CN110702566B - 一种电磁式颗粒发射装置 - Google Patents

Abstract

一种电磁式颗粒发射装置，主要包括壳体、颗粒装填夹、送弹拨片、电磁发射模块、飞车、导轨、挡块、靶材、保护罩和支座。在进行颗粒发射时，先断开电磁发射模块开关，调节靶材角度，推动飞车上的永磁铁吸住铁芯，此时送弹拨片将颗粒推入凹槽；然后调节滑动变阻器并接通开关，飞车在同名磁极的斥力作用下沿导轨运动，在导轨末端遇到挡块停止，颗粒飞出撞击靶材，颗粒撞击过程结束。本发明具有连续发射颗粒、精度高、操作简单、安全可靠等优点。

Description

一种电磁式颗粒发射装置

技术领域:

本发明公开一种电磁式颗粒发射装置，特别是一种用于研究颗粒撞击材料表面过程的颗粒发射装置。

背景技术:

颗粒撞击材料表面的过程在科学研究和工业生产及日常生活中是一种十分常见的现象。研究颗粒撞击材料表面的过程不仅对颗粒动力学、材料学等学科的研究具有很高的学术价值，同时对指导喷砂、磨料加工、设备冲蚀等方面有很好的工程价值。

颗粒发射装置是研究颗粒冲击材料表面过程和冲蚀磨损产生机理的一种有效工具。颗粒发射装置可以发射不同速度大小、不同冲击角度和不同形状的颗粒撞击材料表面，以研究颗粒速度、冲击角度等参数对材料表面特性的影响。目前国内外常用的颗粒发射装置主要有以下几种：

(1)气枪式：颗粒位于导管中，导管后方依次连接阀门和高压气瓶，开启阀门，高压气体会推动颗粒高速运动撞击材料表面。这种装置能够使颗粒加速到很高的速度(200m/s以上)，但是颗粒出射速度单一，且高压气瓶和高速运动的颗粒对操作人员具有较高的危险性。

(2)弹簧式：兰州大学叶晓燕等人公开的实用新型专利(专利号：CN207618458U)提出了一种可控速度角度及可变粒径的颗粒发射装置。该装置通过限位柱将弹簧卡在不同位置，使颗粒获得大小不同的出射速度；通过旋转支架上的转轴获得不同的颗粒发射角度；通过四氟垫筛选不同粒径的颗粒。该装置的四氟垫放置于颗粒出射口，对出射颗粒的速度大小和方向均有影响，装置精度不高。该装置每次发射颗粒需要手动调节弹簧装置，对于劲度系数较大的弹簧，操作者难以实现精确卡位，且颗粒发射装置未设置保护罩，飞出的高速颗粒可能对附近人员造成安全威胁。

(3)杠杆式：中国石油大学(华东)杜明超等人公开的实用新型专利(专利号：CN207133120U)提出了一种用于冲蚀机理研究的新型弹射装置。该装置主要由杠杆和弹簧组成，可将杠杆一端弹簧的弹性势能转化为杠杆另一端颗粒的动能。该装置发射颗粒需要操作者每次将杠杆的一端压到指定位置用制止棒卡住；对于劲度系数较大的弹簧，按压过程费力，且制止棒卡的拔出存在卡顿，操作很不方便。装置侧面安装了保护罩，虽然可以防止颗粒从侧面飞出，但无法防止颗粒从除侧面以外的其他方向飞出对人员造成伤害。此外，该装置杠杆支点和试验台基座之间存在空隙，在发射颗粒过程中，杠杆会产生晃动，造成试验不精确。

为了克服现有颗粒发射装置中存在的不连续、操作不便、安全性低等缺点，本发明提出一种电磁式颗粒发射装置。可实现连续装填发射颗粒、操作便捷、安全可靠，此外本发明具有体积小、结构紧凑等优点。

发明内容：

本发明涉及一种电磁式颗粒发射装置，主要包括壳体、颗粒装填夹、送弹拨片、电磁发射模块、飞车、导轨、挡块、靶材、保护罩和支座，颗粒装填夹可插入壳体中并通过卡锁机构固定，送弹拨片位于壳体内部颗粒装填夹出弹口上方，电磁发射模块位于壳体外部靠近送弹拨片的两侧，两个电磁发射模块之间的距离约为送弹拨片宽度的1.2倍，电磁发射模块正对飞车，且飞车运动至壳体时，电磁发射模块上的铁芯可以恰好吸住飞车上的永磁铁，飞车位于壳体外部靠近颗粒装填夹出弹口下方，导轨放置于飞车两侧，导轨末端安装有挡块，靶材位于导轨末端外侧飞车运动方向的正前方，保护罩位于飞车、导轨和靶材的外侧并将飞车、导轨和靶材包含在内，壳体、导轨、靶材和保护罩放置于支座上形成一个完整的装置。

所述的颗粒装填夹包括弹夹壳、弹簧、隔板、颗粒，弹夹壳靠近壳体一侧中部开有半球形凹槽，颗粒装填夹可装填若干颗粒。

所述的送弹拨片由若干沿周向均布的叶片组成，送弹拨片可其绕中心轴自由旋转，送弹拨片的旋转半径略大于颗粒的直径，送弹拨片的轴向宽度约为颗粒直径的一半。

所述的电磁发射模块包括铁芯、开关、滑动变阻器、电源，通电时，铁芯朝颗粒装填夹出弹口方向为N极。

所述的飞车包括车体、车轮、支架、永磁铁、推杆和手柄，车体中部开有凹槽，凹槽靠近车体尾部处深度略大于其他部位深度，永磁铁靠近铁芯一侧与通电铁芯保持同名磁极，推杆的长度略大于颗粒的直径，手柄位于支架上方。

所述的壳体内部设置有挡板，位于颗粒装填夹出弹口的前方约1.5倍颗粒直径处。

所述的保护罩由透明材料制成。

所述的卡锁机构包括圆头销、弹簧和卡锁壳，圆头销表面光滑，圆头销的伸出端可插入位于颗粒装填夹中部的半球形凹槽中，半球形凹槽的直径约为圆头销直径的1.1倍。

本发明在工作时，先断开电磁发射模块的开关，调节靶材角度，推动飞车上的手柄向电磁发射模块运动，使飞车上的永磁铁吸住电磁发射模块的铁芯，此时推杆推动送弹拨片逆时针旋转，将位于送弹拨片之间的颗粒移出颗粒装填夹，进而颗粒在重力和挡板作用下落入凹槽中；然后调节滑动变阻器到合适位置，接通电磁发射模块的开关，飞车在同名磁极的斥力作用下沿导轨运动，到达导轨末端时，飞车遇到挡块停止运动，颗粒从凹槽中飞出撞击靶材，最终在保护罩内停止运动。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)相比传统的单颗粒发射装置，本发明可以连续多次发射颗粒，工作效率大大提高；

(2)本发明可通过调节滑动变阻器实现对颗粒出射速度的无极调节；

(3)本发明采用导轨结构，大大增加了颗粒出射速度和出射角度的稳定性，从而提高了装置的测量精度；

(4)本发明设置的保护罩对颗粒碰撞部分和外界进行了良好的隔离，大大提高了操作人员的人身安全性。

(5)操作简单，使用方便，节省人力物力和时间。

附图说明：

图1为本发明总体结构正视图；

图2为本发明总体结构俯视图；

图3为本发明颗粒装填夹右视图；

图4为本发明卡锁机构局部放大图；

图5为本发明工作过程的示意图。

图中：1.壳体；2.颗粒装填夹；3.送弹拨片；4.电磁发射模块；5.飞车；6.导轨；7.挡块；8.靶材；9.保护罩；10.卡锁机构；11.弹夹壳；12.弹簧；13.隔板；14.颗粒；15.半球形凹槽；16.中心轴；17.铁芯；18.开关；19.滑动变阻器；20.电源；21.车体；22.车轮；23.支架；24.永磁铁；25.推杆；26.凹槽；27.挡板；28.圆头销；29.弹簧；30.卡锁壳；31.支座；32.手柄。

具体实施方式:

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明涉及一种电磁式颗粒发射装置，主要包括壳体1、颗粒装填夹2、送弹拨片3、电磁发射模块4、飞车5、导轨6、挡块7、靶材8、保护罩9和支座31，颗粒装填夹2可插入壳体1中并通过卡锁机构10固定，送弹拨片3位于壳体1内部颗粒装填夹2出弹口上方，电磁发射模块4位于壳体1外部靠近送弹拨片3的两侧，两个电磁发射模块4之间的距离约为送弹拨片3宽度的1.2倍，电磁发射模块4正对飞车5，且飞车5运动至壳体1时，电磁发射模块4上的铁芯17可以恰好吸住飞车5上的永磁铁24，飞车5位于壳体1外部靠近颗粒装填夹2出弹口下方，导轨6放置于飞车5两侧，导轨6末端安装有挡块7，靶材8位于导轨6末端外侧飞车5运动方向的正前方，保护罩9位于飞车5、导轨6和靶材8的外侧并将飞车5、导轨6和靶材8包含在内，壳体1、导轨6、靶材8和保护罩9放置于支座31上形成一个完整的装置。

如图1所示，所述的颗粒装填夹2包括弹夹壳11、弹簧12、隔板13、颗粒14，弹夹壳11靠近壳体1一侧中部开有半球形凹槽15，颗粒装填夹2可装填若干颗粒14。

如图1所示，所述的送弹拨片3由若干沿周向均布的叶片组成，送弹拨片可其绕中心轴16自由旋转，送弹拨片3的旋转半径略大于颗粒14的直径，送弹拨片3的轴向宽度约为颗粒14直径的一半。

如图1所示，所述的电磁发射模块4包括铁芯17、开关18、滑动变阻器19、电源20，通电时，铁芯17朝颗粒装填夹2出弹口方向为N极。

如图1所示，所述的飞车5包括车体21、车轮22、支架23、永磁铁24、推杆25和手柄32，车体21中部开有凹槽26，凹槽26靠近车体21尾部处深度略大于其他部位深度，永磁铁24靠近铁芯17一侧与通电铁芯17保持同名磁极，推杆25的长度略大于颗粒14的直径，手柄32位于支架23上方。

如图1所示，所述的壳体1内部设置有挡板27，位于颗粒装填夹2出弹口的前方约1.5倍颗粒14直径处。

如图1所示，所述的保护罩9由透明材料制成。

如图4所示，所述的卡锁机构10包括圆头销28、弹簧29和卡锁壳30，圆头销28表面光滑，圆头销28的伸出端可插入位于颗粒装填夹2中部的半球形凹槽15中，半球形凹槽15的直径约为圆头销28直径的1.1倍。

本发明工作过程简述如下：

如图5所示，在使用本发明前，先断开电磁发射模块的开关，调节靶材的角度(即颗粒碰撞角度)，并将含有若干颗粒的颗粒装填夹放入壳体中，听到咔哒声表示安装完成。然后推动飞车向电磁发射模块运动，飞车上的永磁铁吸住电磁发射模块上的铁芯，带动推杆推动送弹拨片旋转，将颗粒装填夹中的颗粒推出，颗粒在重力和挡板的共同作用下落入飞车的凹槽中。

然后调节滑动变阻器阻值，通过改变流过电磁铁线圈的电流来调节电磁铁磁力大小，进而实现对飞车和颗粒速度的调节。合上电磁发射模块开关，铁芯靠近永磁铁一侧瞬间变为N极，与永磁铁的N极互相排斥。飞车在此斥力作用下沿导轨运动，到达导轨末端时，飞车遇到挡块停止运动，颗粒从凹槽中飞出撞击靶材，然后在保护罩内反弹若干次停止运动。最后，断开电磁发射模块的开关，回收颗粒，本发明操作过程结束。

本发明的操作步骤为：

(1)断开电磁发射模块的开关，调节靶材角度，装入颗粒装填夹；

(2)推动手柄，使永磁铁吸住铁芯；

(3)调节滑动变阻器到合适位置；

(4)闭合电磁发射模块开关；

(5)颗粒发射完成后，回收颗粒，并将设备复位。

本发明巧妙的将电磁原理、旋转拨片、弹簧机构结合在一起，可连续多次发射颗粒，装置精度高，操作方便，节省人力，效率高。同时，本发明的保护罩可为操作人员提供全方位的安全保护。

Claims (8)

1.一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：主要包括壳体(1)、颗粒装填夹(2)、送弹拨片(3)、电磁发射模块(4)、飞车(5)、导轨(6)、挡块(7)、靶材(8)、保护罩(9)和支座(31)，颗粒装填夹(2)可插入壳体(1)中并通过卡锁机构(10)固定，送弹拨片(3)位于壳体(1)内部颗粒装填夹(2)出弹口上方，电磁发射模块(4)位于壳体(1)外部靠近送弹拨片(3)的两侧，两个电磁发射模块(4)之间的距离约为送弹拨片(3)宽度的1.2倍，电磁发射模块(4)正对飞车(5)，且飞车(5)运动至壳体(1)时，电磁发射模块(4)上的铁芯(17)可以恰好吸住飞车(5)上的永磁铁(24)，飞车(5)位于壳体(1)外部靠近颗粒装填夹(2)出弹口下方，导轨(6)放置于飞车(5)两侧，导轨(6)末端安装有挡块(7)，靶材(8)位于导轨(6)末端外侧飞车(5)运动方向的正前方，保护罩(9)位于飞车(5)、导轨(6)和靶材(8)的外侧并将飞车(5)、导轨(6)和靶材(8)包含在内，壳体(1)、导轨(6)、靶材(8)和保护罩(9)放置于支座(31)上形成一个完整的装置。

2.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的颗粒装填夹(2)包括弹夹壳(11)、弹簧(12)、隔板(13)、颗粒(14)，弹夹壳(11)靠近壳体(1)一侧中部开有半球形凹槽(15)，颗粒装填夹(2)可装填若干颗粒(14)。

3.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的送弹拨片(3)由若干沿周向均布的叶片组成，送弹拨片可其绕中心轴(16)自由旋转，送弹拨片(3)的旋转半径略大于颗粒(14)的直径，送弹拨片(3)的轴向宽度约为颗粒(14)直径的一半。

4.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的电磁发射模块(4)包括铁芯(17)、开关(18)、滑动变阻器(19)、电源(20)，铁芯(17)朝颗粒装填夹(2)出弹口方向为N极。

5.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的飞车(5)包括车体(21)、车轮(22)、支架(23)、永磁铁(24)、推杆(25)和手柄(32)，车体(21)中部开有凹槽(26)，凹槽(26)靠近车体(21)尾部处深度略大于其他部位深度，永磁铁(24)靠近铁芯(17)一侧为N极，永磁铁(24)靠近铁芯(17)一侧与通电铁芯(17)保持同名磁极，推杆(25)的长度略大于颗粒(14)的直径，手柄(32)位于支架(23)上方。

6.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的壳体(1)内部设置有挡板(27)，位于颗粒装填夹(2)出弹口的前方约1.5倍颗粒(14)直径处。

7.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的保护罩(9)由透明材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种电磁式颗粒发射装置，其特征在于：所述的卡锁机构(10)包括圆头销(28)、弹簧(29)和卡锁壳(30)，圆头销(28)表面光滑，圆头销(28)的伸出端可插入位于颗粒装填夹(2)中部的半球形凹槽(15)中，半球形凹槽(15)的直径约为圆头销(28)直径的1.1倍。

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