CN105600467B - 压电叠堆驱动的粉体输送装置 - Google Patents

压电叠堆驱动的粉体输送装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压电叠堆驱动的粉体输送装置，包括驱动平台、输送管以及输送管固定装置；其中，所述输送管的一端部通过一所述输送管固定装置连接一所述驱动平台；所述输送管的另一端部通过另一所述输送管固定装置连接另一所述驱动平台；所述驱动平台用于向所述输送管施加椭圆振动驱动所述输送管进行椭圆振动；所述输送管用于进行椭圆振动，进而通过摩擦力驱动粉体运动，实现粉体输送。本发明中输送管整体作椭圆振动，输送管管壁上各部位粉体所受驱动力及所作运动相同，这大大减小了粉体间的相互作用，使得该输送装置能够有效输送的粉体种类更加多样化。

Description

压电叠堆驱动的粉体输送装置
技术领域
本发明涉及粉体输送领域，具体地，涉及一种压电叠堆驱动的粉体输送装置。
背景技术
传统的粉体输送装置已经发展得较为成熟，但是这些装置一般体积大、噪音高，只适合于大量粉体的输送。随着人类生产力的发展、科学技术的进步，特别在医药、化工、食品加工等领域，对少量粉体的定量精确输送及输送装置的小型化提出了迫切的需求。
利用压电陶瓷的逆压电效应，能够将电能转换成机械能，依此原理做出的各式致动器及传动机构有着体型小、结构简单、精度高、可控性好等特点。T.Takano,Y.Tomikawa和M.Mracek,J.Wallaschek等先后设计制造和完善了一种行波型超声粉体装置，这种装置主要依靠压电陶瓷振动在有机玻璃输送管中产生衰减行波，激起输送管管壁质点产生椭圆运动来驱动粉体运动，其输送情况如图4所示。这种装置对部分粉体如金刚砂等具有良好的输送及精确控制效果，具有结构简单、控制精度高和噪声小等优点，但同时它要求输送管的能量吸收系数必须比较大，输送管尺寸不宜太长，粉体特性对输送效率的影响较大，且工作在共振频率上，发热也比较严重，不能长时间持续工作。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种压电叠堆驱动的粉体输送装置。
根据本发明提供的压电叠堆驱动的粉体输送装置，包括驱动平台、输送管以及输送管固定装置；
其中，所述输送管的一端部通过一所述输送管固定装置连接一所述驱动平台；所述输送管的另一端部通过另一所述输送管固定装置连接另一所述驱动平台；
所述驱动平台用于向所述输送管施加椭圆振动驱动所述输送管进行椭圆振动；
所述输送管用于进行椭圆振动，进而通过摩擦力驱动粉体运动，实现粉体输送。
优选地，所述驱动平台包括基座、叠堆压电致动器、输送管支撑平台以及柔性铰链；
其中，一所述叠堆压电致动器的一方面连接所述基座，另一方面通过一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
另一所述叠堆压电致动器的一方面连接所述基座，另一方面通过另一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
一所述叠堆压电致动器用于向所述输送管支撑平台一方向施加伸缩运动，另一所述叠堆压电致动器用于向所述输送管支撑平台另一方向施加伸缩运动。
优选地，还包括菱形放大机构；
其中，所述叠堆压电致动器设置在所述菱形放大机构内；
一所述菱形放大机构的一方面连接所述基座，另一方面通过一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
另一所述菱形放大机构的一方面连接所述基座，另一方面通过另一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
一所述菱形放大机构水平放置，另一所述菱形放大机构竖直放置。
优选地，所述叠堆压电致动器的位移输出端与菱形放大机构长对角边相连接。
优选地，一叠堆压电致动器与另一叠堆压电致动器的两端施加的正弦电压的相位相差90度，信号频率相同。
优选地，所述柔性铰链为单轴式；
所述柔性铰链与菱形放大机构相连的一端以及与输送管支撑平台相连的另一端均设置有切口。
优选地，所述切口的正向视图为圆形、椭圆形、直角形以及圆角形；
所述柔性铰链的运动方式为转动。
优选地，一驱动平台与另一驱动平台之间的安装距离可调。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、行波型超声粉体装置相比，本发明中输送管整体作椭圆振动，输送管管壁上各部位粉体所受驱动力及所作运动相同，这大大减小了粉体间的相互作用，使得该输送装置能够有效输送的粉体种类更加多样化；
2、本发明能够适应不同形状尺寸的输送管，只需要采取相应的输送管固定装置，调节所述驱动平台的安装位置，结构简单，安装方便灵活；
3、本发明中设置有叠堆压电致动器，即采用压电陶瓷进行粉体输送，可通过调节激励大小及方式，实现粉体精确定量输送；
4、本发明设置有菱形放大机构，大大提高了粉体输送效率；
5、本发明在医药、化工和食品加工等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中压电叠堆驱动粉体输送装置的结构示意图；
图中：11为驱动平台，12为输送管，13为输送管固定装置；
图2为本发明中驱动平台的结构示意图；
图中：21为直角基座，22为菱形放大机构，23为叠堆压电致动器，24为柔性铰链，25为输送管支撑平台；
图3为本发明中粉体输送管驱动粉体运动原理示意图；其中：t为时间，t1为粉体脱离管壁时间点，t2为粉体落回管壁时间点，T为一个椭圆运动时间周期，n为t1到t2时间内管壁椭圆运动周期数；
图中：31表示输送管下端管壁，32为粉体运动轨迹，33表示粉体颗粒，34表示粉体在管壁上的初始位置，35为输送管椭圆运动轨迹；
图4为现有技术中行波型超声粉体装置输送情况示意图，
图中：41为粉体，42为输送管下端管壁；
图5为本发明中压电叠堆驱动粉体输送装置的输送情况示意图；
图中：51为粉体，52为输送管下端管壁。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的压电叠堆驱动的粉体输送装置，包括驱动平台11、输送管12以及输送管固定装置13；
其中，所述输送管12的一端部通过一所述输送管固定装置13连接一所述驱动平台11；所述输送管12的另一端部通过另一所述输送管固定装置13连接另一所述驱动平台11；所述驱动平台11用于向所述输送管12施加椭圆振动驱动所述输送管12进行椭圆振动；所述输送管12用于进行椭圆振动，进而通过摩擦力驱动粉体运动，实现粉体输送。
所述驱动平台11包括基座、叠堆压电致动器23、输送管支撑平台25以及柔性铰链24；其中，一所述叠堆压电致动器23的一方面连接所述基座，另一方面通过一所述柔性铰链24连接所述输送管支撑平台25；另一所述叠堆压电致动器23的一方面连接所述基座，另一方面通过另一所述柔性铰链24连接所述输送管支撑平台25；一所述叠堆压电致动器23用于向所述输送管支撑平台25一方向施加伸缩运动，另一所述叠堆压电致动器23用于向所述输送管支撑平台25另一方向施加伸缩运动。所述基座采用直角基座21。
本发明提供的压电叠堆驱动的粉体输送装置，还包括菱形放大机构22；其中，所述叠堆压电致动器23设置在所述菱形放大机构22内；
一所述菱形放大机构22的一方面连接所述基座，另一方面通过一所述柔性铰链24连接所述输送管支撑平台25；
另一所述菱形放大机构22的一方面连接所述基座，另一方面通过另一所述柔性铰链24连接所述输送管支撑平台25；
一所述菱形放大机构22水平放置，另一所述菱形放大机构22竖直放置。
所述叠堆压电致动器23的位移输出端与菱形放大机构22长对角边相连接。一叠堆压电致动器23与另一叠堆压电致动器23的两端施加的正弦电压的相位相差90度，信号频率相同。
所述柔性铰链24为单轴式；所述柔性铰链24与菱形放大机构22相连的一端以及与输送管支撑平台25相连的另一端均设置有切口。
所述切口的正向视图为圆形、椭圆形、直角形以及圆角形；所述柔性铰链24的运动方式为转动。一驱动平台11与另一驱动平台11之间的安装距离可调。
当使用本发明提供的压电叠堆驱动的粉体输送装置，对两组叠堆压电致动器23施加频率相同、相位相差90度的正弦激励电压(如Asinωt和-Bcosωt)，使两组叠堆压电致动器23作正弦伸缩运动，该正弦伸缩运动通过菱形放大机构22放大，放大倍数为菱形机构菱形边与长对角线之间夹角的正切值的倒数，并通过柔性铰链24传动到支撑平台25上，由于两个运动方向垂直、相位相差90度，在支撑平台25上复合成椭圆振动。两个结构相同的驱动平台11被安置在同一水平线上，输送管12通过输送管固定装置13固定在驱动平台11中的输送管支撑平台25上，输送管12与输送管支撑平台25运动相同，作椭圆振动。左右两个驱动平台11的结构相同，所加激励也完全相同，输送管13两端受到相同的运动驱动，提高了椭圆运动精度。
图3为输送管13作椭圆运动时通过摩擦力驱动粉体运动的示意图。其中：t为时间，t1为粉体脱离管壁时间点，t2为粉体落回管壁时间点，T为一个椭圆运动时间周期，n为t1到t2时间内管壁椭圆运动周期数。假设粉体33在输送管管壁31上的初始位置34上。输送管管壁31按椭圆轨迹35运动，管壁31与粉体33间存在摩擦力，管壁31运动时带动粉体33运动。然后粉体33由于惯性脱离管壁31，在空中受到重力按轨迹32作抛物运动，再回落到管壁31上，于是与管壁31产生了相对位移。此后粉体33按图3中cdefg顺序在管壁31上作周期性的移动，于是实现了粉体的输送。
在本发明能够通过调节激励电压的大小和频率，可以调节输送管椭圆运动的振幅和频率，进一步改变粉体的输送速度，从而实现粉体的定量精确输送。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种压电叠堆驱动的粉体输送装置，其特征在于，包括驱动平台、输送管以及输送管固定装置；
其中，所述输送管的一端部通过一所述输送管固定装置连接一所述驱动平台；所述输送管的另一端部通过另一所述输送管固定装置连接另一所述驱动平台；
所述驱动平台用于向所述输送管施加椭圆振动驱动所述输送管进行椭圆振动；
所述输送管用于进行椭圆振动，进而通过摩擦力驱动粉体运动，实现粉体输送；
所述驱动平台包括基座、叠堆压电致动器、输送管支撑平台以及柔性铰链；
其中，一所述叠堆压电致动器的一方面连接所述基座，另一方面通过一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
另一所述叠堆压电致动器的一方面连接所述基座，另一方面通过另一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
一所述叠堆压电致动器用于向所述输送管支撑平台一方向施加伸缩运动，另一所述叠堆压电致动器用于向所述输送管支撑平台另一方向施加伸缩运动；
所述驱动平台还包括菱形放大机构；
其中，所述叠堆压电致动器设置在所述菱形放大机构内；
一所述菱形放大机构的一方面连接所述基座，另一方面通过一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
另一所述菱形放大机构的一方面连接所述基座，另一方面通过另一所述柔性铰链连接所述输送管支撑平台；
一所述菱形放大机构水平放置，另一所述菱形放大机构竖直放置。
2.根据权利要求1所述的压电叠堆驱动的粉体输送装置，其特征在于，所述叠堆压电致动器的位移输出端与菱形放大机构长对角边相连接。
3.根据权利要求1所述的压电叠堆驱动的粉体输送装置，其特征在于，
一叠堆压电致动器与另一叠堆压电致动器的两端施加的正弦电压的相位相差90度，信号频率相同。
4.根据权利要求1所述的压电叠堆驱动的粉体输送装置，其特征在于，所述柔性铰链为单轴式；
所述柔性铰链与菱形放大机构相连的一端以及与输送管支撑平台相连的另一端均设置有切口。
5.根据权利要求4所述的压电叠堆驱动的粉体输送装置，其特征在于，所述切口的正向视图为圆形、椭圆形、直角形以及圆角形；
所述柔性铰链的运动方式为转动。
6.根据权利要求1所述的压电叠堆驱动的粉体输送装置，其特征在于，一驱动平台与另一驱动平台之间的安装距离可调。
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