时，X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架、Z向导轨9的移动支架停止移动并保持30s，期间吸尘器14仍继续工作，延时吸尘；30s后，PLC控制部5给出收尘结束信号和振动结束信号，吸尘器14和高频振动机构15停止工作，该层粉末被收集到集尘容器22中；

根据循环工作次数，PLC控制部5给出转盘21信号，转盘21旋转一次，使空的集尘容器22与出尘管道23相对，用于收集下一层粉末；集尘容器22更换完成后，磨粉部开始按上述程序磨第2层粉末，即完成一层磨粉作业。按以上工序循环工作，直至完成设定磨粉层数，这样可得到从试件表面到内部不同深度的粉末样品。

由于磨粉部X向导轨10的移动支架、Y向导轨11的移动支架和Z向导轨9的移动支架的驱动装置、第一电机6、吸尘器14、高频振动机构15、驱动转盘的第三电机20均由PLC控制部5控制，在保证每层磨粉厚度精确性大于90％的情况下，每层最小磨粉厚度可以达到0.2mm，且每层磨粉厚度分别为0.5mm、1.0mm、2.0mm时，其精确性依次为94％、97％、99％，因此，所述磨粉收尘系统能够实现连续工作，自动从水泥基材料试件表面到内部根据需求厚度高精度逐层磨粉，并且自动收集每一层磨下来的粉末，最终获得试件从表面到内部连续不同深度处的粉末样品，为相关实验数据的测定提供更精确的保证。磨头7外设有吸尘罩8，使得一旦产生粉末便被直接吸走，避免了粉末飞溅，保证了吸尘的效率。刀刃24通过磨头7上设置的刀刃安装槽25固定于磨头上，这样可在磨损后自由拆卸更换，使用非常方便。使用本发明所述系统磨出的粉末很细，可直接过80um方孔筛，避免了由于粉末过粗还要研磨的工序。

显然，本发明的上述实例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种磨粉收尘系统，其特征在于，包括PLC控制部(5)、磨粉部、吸尘部和收集部，其中

磨粉部用于对试件表层进行研磨，包括第一基座(1)和两两互相垂直的X向导轨(10)、Y向导轨(11)、Z向导轨(9)，Z向导轨(9)移动支架上设有可沿Z向导轨(9)移动的第一电机(6)和固定在第一电机输出轴端(13)的磨头(7)及吸尘罩(8)，磨头(7)下端设有刀刃(24)，吸尘罩(8)从磨头(7)上部外侧罩住磨头(7)，吸尘罩(8)下端的开口面基本垂直于第一电机输出轴(13)，刀刃(24)沿第一电机输出轴(13)背离吸尘罩(8)方向的最远端与吸尘罩(8)下端的开口面之间存在不大于3mm的间隙；Y向导轨(11)固定于第一基座(1)上，X向导轨(10)固定于Y向导轨(11)移动支架上，并可沿Y向导轨(11)移动；X向导轨(10)移动支架上设有可沿X向导轨(10)移动的用于固定试件的夹具(12)，通过移动夹具(12)使试件需要打磨的位置对准刀刃(24)；

吸尘部用于吸取所述磨粉部研磨下来的粉末，包括吸尘器(14)和吸尘管道(16)，所述吸尘管道(16)为具有伸缩性的软管，其一端与磨粉部的吸尘罩(8)密封连接，另一端与所述吸尘器(14)连接；

收集部用于收集所述吸尘部吸取的粉末，包括出尘管道(23)，所述出尘管道(23)的上端与所述吸尘器(14)连接；

X向导轨(10)移动支架、Y向导轨(11)移动支架和Z向导轨(9)移动支架的驱动装置以及第一电机(6)均由PLC控制部(5)控制。

2.如权利要求1所述的磨粉收尘系统，其特征在于，所述吸尘部还包括和吸尘器(14)固定连接的高频振动机构(15)，所述高频振动机构(15)带动所述吸尘器(14)振动，以振掉所述吸尘器(14)内壁粘附的粉末，所述高频振动机构(15)的振动幅度不大于1mm。

3.如权利要求2所述的磨粉收尘系统，其特征在于，所述高频振动机构(15)包括滑动导轨(18)，所述高频振动机构(15)带动所述吸尘器(14)沿所述滑动导轨(18)振动。

4.如权利要求2所述的磨粉收尘系统，其特征在于，所述吸尘器(14)和高频振动机构(15)由PLC控制部(5)控制。

5.如权利要求2-4中任一项所述的磨粉收尘系统，其特征在于，所述收集部包括分度盘机构，所述分度盘机构包括转盘(21)和多个集尘容器(22)，所述集尘容器(22)沿周向均匀分布在所述转盘(21)上，所述出尘管道(23)下端置于相对的集尘容器(22)上方，并高出所述集尘容器(22)上端平面1-2mm。

6.如权利要求5所述的磨粉收尘系统，其特征在于，所述分度盘机构还包括用于驱动转盘旋转的第三电机(20)，第三电机(20)由PLC控制部(5)控制。

7.如权利要求2-4所述的磨粉收尘系统，其特征在于，出尘管道(23)下端外缘在相对的集尘容器(22)上端外缘的内侧，且在高频振动机构(15)振动方向上，出尘管道(23)下端外缘与相对的集尘容器(22)上端外缘的距离大于所述振动幅度。

8.使用权利要求1-7中任一项所述系统进行磨粉收尘的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)移动X向导轨(10)移动支架、Y向导轨(11)移动支架、Z向导轨(9)移动支架，使所述刀刃(24)与试件需要打磨的位置接触；

(B)备好收集粉末的装置，使之与出尘管道(23)相对；

(C)磨粉部X向导轨(10)移动支架、Y向导轨(11)移动支架和Z向导轨(9)移动支架驱动装置及第一电机(6)开始工作，打磨单次试件表层需要打磨的区域，吸尘部吸尘器(14)不晚于第一电机(6)开始工作，打磨得到的粉末经吸尘器(14)送入出尘管道(23)，落入所述收集粉末的装置中；

(D)磨粉部X向导轨(10)移动支架、Y向导轨(11)移动支架和Z向导轨(9)移动支架驱动装置及第一电机(6)停止工作，吸尘器(14)继续工作，使打磨得到的粉末被收集完全；

(E)吸尘器(14)停止工作；

(F)可选的，循环步骤(B)－(E)，至试件打磨工作结束。

9.如权利要求8所述的进行磨粉收尘的方法，其特征在于，所述吸尘部还包括高频振动机构(15)，吸尘器(14)和高频振动机构(15)均由PLC控制部(5)控制，步骤(C)中吸尘部吸尘器(14)、高频振动机构(15)和第一电机(6)同时开始工作。

10.如权利要求8所述的进行磨粉收尘的方法，其特征在于，所述收集部还包括分度盘机构，所述分度盘机构包括转盘(21)、多个集尘容器(22)和用于驱动转盘(21)旋转的第三电机(20)，所述集尘容器(22)沿周向均匀分布在所述转盘(21)上，所述出尘管道(23)下端高出所述集尘容器(22)上端平面1-2mm，第三电机(20)由PLC控制部(5)控制，步骤(B)中通过旋转转盘(21)使作为收集粉末装置的空的集尘容器(22)与出尘管道(23)相对。