專利名稱：振幅、頻率精確可控的3d振動設備的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及物理實驗設備，一種振幅和頻率都精確可控的3D振動設備，用于冶金、材料及化工領域的散體粒子在振動條件下的堆積致密化、流態(tài)化、混料和分離及抑制偏析等方面的研究。
背景技術(shù)：
實現(xiàn)冶金、材料及化工領域的散體粒子的堆積致密化、流態(tài)化、混料及分離現(xiàn)象的一種有效方式是使用振動，尤其是對粒子堆積的致密化，通過振動可以使粒子堆積實現(xiàn)從疏松向致密的轉(zhuǎn)變，目前國內(nèi)外已有的振動設備主要實現(xiàn)的是一維(ID)豎直方向的振動， 而這種振動設備通常對粒子堆積密度提高的幅度有限。例如，以同一尺寸球形粒子在ID振動條件下的堆積致密化為例，其國際上公認的最大堆積密度約為0. 64，這是隨機堆積的范疇，也就是說，現(xiàn)有的ID振動設備只能實現(xiàn)粒子堆積的無定形態(tài)或非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)。而用ID 振動設備振動，則很難實現(xiàn)堆積密度比較高的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)粒子的更密堆積，雖然也有人設計了 3D的振動設備，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。 該設備雖然可以在一定程度上突破ID振動獲得高密度的瓶頸，但獲得的高密度仍然有限， 而且可以看出無論是對振動頻率的控制還是振幅的控制都是定性的，即實驗結(jié)果的可重復性差?，F(xiàn)有的其它3D振動設備也是如此，而且部分還是采用電磁振動，設備復雜，實驗參數(shù)的可選擇范圍窄，價格昂貴。實際上，需要準確的操作參數(shù)實現(xiàn)粒子的致密堆積。根據(jù)上述振動設備帶來的實驗結(jié)果可重復性差、很難實現(xiàn)三個方向的同時振動以及實驗獲得的堆積密度較低
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種振幅、頻率精確可控的3D振動設備，實現(xiàn)振動臺上容器的三維振動，單獨或同時振動且每個方向上振動的振幅和頻率都能通過程序精確可控。振幅、頻率精確可控的3D振動設備，包括位于機架上的振動臺、電機、容器和工控機，其特征在于振動臺上面疊落著導向板及容器固定板并在其上安置容器，容器固定板和導向板之間均安裝滑塊和X、Y、Z三個方向的導軌，配置變頻調(diào)速器的三個電動機分布在機架的不同位置，電動機的輸出軸通過不同偏心度的偏心輪組與中、下層的X、Y方向的兩個水平撞桿、上層Z向的下頂桿連接，兩個水平方向?qū)О甯髯耘渲脧臀黄?，水平撞桿和下頂桿均與各自的軸承相接觸。本實用新型的設備可以在工控機控制程序的界面上選擇三個方向的任意一個或同時振動作業(yè)。水平方向復位器的使用保證了振動的連續(xù)性，在豎直方向振動臺、容器及容器內(nèi)散體粒子的自身重量外加與導套接觸的彈簧起到了復位器的作用。另外，方便更換且尺寸精度很高的偏心輪及可在很寬范圍內(nèi)變化的變頻調(diào)速器的使用，使本設計的設備足夠精確的控制每一振動方向的振幅及頻率。本發(fā)明的設備提供了一種實際顆粒材料制備過程中提高松裝密度的有效方法，這對未來改善顆粒材料產(chǎn)品的性能十分關(guān)鍵。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的振幅、頻率精確可控的3D振動設備的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的振幅、頻率精確可控的3D振動設備的振動臺示意圖；圖3是偏心輪組示意圖；圖4是復位器示意圖；圖5是表示現(xiàn)有技術(shù)3D振動設備的原理示意圖；具體實施方式
參照附圖詳細描述根據(jù)實施例的振幅、頻率精確可控的3D振動設備和制造所述振動設備的方法。本實施例參照附圖1所示，在底座機架1上面中心安置振動臺2以及容器9，三個電動機3a，3b, 3c分別通過各自的偏心輪組5與振動臺2中、下層的X、Y方向的兩個水平撞桿6、上層Z向的下頂桿7連接，兩個水平方向?qū)О?3和M各自配置復位器4，水平撞桿6 和下頂桿7均與各自的偏心輪組5中的軸承32相接觸。圖2所示振動臺2結(jié)構(gòu)振動臺2固定在機架1的兩根橫梁及下聯(lián)板20上，底層的兩根Y方向?qū)к?1a分別固定在下聯(lián)板20的上表面且相互平行，Y方向?qū)к?1a上各有兩個滑塊2 分別固定在Y向?qū)О?3的下表面，滑塊2 在Y向?qū)к?1a上的運動實現(xiàn)了 Y向?qū)О?3在水平Y(jié)向上的運動；兩根X方向?qū)к?1b分別固定在Y向?qū)О?3上表面與 Y方向?qū)к?1a相垂直的兩平行邊，每根導軌21b上的兩個滑塊22b分別固定在X向?qū)О?24的下表面；在X向?qū)О錗上表面固定豎直的Z向?qū)е?1c，每根導柱21c上都有一個可以滑動的導套26與容器固定板25相聯(lián)，導套沈的上端與彈簧27的下端接觸，彈簧27的上端由夾緊器觀固定；振動臺2上四個Z向?qū)е?1c通過四個縱向?qū)咨驅(qū)崿F(xiàn)容器9豎直Z向的運動。容器9固定在容器固定板25上，并隨容器固定板25 —起做給定模式下的振動。圖3中所述偏心輪組5由偏心輪30，法蘭31及軸承32構(gòu)成，不同偏心度的偏心輪 30通過法蘭31分別與各電動機3a，3b, 3c的輸出軸鍵合，每個偏心輪30上有一軸承32與相對應的水平撞桿6和下頂桿7接觸。容器固定板25的下方與下頂桿7相聯(lián)，下頂桿7的另一端與偏心輪組5上的軸承 32相接觸，偏心輪組5與Z方向電動機3c的輸出軸鍵合，從而實現(xiàn)容器9在豎直方向上給定振幅的振動，偏心程度不同，對應的振動幅度也不相同。兩個水平撞桿6的一端分別與振動臺2上的Y向?qū)О?3和X向?qū)О錗的一端相聯(lián)，另一端分別和與水平方向電動機3a， 3b相鍵合的偏心輪組5中的軸承32相接觸。Y向?qū)О?3和X向?qū)О錗的另一端則分別與各自復位器4的一端相聯(lián)，復位器4的另一端固定在機架1上，從而實現(xiàn)容器9在水平方向上的往復運動。見圖4，每個復位器都是由兩個彈簧座41及螺栓42中間固定一個復位彈簧40構(gòu)成，兩個復位器中一端的彈簧座41分別與固定在機架1上的彈簧支座相連，另一端彈簧座41分別與振動臺2上的X向?qū)О錗和Y向?qū)О?3相連。在機架1的上方分別固定一塊電動機墊鐵8調(diào)節(jié)電動機3a，3b的高度，即使電動機3a輸出軸的軸心與振動臺2的Y向?qū)О?3處于同一高度，使電動機北輸出軸的軸心與振動臺2的X向?qū)О錗處于同一高度，從而使每個輸出軸上連接的軸承32都能與水平撞桿6接觸良好，從而較好實現(xiàn)每個方向上能量的傳遞。在機架1的內(nèi)部有兩根槽鋼，用來固定豎直方向驅(qū)動的電動機3c，偏心輪組5通過法蘭31與電動機3c的輸出軸相鍵合，偏心輪組5上的軸承32與下頂桿7接觸，豎直Z向上沒有復位器，每次振動后通過重力復位。電動機3a，3b, 3c分別由變頻調(diào)速器控制每個電動機的轉(zhuǎn)數(shù)，從而實現(xiàn)容器9在每個方向上不同頻率的振動。如果關(guān)閉水平方向上的兩個電動機3a，3b，只保留豎直方向上的電動機3c，則圖1所述的設備可以實現(xiàn)粒子在ID振動條件下的堆積，且豎直方向上的振動幅和頻率精確可控；如果關(guān)閉豎直方向上的電動機3c，只保留水平方向上的兩個電動機 3a，3b，則圖1所述的設備可以實現(xiàn)粒子在2D (即水平方向上)振動條件下的堆積，且水平兩個垂直方向上振動的振幅和頻率都精確可控；如果水平和豎直方向上的三個電動機3a， 3b, 3c全部打開，則圖1所述的設備可以實現(xiàn)粒子在3D (三個互相垂直的方向上)振動條件下的堆積，且在每個方向上振動的振幅和頻率都精確可控。在容器9的圓周四等分處分別標有刻度，從而很容易計算出容器9內(nèi)粒子堆積的高度，方便實驗過程中讀數(shù)。
權(quán)利要求1.一種振幅、頻率精確可控的3D振動設備，包括位于機架上的振動臺、電機、容器和工控機，其特征在于振動臺上面疊落著導向板和容器固定板并在其上安置容器，容器固定板和導向板之間均安裝滑塊和X、Y、Z三個方向的導軌，配置變頻調(diào)速器的三個電動機分布在機架的不同位置，電動機的輸出軸通過不同偏心度的偏心輪組與中、下層的X、Y向的兩個水平撞桿、上層Z向的下頂桿連接，兩個水平撞桿各自配置復位器，復位器和下頂桿均與各自的軸承相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動設備，其特征在于振動臺(2) 固定在機架(1)的兩根橫梁及下聯(lián)板00)上，底層的兩根Y向?qū)к?21a)分別固定在下聯(lián)板00)上平面且相互平行，Y向?qū)к?21a)上各有兩個滑塊(22a)分別固定在Y向?qū)О?(23)下平面，滑塊(22a)在Y向?qū)к?21a)上的運動實現(xiàn)了 Y向?qū)О?3)在水平Y(jié)向上的運動；兩根X向?qū)к?21b)分別固定在Y向?qū)О?3)上表面與Y向?qū)к?21a)相垂直的兩平行邊，每根X向?qū)к?21b)上的兩個滑塊(22b)分別固定在X向?qū)О?4)下表面；在X 向?qū)О?4)上表面固定豎直的Z向?qū)е鵒lc)，每根導柱(21c)上都有一個可以滑動的導套06)與容器固定板05)相聯(lián)，導套06)的上端與彈簧(XT)的下端接觸，彈簧(XT)的上端由夾緊器08)固定；容器(9)固定在容器固定板05)上，振動臺上四個Z向?qū)е?21c) 通過四個縱向?qū)?26)實現(xiàn)容器(9)Z向的運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動設備，其特征在于兩個水平撞桿(6)的一端分別與振動臺(2)上的Y向?qū)О?3)和X向?qū)О?4)的一端相聯(lián)，另一端分別和與水平方向電動機(3a，3b)相鍵合的偏心輪組(5)中的軸承(3 相接觸；Y向?qū)О?(23)和X向?qū)О?4)的另一端則分別與各自復位器(4)的一端相聯(lián)，復位器(4)的另一端固定在機架(1)上；每個復位器都是由兩個彈簧座Gl)及螺栓0 中間固定一個復位彈簧GO)構(gòu)成，兩個復位器中一端的彈簧座Gl)分別與固定在機架(1)上的彈簧支座相連， 另一端彈簧座Gl)分別與振動臺⑵上的X向?qū)О?4)和Y向?qū)О?3)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動設備，其特征在于容器固定板 (25)的下方與下頂桿(7)相連，下頂桿(7)另一端與偏心輪組( 和Z方向電動機(3c)的輸出軸鍵合的軸承(3 相接觸，從而實現(xiàn)容器(9)在豎直Z向上給定振幅的振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動設備，其特征在于在機架(1) 的上方分別固定一塊電動機墊鐵(8)，使電動機(3b)的輸出軸的軸心與振動臺(2)上的X 向?qū)О?4)處于同一高度，使電動機(3a)的輸出軸的軸心與振動臺(2)上的Y向?qū)О?3) 處于同一高度；在機架(1)的內(nèi)部有兩根槽鋼，用來固定豎直方向驅(qū)動的電動機(3c)，通過法蘭(31)與該電動機(3c)連接的偏心輪組( 上的軸承(3 與下頂桿(7)接觸，豎直Z 向上沒有復位器，每次振動后通過重力復位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅、頻率精確可控的3D振動設備，其特征在于偏心輪組 (5)由偏心輪(30)，法蘭(31)及軸承(3 構(gòu)成，不同偏心度的偏心輪(30)通過法蘭(31) 分別與各電動機(3a，;3b，3C)的輸出軸鍵合，每個偏心輪(30)上有一軸承(3 與相對應的撞桿(6)或下頂桿(7)接觸。
專利摘要振幅、頻率精確可控的3D振動設備，包括機架上的振動臺、電機、容器和工控機，其特征在于振動臺上疊落著導向板并在其上安置容器，容器固定板和導向板之間均安裝滑塊和X、Y、Z三個方向的導軌，配置變頻調(diào)速器的三個電動機分布在機架的不同位置，電動機的輸出軸通過不同偏心度的偏心輪組與中、下層的X、Y方向的兩個水平撞桿、上層Z向的下頂桿連接，兩個水平方向?qū)О甯髯耘渲脧臀黄?，水平撞桿和下頂桿均與各自的軸承相接觸。水平復位器保證了振動的連續(xù)性，在豎直方向振動臺、容器及容器內(nèi)散體粒子的自身重量外加與導套接觸的彈簧起到了復位器的作用。本設備能精確地控制每一振動方向的振幅及頻率，為顆粒材料制備中提高松裝密度、改善產(chǎn)品性能的有效手段。
文檔編號B06B3/00GK202097093SQ201120129949
公開日2012年1月4日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者馮百鳴, 安希忠, 李超, 李長興, 邢志濤, 黃飛 申請人:東北大學