[发明专利]振幅、频率精确可控的3D振动设备及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理实验设备，一种振幅和频率都精确可控的3D振动设备，用于冶金、材料及化工领域的散体粒子在振动条件下的堆积致密化、流态化、混料和分离及抑制偏析等方面的研究。 

背景技术

实现冶金、材料及化工领域的散体粒子的堆积致密化、流态化、混料及分离现象的一种有效方式是使用振动，尤其是对粒子堆积的致密化，通过振动可以使粒子堆积实现从疏松向致密的转变，目前国内外已有的振动设备主要实现的是一维(1D)竖直方向的振动，而这种振动设备通常对粒子堆积密度提高的幅度有限。例如，以同一尺寸球形粒子在1D振动条件下的堆积致密化为例，其国际上公认的最大堆积密度约为0.64，这是随机堆积的范畴，也就是说，现有的1D振动设备只能实现粒子堆积的无定形态或非晶态的结构。而用1D振动设备振动，则很难实现堆积密度比较高的晶态结构。 

为了实现粒子的更密堆积，虽然也有人设计了3D的振动设备，其结构如图5所示。该设备尽管可以在一定程度上突破1D振动获得高密度的瓶颈，但获得的高密度仍然有限，而且可以看出无论是对振动频率的控制还是振幅的控制都是定性的，即实验结果的可重复性差。现有的其它3D振动设备也是如此，而且部分还是采用电磁振动，设备复杂，实验参数的可选择范围窄，价格昂贵。实际上，需要准确的操作参数实现粒子的致密堆积。 

发明内容

本发明的目的是提供一种振幅、频率精确可控的3D振动设备及其制造方法，实现振动台上容器的三维振动，单独或同时振动且每个方向上振动的振幅和频率都能通过程序精确可控。 

振幅、频率精确可控的3D振动设备，包括位于机架上的振动台、电机、容器和工控机，其特征在于振动台上面叠落着导向板和容器固定板并在其上安置容器，容器固定板和导向板之间均安装滑块和X、Y、Z三个方向的导轨，配置变频调速器的三个电动机分布在机架的不同位置，电动机的输出轴通过不同偏心度的偏心轮组中的轴承与中、下层的X、Y方向的两个水平撞杆、上层Z向的下顶杆连接，两个水平撞杆各自配置复位器，复位器分别与X和Y向导板的一端连接，实现各自的水平复位。制造方法：本程序使用VC.2003实现上位机界面的振动控制，设计五个控制模块，分别为：玻璃球1D振动、玻璃球2D振动、玻璃球3D振动、二元钢球1D振动、二元钢球3D振动控制功能程序，与电源、电机、变频调速器和通讯总线联通的PLC中为每个模块设置一个电机开关，并在界面上显现独立控制数值设置，各模块内的程序可通过界面修改，设定作业数据后，控制程序赋予该设备自动执行功能。 

本发明设备可以在工控机控制程序的界面上选择三个方向的任意一个或同时振动作业。水平方向复位器的使用保证了振动的连续性，在竖直方向振动台、容器及容器内散体粒子的自身重量外加与导套接触的弹簧起到了复位器的作用。另外，方便更换且尺寸精度很高的偏心轮及可在很宽范围内变化的变频调速器的使用，使本发明的设备足够精确的控制每一振动方向的振幅及频率。本发明的设备提供了一种实际颗粒材料制备过程中提高松装密度的有效方法，这对未来改善颗粒材料产品的性能十分关键。 

附图说明

图1是根据本发明的振幅、频率精确可控的3D振动设备的示意图； 

图2是图1中3D振动设备的振动台结构示意图； 

图3是偏心轮组示意图； 

图4是复位器示意图； 

图5是现有技术3D振动设备的原理示意图； 

图6是程序控制本发明3D振动设备的工控界面图； 

图7是工控界面的单一尺寸玻璃球1D振动参数设置对话框； 

图8工控界面的单一尺寸玻璃球2D振动参数设置对话框； 

图9工控界面的单一尺寸玻璃球3D振动参数设置对话框； 

图10工控界面的二元钢球1D振动参数设置对话框； 

图11工控界面的二元钢球3D振动参数设置对话框； 

图12(a)为粒子在1D连续振动和整体加料条件下的最大堆积密度为0.636； 

图12(b)为无限大容器中粒子的最大堆积密度为0.6632； 

图13为D振动条件下不同加料批量所对应的无限大容器中粒子的堆积密度。 

具体实施方式

参照附图详细描述实施例的振幅、频率精确可控的3D振动设备和制造所述振动设备的方法。