CN117085552B - 倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置及其搅拌方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁流变加工领域，尤其涉及一种倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置及其搅拌方法，其中的装置包括储液罐电机、储液罐电机连接杆、叶轮、通腔吸液架、储液罐支撑架、储液罐、叶轮连接杆、叶轮电机，储液罐倾斜安装在储液罐支撑架上与储液罐支撑架转动连接；储液罐的底部通过储液罐电机连接杆与储液罐电机的输出轴连接；通腔吸液架置于储液罐内，叶轮置于通腔吸液架内并通过叶轮连接杆与位于储液罐外部的叶轮电机连接。本发明将原来静态的储液装置提升为动态的储液装置，仅仅依靠储液罐倾斜设计以及储液罐与叶轮的旋转对磁流变液进行搅动，使得整套装置同时具备搅拌与储液功能，有效阻止磁流变液中的铁粉颗粒沉淀并附着堆积于储液罐的罐壁上。

Description

倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置及其搅拌方法

技术领域

本发明涉及磁流变加工技术领域，尤其涉及一种倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置及其搅拌方法。

背景技术

磁流变抛光（Magnetorheological Finishing，MRF）是近年来发展起来的一种先进光学制造技术，其具有去除函数稳定、边缘效应可控、下表面破坏层小、无复印效应、修形能力强及加工精度高等诸多优点，因此磁流变抛光技术在高精度光学加工中得到了广泛关注。现有的磁流变抛光加工中心主要是将磁流变抛光循环系统集成于数控机床上，为了保证加工过程中去除函数的长时间恒定，供给系统中必不可少的部分是磁流变液储液罐及其搅拌部件。然而对于现有的离心泵式或者蠕动泵式供给系统而言，存在磁流变液中铁粉在储液罐内沉淀的情况，会导致加工过程中去除函数发生变化，影响最终的加工精度。该问题的主要原因在于供给系统的第一目标是进行磁流变液流量稳定的输出，这就导致磁流变液搅拌部分的转速不能过快，否则会引起输出的磁流变液发生紊乱，导致加工过程中去除函数不稳定；但低转速下的搅拌部件并不能对长时间停留在储液罐中的磁流变液起到完全的防止沉淀作用。针对该问题，科研人员在近几年对搅拌部件的搅拌桨的形状、数量及其角度进行研究，同时对储液罐进行改进，将回收后的磁流变液用于储液罐中磁流变液的自体循环搅拌，以阻止磁流变液的沉积，这些方法对防止磁流变液的沉积起到了一定的作用，但并未彻底解决磁流变液中大颗粒铁粉的沉积问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置及其搅拌方法，将储液罐倾斜设置，仅靠储液罐自身的旋转就可以有效阻止磁流变液中铁粉的沉积。

本发明提供的倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置，包括储液罐电机、储液罐电机连接杆、叶轮、通腔吸液架、储液罐支撑架、储液罐、叶轮连接杆、叶轮电机和安装板；其中，储液罐电机、叶轮电机、通腔吸液架与储液罐支撑架分别固定在安装板上；储液罐倾斜安装在储液罐支撑架上，储液罐与储液罐支撑架之间为转动连接；储液罐的底部通过储液罐电机连接杆与储液罐电机的输出轴连接，通过储液罐电机带动储液罐旋转；通腔吸液架置于储液罐内，叶轮置于通腔吸液架内并通过叶轮连接杆与位于储液罐外部的叶轮电机连接，通过叶轮电机带动叶轮旋转；通腔吸液架内形成有回液流道和出液流道，在回液流道上对应于叶轮的位置开设有与储液罐内部相连通的出液孔，回液流道内的磁流变液经叶轮甩入储液罐内，并与储液罐内原有的磁流变液混合搅拌，在通腔吸液架的底部对应于叶轮的位置开设有与储液罐内部相连通的进液孔，储液罐内搅拌均匀的磁流变液从进液孔进入出液流道，经出液流道运出储液罐。

本发明提供的利用上述倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置实现的磁流变液搅拌方法，包括如下步骤：

S1、通过储液罐电机驱动储液罐旋转，对储液罐内的磁流变液进行搅拌，调整储液罐的转速，直至储液罐的罐壁上不沉淀与堆积铁粉；

S2、通过叶轮电机带动叶轮旋转，回收后的磁流变液流经回液流道被叶轮甩入储液罐内并与储液罐内原有的磁流变液混合搅拌，搅拌均匀的磁流变液进入出液流道，经出液流道运出储液罐。

优选地，在步骤S1中，每隔预设时间将磁流变液从储液罐中倒出，若储液罐的罐壁上存在沉淀与堆积的铁粉，则增大储液罐的转速，直至储液罐的罐壁上不沉淀与堆积铁粉。

优选地，在步骤S2中，叶轮的转速调节方式如下：

S21、初调叶轮的转速，使得从出液流道流出的磁流变液达到预设最低流速要求时，记录此时叶轮的转速值V₁，该转速值V₁为叶轮的最低转速；

S22、逐渐增加叶轮的转速，并测量从出液流道流出的磁流变液的流量稳定性，当磁流变液流量稳定性即将优于磁流变抛光精度加工要求时，记录当前叶轮的转速V₂；

S23、观察磁流变液在旋转的抛光轮上是否被甩出，当磁流变液刚被旋转的抛光轮甩出时，记录当前叶轮的转速V₃；若V₂=V₃，叶轮的转速上限为V₂或V₃；若V₂＜V₃，叶轮的转速上限为V₂；若V₂＞V₃，叶轮的转速上限为V₃。

与现有技术相比，本发明将原来静态的储液装置提升为动态的储液装置，仅仅依靠储液罐倾斜设计以及储液罐与叶轮的旋转对磁流变液进行搅动，使得整套装置同时具备搅拌与储液功能，有效阻止磁流变液中的铁粉颗粒沉淀并附着堆积于储液罐的罐壁上。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的磁流变液搅拌方法的流程示意图。

附图标记：储液罐电机1、储液罐电机连接杆2、叶轮3、通腔吸液架4、储液罐支撑架5、储液罐6、回液流道7、叶轮连接杆8、叶轮电机9、出液流道10、安装板11。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置的结构。

如图1所示，本发明实施例提供的倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置，包括储液罐电机1、储液罐电机连接杆2、叶轮3、通腔吸液架4、储液罐支撑架5、储液罐6、回液流道7、叶轮连接杆8、叶轮电机9、出液流道10和安装板11；其中，储液罐电机1、叶轮电机9、通腔吸液架4与储液罐支撑架5分别固定在安装板11上；储液罐6倾斜安装在储液罐支撑架5上，储液罐6与储液罐支撑架5之间为转动连接；储液罐6的底部通过储液罐电机连接杆2与储液罐电机1的输出轴连接，通过储液罐电机1带动储液罐6旋转；通腔吸液架4置于储液罐6内，叶轮3置于通腔吸液架4内并通过叶轮连接杆8与位于储液罐6外部的叶轮电机9连接，通过叶轮电机9带动叶轮3旋转；通腔吸液架4内形成回液流道7和出液流道10，在回液流道7上对应于叶轮3的位置开设有与储液罐6内部相连通的出液孔，回收的磁流变液进入回液流道7，在流经叶轮3的位置时由叶轮3甩入储液罐6内，并与储液罐6内原有的磁流变液混合搅拌，在通腔吸液架4的底部对应于叶轮3的位置开设有与储液罐6内部相连通的进液孔，储液罐6内搅拌均匀的磁流变液从进液孔进入出液流道10，经出液流道10运出储液罐6。

在搭建整个倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置时，储液罐6通过储液罐支撑架5以倾斜方式安装，这种安装方式可以避免竖直式安装时磁流变液在罐底中心位置聚集的情况，同时储液罐支撑架5还将支撑储液罐6旋转，储液罐支撑架5具体结构为现有技术，故在此不再赘述；根据整个磁流变循环系统中磁流变液的体积和储液罐6的容积，调整储液罐6的倾斜安装角度，使得储液罐6中磁流变液的液面高度低于储液罐6的罐口位置。储液罐电机1通过储液罐电机连接杆2与储液罐6相连接。在安装通腔吸液架4时，避免通腔吸液架4与储液罐6接触，导致储液罐6旋转不畅，叶轮3通过叶轮连接杆8与叶轮电机9相连接。

通过储液罐6的倾斜设置与动态转动，使得储液罐6中的铁粉颗粒难以沉淀并附着堆积于罐壁上，实现对磁流变液中铁粉颗粒均匀混合的效果，达到了搅拌的作用，叶轮3在旋转排出磁流变液时，旋转的叶轮会引起磁流变液的流动，并且回收后的磁流变液经叶轮3甩到储液罐6内会与储液罐6内原来的磁流变液进一步混合，进而增强了磁流变液的搅拌功能，最终搅拌均匀的磁流变液从出液流道10中运输出去。

上述内容详细说明了本发明实施例提供的倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置的结构和工作原理，与该磁流变液存储与搅拌装置相对应，本发明实施例还提供一种利用该磁流变液存储与搅拌装置实现的磁流变液的搅拌方法。

图2示出了根据本发明实施例提供的非接触式动态磁流变液回收方法的流程。

如图2所示，本发明实施例提供的磁流变液搅拌方法，包括如下步骤：

S1、通过储液罐电机驱动储液罐旋转，对储液罐内的磁流变液进行搅拌，调整储液罐的转速，直至储液罐的罐壁上不沉淀与堆积铁粉。

在步骤S1中，每隔2小时将磁流变液从储液罐中倒出，若储液罐的罐壁上存在沉淀与堆积的铁粉，则增大储液罐的转速，直至储液罐的罐壁上不沉淀与堆积铁粉。

S2、通过叶轮电机带动叶轮旋转，回收后的磁流变液流经回液流道被叶轮甩入储液罐内并与储液罐内原有的磁流变液混合搅拌，搅拌均匀的磁流变液进入出液流道，经出液流道运出储液罐。

为了使磁流变液从出液流道流出时流量足够稳定并且流速足够大，达到磁流变抛光精度加工要求，需要调整叶轮的转速，调整方法如下：

（1）初调叶轮的转速，使得从出液流道流出的磁流变液达到预设最低流速要求时，记录此时叶轮的转速值V₁，该转速值V₁为叶轮的最低转速。

（2）逐渐增加叶轮的转速，并测量从出液流道流出的磁流变液的流量稳定性，当磁流变液流量稳定性即将优于磁流变抛光精度加工要求时，记录当前叶轮的转速V₂。

（3）在逐渐增加叶轮的转速时，观察磁流变液在旋转的抛光轮上是否被甩出，当磁流变液刚被旋转的抛光轮甩出时，记录当前叶轮的转速V₃；若V₂=V₃，叶轮的转速上限为V₂或V₃；若V₂＜V₃，叶轮的转速上限为V₂；若V₂＞V₃，叶轮的转速上限为V₃。

驱动储液罐旋转，转速适中的储液罐能够避免磁流变液中的铁粉附着在罐壁上并且能够带动磁流变液运动，达到对磁流变液搅拌的作用；转速合适的叶轮也可以带动磁流变液运动，进一步增强了整套装置的搅拌功能，同时将磁流变液稳定的从出液流道中排出储液罐。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置，其特征在于，包括储液罐电机、储液罐电机连接杆、叶轮、通腔吸液架、储液罐支撑架、储液罐、叶轮连接杆、叶轮电机和安装板；其中，

所述储液罐电机、所述叶轮电机、所述通腔吸液架与所述储液罐支撑架分别固定在所述安装板上；

所述储液罐倾斜安装在所述储液罐支撑架上，所述储液罐与所述储液罐支撑架之间为转动连接；所述储液罐的底部通过所述储液罐电机连接杆与所述储液罐电机的输出轴连接，通过所述储液罐电机带动所述储液罐旋转；

所述通腔吸液架置于所述储液罐内，所述叶轮置于所述通腔吸液架内并通过所述叶轮连接杆与位于所述储液罐外部的所述叶轮电机连接，通过所述叶轮电机带动所述叶轮旋转；

所述通腔吸液架内形成有回液流道和出液流道，在所述回液流道上对应于所述叶轮的位置开设有与所述储液罐内部相连通的出液孔，所述回液流道内的磁流变液经所述叶轮甩入所述储液罐内，并与所述储液罐内原有的磁流变液混合搅拌，在所述通腔吸液架的底部对应于所述叶轮的位置开设有与所述储液罐内部相连通的进液孔，所述储液罐内搅拌均匀的磁流变液从所述进液孔进入所述出液流道，经所述出液流道运出所述储液罐。

2.一种利用权利要求1所述的倾斜动态磁流变液存储与搅拌装置实现的磁流变液搅拌方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过储液罐电机驱动储液罐旋转，对所述储液罐内的磁流变液进行搅拌，调整所述储液罐的转速，直至所述储液罐的罐壁上不沉淀与堆积铁粉；

S2、通过叶轮电机带动叶轮旋转，回收后的磁流变液流经回液流道被所述叶轮甩入所述储液罐内并与所述储液罐内原有的磁流变液混合搅拌，搅拌均匀的磁流变液进入出液流道，经所述出液流道运出所述储液罐。

3.如权利要求2所述的磁流变液搅拌方法，其特征在于，在步骤S1中，每隔预设时间将磁流变液从所述储液罐中倒出，若所述储液罐的罐壁上存在沉淀与堆积的铁粉，则增大所述储液罐的转速，直至所述储液罐的罐壁上不沉淀与堆积铁粉。

4.如权利要求2所述的磁流变液搅拌方法，其特征在于，在步骤S2中，所述叶轮的转速调节方式如下：

S21、初调所述叶轮的转速，使得从所述出液流道流出的磁流变液达到预设最低流速要求时，记录此时所述叶轮的转速值V₁，该转速值V₁为所述叶轮的最低转速；

S22、逐渐增加所述叶轮的转速，并测量从所述出液流道流出的磁流变液的流量稳定性，当磁流变液流量稳定性即将优于磁流变抛光精度加工要求时，记录当前所述叶轮的转速V₂；

S23、观察磁流变液在旋转的抛光轮上是否被甩出，当磁流变液刚被旋转的抛光轮甩出时，记录当前所述叶轮的转速V₃；若V₂=V₃，所述叶轮的转速上限为V₂或V₃；若V₂＜V₃，所述叶轮的转速上限为V₂；若V₂＞V₃，所述叶轮的转速上限为V₃。