CN1029301C - 研磨材料的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种声波发生器包括一共振杆，一机壳和连接在共振杆与机壳之间的磁激发装置。磁激发装置用一固定连接在诸高应力点处与杆相连，该固定连接是一内径略大于杆的外径的衬套。在衬套与共振件之间安装一如尿脘这样的弹性体。该声波发生器可用于研磨目的，尤其可用于将物料研磨得十分细微而节省功耗。杆是基本上自由(不受约束)的，可基本上自由地振动。

Description

本发明涉及一种研磨材料的方法及实施该方法的装置，该装置中包括一种用于将能量传递给流体媒质的声波发生器，特别是一种其中的共振件在振动时基本上不受制约的声波发生器。

用于将电能转变为声能和动能以传递给流体媒质的声波发生器是人们熟知的。这样的装置例如在Bodine的英国专利2152728和Robinson的美国专利2468515的说明书中有所叙述。

但是，上述公开的这些声波发生器有其缺点。例如，由Bodine在上述英国专利中所述的装置使用了和在Bodine的美国专利3633877、3684037、3360056和4265129中描述的类型相似的共振传动装置。这样的传动装置限制了该装置所能传递给流体媒质的频率的上限。由于在共振杆与流体之间声能的传递在低频率时效率较低，所以，上限频率的限制降低了Bodine装置的声学效率。Bodine还必须在其轨道质量振荡器（orbiting    mass    oscillator）与共振杆之间采用耦合，用以将振动杆的惯性力与振荡器隔离开。如果没有这样的耦合，所产生的惯性力的大小就足以使液压或电动的轨道质量振荡器驱动电动机较快地发生故障。

上面所述的Robinson的专利中告诉人们分别在杆的相对的两端部用钢衬套限制共振杆。这种支撑装置通过（由于）钢衬套支撑结构而丧失了原来可被流体媒质利用的能量。之所以这样，是因为Robinson的方法不能允许共振件作自由而不受制约的振动。相反的，由于采用了钢制固定衬套，共振件被迫要采取一特定的模式形状。Robinson结构还在共振件的支撑点和最大弯曲应力点上产生了 一很高的应力集中。这种应力集中最终会使共振件造成不必要的损害和/或过早的失效。这样也限制了共振件能承受而不发生故障的机械应力。

现有的振动研磨机通常由一装有研磨媒质如钢球的、固定在一用于支撑和隔振的弹簧***上的刚性机壳组成。振动是经过一旋转的不平衡轴传递的，该轴刚性地连接于研磨装置的机体上，或者通过一电动机并使用一直接装在机壳上的整体性不平衡重块传递的。

不平衡轴一般由一标准电动机通过一万向轴驱动以为电动机隔振，或通过偏心重块驱动，偏心重块是与电动机连成整体的。如果是采用后者，电动机的振动强度与研磨机自身的强度基本相同。

当利用一偏心重块产生振动时，力必须从旋转件通过轴承传递给研磨机的机体。这些作用力以振动频率的平方增加，而在商用规模用途中实际上振动频率被限制于30赫兹，这是因为如果频率再增加，振动研磨机装置的质量所需的力十分巨大。随着旋转频率提高，滚子轴承的负载承受能力开始受到限制。

当现有的振动设计被称作共振研磨机时，它仅意味着：振动频率相应于用来隔离研磨机的弹簧-质量***的固有频率，这种研磨机的共振会提高***中的能量效率。但是要为需要大的弹簧刚度的大研磨质量获得必要的振幅是非常困难的。

另外，由Edward    Earl    Smith在美国专利4047343中公开了一种离散性物料如石头之类的研磨方法及实施该方法的振动研磨装置。该装置由一振动托架、一安放在该托架上的研磨容器以及一作用于驱动件从而使研磨容器振动的电磁驱动装置组成，其中振动托架包括：弹性活动底座、一端固定于底座一侧而另一端可作垂直振动的驱动件、连接于驱动件振动端与底座之间的弹簧、一端固定于底座之另一侧而另一端可横向振动的托臂以及分别固定于驱动件之振动端和托臂之振动端的研磨容器支架。研磨容器就座落于该支架中。通 过上述电磁驱动装置的作用，使容器沿一既定轨迹发生振动，从而使其中的物料与容器内壁反复碰撞而达到粉碎研磨的目的。根据其工作原理明显可知：该装置中并无共振构件，上述容器只是受一驱动件驱动而振动。

按照本发明的构思提供的一种研磨材料的方法包括支撑一在节点具有至少一共振频率的不受约束的构件，将至少一研磨室固定到所述不受约束的构件上的一非所述节点之处，将研磨媒质引入所述研磨室，以所述共振频率以电磁方式激励所述不受约束的构件，将待研磨材料送入所述研磨室和当这些材料通过所述研磨室中的所述研磨媒质后将其除去。

按照本发明的另一构思提供的一种研磨装置包括一具有多个波节和波腹的基本上不受限制的共振件，位于一机壳和所述共振件之间于所述共振件的至少两个波节处的弹性固定装置，固定到所述共振件的至少一波腹处的电磁驱动装置，至少一固定到所述共振件的一波腹处的研磨室和使待研磨材料可进入和跑出所述研磨室的装置。

现在，结合附图来描述本发明的一个仅用作举例的具体实施例。这些附图为：

图1A是按照本发明的声波发生器的图解正视图;

图1B是相应于图1A的发生器的第二模式形状的图解视图;

图2是图1的声波发生器的端视图;

图3A-3D图解表示了共振件的几种特征模式形状;

图4是表示按照本发明的声波发生器的电动机固定区的放大了的正视图;

图5是沿着图4中“V-V”平面剖开的图4所示的电动机固定区的顶视图;

图6表示了一个在一搅拌缸中工作状态下的声波发生器;

图7是电磁激发装置和通过固定装置连接到共振杆上的电枢的端视图;

图8是图7的部分侧视图;

图9A是表示已连接一研磨室的图1的共振件的部分侧剖视图;

图9B是从图9A的右方看的端视图;

图9C是沿图9A中的“IXB-IXB”剖开的端剖视图;和

图10是处于一第一共振频率的图9所示的共振件的图解示图。

现在参阅诸附图。图1中的“10”总的表示为一声波发生器，它包括一共振件，如一杆或管11，它基本上延伸发生器10的整个长度，其一端固定在一机壳20内。

有两只可变频率电磁激发装置13（图9A中只画出了其中之一），每只由每相一电磁铁组成，可变频率电磁激发装置由一三相交流电源（未画出）供电。电枢组件用螺栓连接、夹持连接或焊接方式牢固地安装好。这两激发装置如定位于一自由端则可直接装在杆上，如另外定位，则直接装到激发装置隔离套14上。该隔套14用金属管，最好是钢管制成，它与共振杆共中心安装，其内径22略大于共振杆11的外径，其长度希望至少等于其直径。在隔套14的内侧与共振杆11的外径之间的环形空间中填满了弹性体21，如尿脘。尿脘又使隔套14牢固地与共振杆11连结在一起。

操作时，假设声波发生器10装在一种流体媒质中，如图6所示，这样，当声波发生器10运转时，能量从声波发生器10的共振杆11传递到流体媒质15。

包括有隔套14和电枢12的共振件11的模式形状，对于***的多种固有频率，是已知的。例如参阅图3，其中图3A是未偏移的共振杆11，而图3B，3C和3D则表示了对应于共振件11的三个最低固有频率的三种模式的形状。

为激发共振件11，利用一可变频率三相交流电源（未画出），以所需的共振件的固有频率给电磁激发装置13通电。电源的每一相为电磁激发装置13的三相中每一相供电。如图2所示，激发装置13的每一相，围绕着共振件11沿径向成120°间隔分布。这样，激发装置产生的力矢量以恒速且以被驱动频率绕着共振件11的纵轴线16旋转。这就引起共振件11的三维、章动振动，这样，使声能沿所有方向沿径向传布出共振杆11。当共振件11在其固有频率被激发时，对一给定的激发力，可获得一增大的功率传递能力。

如图1A所示，共振杆11弹性安装在机壳20中，在图1B图解所示的诸波节点，共振杆11的振幅基本上为零。将共振杆11装到机壳20的这些点，这是有利的，因为通过波节支撑***23的能量损失较小，由于当共振杆11共振时，在这些波节点处，共振杆11的运动极微或无运动，相对于电磁激发装置13的、共振***特别是电枢12的定位，利用波节支持***23就可以精确地完成，如图7和图8所示。

图1B示出了四个最大的振幅点。这些点，如图中的24，25，30和31，均为波腹。在机壳20中，在高应力点或波腹30处，利用隔套14和弹性体21将激发装置电枢12固定到共振杆11上。由于杆11的自由端基本上是无应力的，故在波腹31处不需要弹性体21。由于从共振杆11到流体媒质15，和从电磁激发装置13到共振杆11的能量传递，正比于共振杆11的振幅，所以，在激发装置电磁铁13与电枢12之间，以及在共振杆11与内部装有声波发生器10的流体媒质15（见图6A）之间的能量传递，在诸波腹处是最有效的。

使用弹性体和隔套14后，能减小加到共振杆11上的应力的集中，这种应力集中是由于如用夹持或螺栓或焊接连接方式将激发装置电枢12刚性地直接安装到杆上而引起的。之所以这样，是因为相对于被制约的表面面积，弹性体21的自由表面积是十分小的，其结 果形成了一有很小压缩性的层。这样，将会在共振件11的诸组件之间基本上传递所有的作用力，而同时，弹性体21使共振杆11，依靠吸收由固有于其特征模式形状的挠曲所引起的小的相对偏移，而以基本上不受约束的结构形式以其特征模式形状，自由挠曲。

尽管在这里共振杆11和隔套14之间采用的弹性材料21是尿脘，许多其它材料也能使用，只要它们的工作特性合适就可以，如上所述，工作特性中包括弹性体这样的特性。这点是很明显的。

声波发生器被描述为用于流体媒质的发生器，应该理解这种流体媒质可是液体，气体或经研磨被流化为一定颗粒大小的固体。

现来参阅图9和10，按照本发明的、总的用“35”表示的声波发生器被用于研磨工作环境中。共振件32是利用能充气膨胀、位于共振件32的波节点33，34的空气囊36（见图9C）被支撑于波节点33，34处，这些波节点可以计算出，或者经简单地使共振件32发生共振然后观察其波节点位置而找出来。由Goodyear（固特异）公司制造的超级缓冲弹性空气囊（Super-Cushion    Air    Spring    airbag）被发现是较为适用的。

电磁驱动装置40，41最好在波腹42、43处与共振件32连接（图9），并以共振件32的合适的共振频率被激发。如前所述，激发装置的定向造成了共振件32的三维章动振动，这种振动又转换为研磨室44，50的圆周运动（当沿着共振件32的轴线看去时），这种圆周运动对研磨效率是重要的。研磨室44，50最好也在波腹42，43处用螺栓固定到共振件32上。研磨室44，50和驱动装置40，41与共振件32刚性相连，为了确定模式形状和共振频率，它们基本上也成了共振件的一部分。

研磨室44，50中充满了研磨媒质，如钢，陶瓷，铸铁等。尽管媒质45的形状可以是任意的，但数球状和圆柱体最好。研磨室44，50中例如放有大小合适的钢球，为了在研磨室44，50中通过媒质45 进行研磨工作，待研磨的材料将被流化。

等研磨的材料经过入口52加入到研磨室44，50中的研磨媒质45中，而从研磨室44，50的出口51出去。例如以所需的速度将流化的材料泵入研磨室44，50，就可控制待研磨的材料。

为了研磨典型的含金的矿石，共振件32可用一钢杆，其直径约13英寸，长度约120英寸。以这样的尺寸，共振件32的固有频率约为120赫兹。两个电磁驱动电动机40，41的总的额定功率应为约75千瓦，其中每只电动机装在外波腹42，43处。当共振频率为120赫兹时，产生三个波腹43，42，46和两个波节33，34，如图10所示，其中一个波腹46位于共振件32的长度的中央处。

每只研磨室44和50的容积应为近15立升，直径为近8英寸，长约18英寸。还应采用可更换的内衬，以便当内衬受磨损后方便地更换。为了研磨金矿石，可采用如钢，碳化钨，氧化锆，氧化铝等研磨媒质。利用上面考虑后提出的这种装置，可将物料从1500微米大小减小到50微米，其研磨速度为每天500吨。可以理解：这样的数量只是近似的，在实际的操作条件下，研磨的尺寸及速度是可以有很大变化的。

熟悉本发明领域的技术领域的人可方便地对上述发明作许多附加的修改，上述具体的实施例只是作为对本发明的说明，本发明并不限于该实施例，本发明的范围如权利要求所述。

Claims (19)

1、一种研磨材料的方法，包括采用以电磁方式激发固定有研磨室的振动构件，其特征在于，在诸波节点处支撑一具有至少一共振频率的构件并使所述构件基本上不受约束；在所述构件之外和在所述构件的一自由端上刚性地和可移动地固定至少一研磨室；将研磨媒质送入所述研磨室；以一所述构件之共振频率电磁激发所述不受约束的构件和研磨室，从而使所述研磨室和其中的所述研磨媒质以所述构件的共振频率产生电磁振动；将待研磨的材料送入所述研磨室，并在通过所述研磨媒质后被送出。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件是靠一位于一所述构件的波腹处的电磁铁电磁激发的。

3、一种研磨装置，包括电磁驱动装置和装有研磨室的构件，其特征在于，在一共振频率时具有多个波节和波腹的电磁驱动件;位于一机壳与所述构件之间在所述构件的至少两个波节处的弹性固定装置;固定于所述构件位于至少一波腹处的、用于电磁驱动所述构件的电磁驱动装置;以及，至少一由所述电磁驱动件在所述构件的所述共振频率时激发的研磨室，所述研磨室可移动地安装于所述构件的一自由端之外。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括使待研磨材料进入所述研磨室和从研磨室中放出的装置。

5、如权利地求3或4所述的装置，其特征在于，所述研磨室刚性连接于所述构件。

6、如权利要求3至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述构件按其固有的模式形状自由振动而不受约束。

7、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述构件按其固有的模式形状自由振动而不受约束。

8、如权利要求3至4中任一项所述的装置，其特征在于，施加于所述研磨室的振动基本上是圆形的。

9、如权利要求5所述的装置，其特征在于，施加于所述研磨室的振动基本上是圆形的。

10、如权利要求6所述的装置，其特征在于，施加于所述研磨室的振动基本上是圆形的。

11、如权利要求3至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述弹性固定装置包括诸空气囊。

12、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述弹性固定装置包括诸空气囊。

13、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述弹性固定装置包括诸空气囊。

14、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述弹性固定装置包括诸空气囊。

15、如权利要求3至4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括位于所述研磨室内的可更换的内衬。

16、如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括位于所述研磨室内的可更换的内衬。

17、如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括位于所述研磨室内的可更换的内衬。

18、如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括位于所述研磨室内的可更换的内衬。

19、如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括位于所述研磨室内的可更换的内衬。

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