CN110876982A - 非接触式硬脆材料超声破碎装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式硬脆材料超声破碎装置，包括装置外部框架、高压密闭装置、网孔板、材料固定支架、超声振动破碎装置、压力表、超声电源，通过四个超声破碎装置与高压密闭装置相连，在二维激励信号且相位差为180°的驱动下换能器和变幅杆产生多级放大、聚能的作用，从而将能量与振动通过介质传递到材料的表面，以达到非接触破碎效果；所述高压密闭装置脱离了传统的接触施压方式，通过对上密封盖内充填气体，以增大高压密闭装置整体压强，以达到向浸入在介质中的破碎材料表面施加压力的作用，从而更容易的产生破碎效果，有效的解决传统破碎的污染化、高消耗等问题，充分发挥了超声振动破碎的优势。
Description
技术领域：
本发明涉及超声振动及非接触破碎领域，特别是涉及一种非接触式硬脆材料超声破碎装置。
背景技术：
21世纪以来，对于各种不断涌现的高性能材料、复合材料以及非金属硬脆材料等都已能够进入实用化的阶段，物料的破碎是一个高能耗、高钢耗、低效率的工艺过程。现代社会生活中随着人们对各种新型材料和物料的要求的提高，对破碎各种物料产品数量上以及粒度、粒度分布、解离度、物质结构、表面物理化学性能等许多方面都迫切需要。传统的破碎方法（如压碎、挤压、冲击、研磨、切削）都存在一个不可破碎的硬度或者理论强度范围，并且需要消耗大量的能量；而超声振动破碎能够通过换能器和变幅杆的的放大形成很高的能量密度，使得高频振动去冲击被粉碎物料来破坏他们材料；但是对于电子材料（如多晶硅)接触破碎，会产生大量接触污染，导致材料的过度浪费，当前急需一种非接触式超声破碎硬脆材料装置。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、破碎效果好且容易实施的非接触式硬脆材料超声破碎装置。
本发明的技术方案是：
一种非接触式超声破碎硬脆材料装置，包括外部框架和高压密闭装置，所述高压密闭装置包括下密封盖、高压罐体和上密封盖，所述高压罐体与所述外部框架固定连接，所述高压罐体的内腔中部设置有材料固定支架，所述高压罐体的内腔下部设置有网孔板，所述高压罐体的中部对称设置有一级安装口，所述一级安装口上设置有一级超声振动机构，所述高压罐体的下部对称设置二级安装口，所述二级安装口上设置有二级超声振动机构，所述下密封盖上设置有设有透明观察窗、进水口和出水口，所述上密封盖上设置有压力表、进气孔和泄气孔。
所述下密封盖和上密封盖均通过螺纹与所述高压罐体的两端连接，并且在连接处设置有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈；所述二级超声振动装置的安装高度大于所述网孔板的高度，以破碎落在所述网孔板上不符合规格的硬脆材料，所述一级超声振动机构以破碎所述材料固定支架所夹持的硬脆材料。
所述一级超声振动机构和二级超声振动机构均包括超声发生器、换能器和变幅杆，并且，所述换能器包括压电陶瓷和电极片，所述压电陶瓷和电极片交错排列，通过连接螺栓与所述变幅杆固定在一起，所述变幅杆上设置有连接法兰，所述连接法兰与安装口上的法兰通过螺栓固定，接触面上设置有密封垫。
所述换能器的结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并将各接触面、圆周面进行精加工，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；所述变幅杆采用复合型结构设计，其结构尺寸满足“整波长”设计要求，拥有多级放大效果，以有效增大所需振幅；在变幅杆大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓将超声换能器及变幅杆进行螺纹连接；在变幅杆小端处开设凹面槽，以便能量的更好聚集，以达到破碎效果。
所述超声发生器采用大功率电源，以提高整体输出功率；整个破碎装置采用两台二维超声电源，分别激励各级超声振动破碎装置，各级超声振动破碎机构相位差调节为180°，以达到振动叠加作用，防止振动相互干扰与抵消。
所述网孔板上开有直径8-12mm的圆孔，以用于筛选破碎后符合大小的材料，所述材料固定支架通过螺栓连接固定在所述高压罐体内壁孔处，以用于材料的固定和防止振动破碎时的倾斜。
所述外部框架上端设置有四个固定孔,用于所述高压罐体的固定；两侧边开有槽口，以便超声振动破碎机构的放置与装卸。
所述高压罐体采用圆形榫槽密封设计，手动螺旋紧固密封性能好，中部和下部均设置有左右对称两个变幅杆安装口和法兰定位槽，法兰定位槽底部开设有四个均布内螺纹孔，在靠近高压罐体下端螺纹处设置有网孔板定位槽，以用于网孔板的安装与固定。
所述高压密闭装置采用不锈钢材料，且采用精密设备加工内壁，以达到光滑且不挂水；所述观察窗材料采用抗压钢化玻璃制成。
所述下密封盖上开设有透明观察窗，用于实时观察材料破碎情况，观察窗材料采用抗压钢化玻璃；并且下密封盖上开有进水口和出水口，以便向高压密闭装置中充填介质和排出介质，以达到超声振动和能量能够通过介质的传递，无接触的作用在材料表面；所述上密封盖上顶端设置有压力表安装孔，以用于压力表的安装，以实时监控压力的变化；上密封盖左右开设进气孔和泄气孔，以方便向上密封盖中充填气体，以增大高压密闭装置整体压强，以达到向浸入在介质中的破碎材料表面施加压力的作用。
本发明的有益效果是：
1、本发明突破了传统接触式超声振动破碎的问题，通过对四个换能器激励以及变幅杆的多级放大和聚能作用，大量能量通过罐体里的介质传递，产生空化现象，以作用在材料表面，形成冲击和振动效果，以实现硬脆材料的无接触破碎，并且不受材料属性的限制，实现了破碎硬脆材料的无污染化，同时也提高了材料的利用率。
2、本发明通过四个超声振动破碎装置与高压罐体相连，形成了一级超声破碎装置和二级超声破碎装置，在两个相位差为180°的二维超声电源的激励下，通过一级超声破碎装置产生第一次破碎，碎料掉落在网孔板上，适合的规格碎料通过网孔筛选出，而不适合的碎料，通过二级超声破碎装置可再次破碎，以达到所需规格，有效的提高了材料的二次利用。
3、本发明实现了非接触式施加所需压力，向上密封盖中充填气体，以增大高压密闭装置整体压强，以达到向浸入在介质中的破碎材料表面施加压力的作用，并且可通过压力表实时监控压力的变化。
4、本发明超声振动破碎装置中的各接触面均进行研磨抛光处理，以使其紧密贴合，减少声波损耗，避免发热现象，极大地提高了变幅杆的放大、聚能的作用。
5、本发明实现了工件直接接触对物体施加压力转化为气体充填间接施加所需压力，并且能够实时监视罐体内大气压的变化，有效了解破碎过程，网孔板可根据需要破碎物料的大小而随意调节，通过换能器和复合变幅杆的多级放大、聚能等作用，通过罐体内介质的传递和气体施加的压力相互作用，去冲击物料表面，实现了非接触式破碎硬脆材料，并且设计了二级超声振动破碎装置，进行二次破碎，以防止破碎材料未达到所需要求。
6、本发明装置利用两台二维超声电源提供能量，超声电源输出信号的频率不小于18kHz，电压为220V，且电源功率增大，且相位差调节为180度，有效提高同一级的两个超声振动破碎装置的聚能、放大作用，同时系统的稳定性极大提高。
附图说明：
图1为一种非接触式超声破碎硬脆材料装置结构示意图；
图2为装置外部框架结构示意图 ；
图3为下密封盖结构示意图；
图4为网孔板结构示意图；
图5为超声振动装置结构示意图；
图6为材料固定支架结构示意图；
图7为高压罐体结构示意图；
图8为上密封盖结构示意图。
具体实施方式：
实施例：参见图1-图8，图中，1-装置外部框架，2-下密封盖，3-网孔板，4-二级超声振动破碎装置，5-材料固定支架，6-一级超声振动破碎装置，7-高压罐体，8-上密封盖，9-压力表，10-固定孔，11-超声换能器，12-复合变幅杆，13-网孔板定位槽，14-二级超声振动破碎装置法兰定位槽，15-支架安装孔，16-一级超声振动破碎装置法兰定位槽，17-透明观察窗，18-出水口，19-进水口，20-压力表安装孔，21-进气孔，22-泄气孔。
非接触式超声破碎硬脆材料装置，包括装置外部框架、高压密闭装置、网孔板、材料固定支架、超声振动破碎装置、压力表、超声电源。
装置外部框架1上端设置有四个固定孔10,用于高压密闭装置的固定；两侧边开有槽口，以便超声振动破碎装置的放置与装卸。
高压密闭装置包括下密封盖2、高压罐体7和上密封盖8，其作用是向装置内输入气体，以产生高压向内部待破碎工件表面施加所需压力；下密封盖2和上密封盖8分别通过螺纹与高压罐体7紧密连接，且在连接处设置有密封槽，以便密封圈的安装，以达到有效的密封作用；材料均采用不锈钢材料，以节约成本，且采用精密设备加工内壁，以达到光滑且不挂水。
下密封盖2上开设有透明观察窗17，用于实时观察材料破碎情况，观察窗17材料采用抗压钢化玻璃；并且下密封盖2上开有进水口19和出水口18，以便向高压密闭装置中充填介质（例如：无氧水）和排出介质，以达到超声振动和能量能够通过介质的传递，无接触的作用在材料表面，并利用通过上密封盖8充填的气体所施加的压力作用在材料表面，且相互作用，以达到冲击破碎材料的作用。
高压罐体7采用圆形榫槽密封设计，手动螺旋紧固密封性能好，避免了气体的泄露；中部和下部均设置有左右对称两个变幅杆安装口和法兰定位槽，法兰定位槽底部开设有四个均布内螺纹孔，以便法兰的定位和复合变幅杆12的安装；在靠近高压罐体7下端螺纹处设置有网孔板定位槽13，以用于网孔板3的安装与固定。
上密封盖8上顶端设置有压力表安装孔20，以用于压力表9的安装，以实时监控压力的变化；上密封盖8左右开设进气孔和21泄气孔22，以方便向上密封盖8中充填气体，以增大高压密闭装置整体压强，以达到向浸入在介质中的破碎材料表面施加压力的作用。
网孔板3和材料固定支架5，网孔板3上开有直径10mm的圆孔，以用于筛选破碎后符合大小的材料，也可根据实际要求更换适合的网孔板；材料固定支架5通过螺栓连接固定在高压罐体内壁孔15处，以用于材料的固定和防止振动破碎时的倾斜。
超声振动破碎装置包括一级超声振动破碎装置6和二级超声振动破碎装置4，超声振动破碎装置以水平对称并通过螺栓连接安装在高压密闭装置两侧四个法兰定位槽处，，以达到振动破碎时，材料能够稳定受力且不发生偏转的作用；且做好密封措施，以防止漏气；一级超声振动破碎装置6主要以夹持的材料为破碎对象，二级超声振动破碎装置4主要以破碎在网孔板3上不符合规格的材料为破碎目标。
超声振动破碎装置，包括超声换能器11、法兰和超声变幅杆12，超声换能器11其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并将各接触面、圆周面进行精加工，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片纵向极化方向相反，压电陶瓷片净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；超声变幅杆12采用复合型结构设计，其结构尺寸满足“整波长”设计要求，拥有多级放大效果，以有效增大所需振幅；在变幅杆12大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓将超声换能器及变幅杆进行螺纹连接；在变幅杆12小端处开设凹面槽，以便能量的更好聚集，以达到破碎效果。
超声电源采用大功率电源，以提高整体输出功率；整个破碎装置采用两台二维超声电源，分别激励各级超声振动破碎装置，各级超声振动破碎装置相位差调节为180°，以达到振动叠加作用，防止振动相互干扰与抵消。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种非接触式超声破碎硬脆材料装置，包括外部框架和高压密闭装置，所述高压密闭装置包括下密封盖、高压罐体和上密封盖，所述高压罐体与所述外部框架固定连接，其特征是：所述高压罐体的内腔中部设置有材料固定支架，所述高压罐体的内腔下部设置有网孔板，所述高压罐体的中部对称设置有一级安装口，所述一级安装口上设置有一级超声振动机构，所述高压罐体的下部对称设置二级安装口，所述二级安装口上设置有二级超声振动机构，所述下密封盖上设置有设有透明观察窗、进水口和出水口，所述上密封盖上设置有压力表、进气孔和泄气孔。
2.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述下密封盖和上密封盖均通过螺纹与所述高压罐体的两端连接，并且在连接处设置有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈；所述二级超声振动装置的安装高度大于所述网孔板的高度，以破碎落在所述网孔板上不符合规格的硬脆材料，所述一级超声振动机构以破碎所述材料固定支架所夹持的硬脆材料。
3.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述一级超声振动机构和二级超声振动机构均包括超声发生器、换能器和变幅杆，并且，所述换能器包括压电陶瓷和电极片，所述压电陶瓷和电极片交错排列，通过连接螺栓与所述变幅杆固定在一起，所述变幅杆上设置有连接法兰，所述连接法兰与安装口上的法兰通过螺栓固定，接触面上设置有密封垫。
4.根据权利要求3所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述换能器的结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并将各接触面、圆周面进行精加工，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；所述变幅杆采用复合型结构设计，其结构尺寸满足“整波长”设计要求，拥有多级放大效果，以有效增大所需振幅；在变幅杆大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓将超声换能器及变幅杆进行螺纹连接；在变幅杆小端处开设凹面槽，以便能量的更好聚集，以达到破碎效果。
5.根据权利要求3所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述超声发生器采用大功率电源，以提高整体输出功率；整个破碎装置采用两台二维超声电源，分别激励各级超声振动破碎装置，各级超声振动破碎机构相位差调节为180°，以达到振动叠加作用，防止振动相互干扰与抵消。
6.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述网孔板上开有直径8-12mm的圆孔，以用于筛选破碎后符合大小的材料，所述材料固定支架通过螺栓连接固定在所述高压罐体内壁孔处，以用于材料的固定和防止振动破碎时的倾斜。
7.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述外部框架上端设置有四个固定孔,用于所述高压罐体的固定；两侧边开有槽口，以便超声振动破碎机构的放置与装卸。
8.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述高压罐体采用圆形榫槽密封设计，手动螺旋紧固密封性能好，中部和下部均设置有左右对称两个变幅杆安装口和法兰定位槽，法兰定位槽底部开设有四个均布内螺纹孔，在靠近高压罐体下端螺纹处设置有网孔板定位槽，以用于网孔板的安装与固定。
9.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述高压密闭装置采用不锈钢材料，且采用精密设备加工内壁，以达到光滑且不挂水；所述观察窗材料采用抗压钢化玻璃制成。
10.根据权利要求1所述的非接触式超声破碎硬脆材料装置，其特征是：所述下密封盖上开设有透明观察窗，用于实时观察材料破碎情况，观察窗材料采用抗压钢化玻璃；并且下密封盖上开有进水口和出水口，以便向高压密闭装置中充填介质和排出介质，以达到超声振动和能量能够通过介质的传递，无接触的作用在材料表面；所述上密封盖上顶端设置有压力表安装孔，以用于压力表的安装，以实时监控压力的变化；上密封盖左右开设进气孔和泄气孔，以方便向上密封盖中充填气体，以增大高压密闭装置整体压强，以达到向浸入在介质中的破碎材料表面施加压力的作用。
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2019
- 2019-12-06 CN CN201911241466.XA patent/CN110876982A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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