一种三质体声共振混合机的制作方法

1.本发明涉及声共振混合机的技术领域，尤其涉及一种三质体声共振混合机。


背景技术：

2.声共振混合机是利用机械系统共振产生的高强度振动，通过高强度振动在多相流中激发低频高强度声波，在声波以及系统的激励下达到共振混合的目的，声共振混合机一般分为二质体声共振混合机和三质体声共振混合机。
3.现有的起振机构采用并行4个、6个伺服电机，带动配重块产生振动。由于四个电机相互独立运行，因此控制逻辑较为复杂，四台/六台伺服电机占用空间较大且价格昂贵，产品经济性较低。
4.二质体声共振混合机和三质体声共振混合机均利用共振原理，放大激振力，提高混合过程当中的加速度，降低驱动功率，目前的声共振混合机多为二质体声共振混合机，三质体声共振混合机较少。
5.因此，设计一种控制结构简单、成本低和操作方便的三质体声共振混合机就是目前研究人员急需解决的事情。


技术实现要素：

6.针对现有声共振混合机存在的控制逻辑较为复杂、操作不便和成本高昂的技术问题，本发明提出一种三质体声共振混合机，通过在激励模块中设置对心偏心的起振组件，实现一个旋转动力组件控制起振组件的激振角度，另一个旋转动力组件控制起振组件的激振频率，从而保证声共振混合机的高效控制，提升工作效率，对心偏心的设置能够抵消水平方向的激振力，保证工作质量，且激励模块、负载模块、共振模块和机架组成一个三质体声共振混合机，在振动过程中令负载模块和共振模块运动方向相反，抵消传递给机架的载荷，减小对地面基础的振动以及噪音。
7.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.一种三质体声共振混合机，包括激励模块、负载模块、共振模块和机架，共振模块安装在机架上，激励模块和负载模块均安装在共振模块上，激励模块位于共振模块和负载模块之间且负载模块与机架固定连接；激励模块包括激振源，激振源包括两个起振组件，起振组件安装在第一旋转动力组件上，起振组件位于同一直线上且起振组件之间存在夹角，起振组件之间通过第二旋转动力组件相连接。
9.进一步的，起振组件包括安装板，安装板安装在第二旋转动力组件上，安装板的外侧设置有偏心配重组件，安装板的内侧设置有滑块，滑块滑动设置在环轨上且环轨固定在起振机架上，安装板位于同一直线上且安装板之间存在夹角，环轨位于同一直线上且环轨之间存在夹角，起振机架安装在激振模块上。
10.进一步的，偏心配重组件包括主动齿轮，主动齿轮安装在安装板的一端且主动齿轮与第一旋转动力组件相连接，主动齿轮与安装板另一端的从动齿轮相啮合，主动齿轮和
从动齿轮上均设置有偏心配重块，从动齿轮与滑块相对应。
11.进一步的，第一旋转动力组件包括第一伺服电机，第一伺服电机安装在起振机架上，第一伺服电机的输出端连接有转轴，转轴与主动齿轮固定连接且转轴活动安装在起振机架上。
12.进一步的，第二旋转动力组件包括第二伺服电机，第二伺服电机安装在起振机架上且第二伺服电机位于安装板之间，第二伺服电机的两侧设置有方向相反的蜗杆，第二伺服电机的输出端通过啮合齿轮组与蜗杆相连接，蜗杆与蜗杆下方的涡轮相啮合，涡轮通过铜套内的轴套与安装板固定连接，铜套安装在起振机架上。
13.进一步的，第一旋转动力组件的转轴穿过涡轮、轴套和安装板且转轴通过轴承分别与涡轮、轴套和安装板相连接，铜套通过轴承与轴套相连接。
14.进一步的，激励模块包括激励模块安装板，激振源的起振机架固定在激励模块安装板下方，激励模块安装板上下两侧均设置有第一弹簧，第一弹簧内设置有穿过激振模块安装板的第一约束导杆，第一约束导杆的一端与共振模块固定连接且第一约束导杆的另一端通过固定端盖与第一弹簧的端部固定连接。
15.进一步的，负载模块包括上质板，上质板上下两侧通过第二弹簧分别与共振模块和机架相连接，上质板上设置有上托板框架和下托板，上托板框架通过支撑杆与上质板相连接且上托板框架与下托板相对应，上托板框架的支撑杆上活动连接有上托板，上托板框架上端的螺纹孔内设置有螺杆，螺杆一端与上托板相连接，螺杆的另一端设置有旋钮。
16.进一步的，共振模块包括下质板，下质板分别与激励模块的第一弹簧和负载模块的第二弹簧固定连接，下质板上下两侧均设置有第三弹簧，第三弹簧内设置有穿过下质板的第二约束导杆，第二约束导杆的一端与机架固定连接且第二约束导杆的另一端通过固定端盖与第三弹簧的端部固定连接。
17.进一步的，机架包括底板，底板通过第三弹簧与下质板相连接，底板上设置有立板，立板通过第二弹簧与上质板相连接。
18.本发明的有益效果：
19.1.本发明中设计了对心偏心起振机构，两个起振组件产生的激振力在水平方向方向相反，相互抵消，消除了水平方向的激振力，保证了混合机工作时的稳定性。
20.2.本发明使用了两个伺服电机，一个伺服电机通过啮合齿轮控制两个蜗杆反向旋转，蜗杆通过涡轮和轴套的传递实现两个起振组件上的安装板转动方向相反，进而实现了水平激振力的抵消，另一个伺服电机通过转轴控制安装板上的齿轮旋转，进而控制齿轮上偏心配重块的方向，整个装置只需要两个伺服电机就实现了激振力的产生和偏心配重块角度的控制，操作简单方便，工作效率较高。
21.3.本发明依据对心偏心设计的激振源设计了三质体，通过合理的参数设置，选择合理的弹簧刚度以及平衡各个质体之间的质量，可以将三质体声共振混合机在工作过程中，负载模块与共振模块的运动方向相反，减少整个混合机对地面的载荷，减小对基础的振动以及噪音，同时发挥三质体放大作用，降低驱动功率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的结构示意图。
24.图2为本发明的激振源的结构示意图。
25.图3为本发明的激振源的剖视图。
26.图4为本发明的安装板与偏心配重组件的结构示意图。
27.图5为本发明的起振组件的激振力示意图。
28.图6为本发明的激振模块的第一视角结构示意图。
29.图7为本发明的激振模块的第二视角结构示意图。
30.图8为本发明的负载模块的结构示意图。
31.图9为本发明的共振模块的结构示意图。
32.图10为本发明的机架的结构示意图。
33.图11为本发明的动力学模型图。
34.图中，1-安装板，101-滑块，102-环轨，103-主动齿轮，104-从动齿轮，105-偏心配重块，2-第一伺服电机，201-转轴，3-第二伺服电机，301-蜗杆，302-涡轮，303-铜套，304-轴套，4-安装板，401-第一弹簧，402-第一约束导杆，5-上质板，501-第二弹簧，502-上托板，503-下托板，6-下质板，601-第三弹簧，602-第二约束导杆，7-底板，701-立板。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.一种三质体声共振混合机，包括激励模块、负载模块、共振模块和机架，共振模块安装在机架上，激励模块和负载模块均安装在共振模块上，激励模块位于共振模块和负载模块之间且负载模块与机架固定连接；激励模块包括激振源，激振源包括两个起振组件，起振组件安装在第一旋转动力组件上，起振组件位于同一直线上且起振组件之间存在夹角，起振组件之间通过第二旋转动力组件相连接。
37.在进行混合时，首先，开启激振模块，激振模块的两个起振组件开始工作，如图5所示，由于起振组件位于同一直线上且存在夹角θ，因此，两个起振组件产生的激振力f
激振2
和f
激振2
的合力为f
激振
，从而保证了声共振混合机在水平方向上不存在激振力，提升了混合机工作的稳定性，降低混合机工作噪声；其次，第一旋转动力组件为起振组件提供角度控制，第二旋转动力组件控制起振组件产生激振力，从而保证声共振混合机的高效控制，提升工作效率；最后，激振模块将激振力传递给共振模块，共振模块将激振力传递给负载模块，从而实现了对负载模块上放置物料桶内的物料的混合。
38.进一步的，如图2和图4所示，起振组件包括安装板1，安装板1安装在第二旋转动力组件上，安装板1的外侧设置有偏心配重组件，安装板1的内侧设置有滑块101，滑块101滑动设置在环轨102上且环轨102固定在起振机架上，安装板1位于同一直线上且安装板1之间存
在夹角，环轨102位于同一直线上且环轨102之间存在夹角，起振机架安装在激振模块上。
39.当激振模块开启时，第二旋转动力组件开始输出，如图2所示，控制安装板1发生旋转，安装板1上的滑块101沿环轨102做往复运动，安装板1上的偏心配重组件在安装板1的带动下做偏心运动，产生激振力，由于起振机架两侧的安装板1的运动方向相反，因此，水平方向的激振力被抵消，激振模块输出竖直方向的激振力，保证混合机工作稳定性。
40.具体的说，如图3所示，第二旋转动力组件包括第二伺服电机3，第二伺服电机3安装在起振机架上且第二伺服电机3位于安装板1之间，第二伺服电机3的两侧设置有方向相反的蜗杆301，第二伺服电机3的输出端通过啮合齿轮组与蜗杆301相连接，蜗杆301与蜗杆301下方的涡轮302相啮合，涡轮302通过铜套303内的轴套304与安装板1固定连接，铜套303安装在起振机架上。
41.在需要安装板1旋转时，由于需要旋转方向相反，因此，在第二伺服电机3的输出端通过啮合齿轮将动力传递给两个方向相反的蜗杆301，两个蜗杆301通过与涡轮302的啮合，实现涡轮302的旋转，涡轮302带动铜套303内的轴套304旋转，轴套304又带动安装板1旋转，进而实现了两个安装板1旋转方向相反的目的，且只需要一个伺服电机即可控制，操作简单方便。
42.进一步的，如图2所示，偏心配重组件包括主动齿轮103，主动齿轮103安装在安装板1的一端且主动齿轮103与第一旋转动力组件相连接，主动齿轮103与安装板1另一端的从动齿轮104相啮合，主动齿轮103和从动齿轮104上均设置有偏心配重块105，从动齿轮104与滑块101相对应。
43.在开启第二旋转动力组件的同时，开启第一旋转动力组件，第一旋转动力组件带动主动齿轮103旋转，主动齿轮103通过与从动齿轮104的啮合从而控制从动齿轮104旋转，进而实现主动齿轮103和从动齿轮104上的偏心配重块105的实时转动，进而实现起振组件的偏心旋转运动，产生激振力。
44.具体的说，第一旋转动力组件包括第一伺服电机2，第一伺服电机2安装在起振机架上，第一伺服电机2的输出端连接有转轴201，转轴201与主动齿轮103固定连接且转轴201活动安装在起振机架上。
45.在需要主动齿轮103旋转时，只需开启第一伺服电机2，第一伺服电机2输出动力至转轴201，转轴201的旋转带动主动齿轮103旋转，实现对偏心配重块105的角度控制。
46.值得说明的是，在本实施例中，为了保证转轴201与轴套304的运动互不干扰，第一旋转动力组件的转轴201穿过涡轮302、轴套304和安装板1且转轴201通过轴承分别与涡轮302、轴套304和安装板1相连接，铜套303通过轴承与轴套304相连接。
47.这样，在转轴201旋转时，由于轴承的作用，不会对涡轮302、轴套304和安装板1的运动产生干扰；在涡轮302、轴套304和安装板1旋转时，由于轴承的作用，也不会对转轴201的运动产生干扰；且铜套303安装在起振机架上，转轴201和轴套304的旋转运动均在铜套303发生，通过设置轴承，能够保证转轴201和轴套304的运动不对铜套303产生影响，且铜套303能够对转轴201和轴套304等组件起到支撑作用，保证混合机工作的稳定性。
48.进一步的，如图1和图6所示，激励模块包括激励模块安装板4，如图7所示，对心激振机构的起振机架固定在激励模块安装板4下方，激励模块安装板4上下两侧均设置有第一弹簧401，第一弹簧401内设置有穿过激振模块安装板4的第一约束导杆402，第一约束导杆
402的一端与共振模块固定连接且第一约束导杆402的另一端通过固定端盖与第一弹簧401的端部固定连接。
49.在需要进行混合时，第一伺服电机2和第二伺服电机3开启，激振源产生竖直方向的激振力，由于起振机架倒装在激励模块安装板4上，因此，产生的激振力竖直向上传递给激振模块安装板4，激振模块安装板4上的第一弹簧401将激振力传递至共振模块。
50.值得说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以根据需要将激振源的数量设置为其他数量。
51.进一步的，如图1和图8所示，负载模块包括上质板5，上质板5上下两侧通过第二弹簧501分别与共振模块和机架相连接，上质板5上设置有上托板框架和下托板503，上托板框架通过支撑杆与上质板5相连接且上托板框架与下托板503相对应，上托板框架的支撑杆上活动连接有上托板502，上托板框架上端的螺纹孔内设置有螺杆，螺杆一端与上托板502相连接，螺杆的另一端设置有旋钮；如图1和图9所示，共振模块包括下质板6，下质板6分别与激励模块的第一弹簧401和负载模块的第二弹簧501固定连接，下质板6上下两侧均设置有第三弹簧601，第三弹簧601内设置有穿过下质板6的第二约束导杆602，第二约束导杆602的一端与机架固定连接且第二约束导杆602的另一端通过固定端盖与第三弹簧601的端部固定连接。
52.在激励模块的激振力通过第一弹簧传递至共振模块的下质板6时，下质板6将激振力通过第三弹簧601传递至负载模块，负载模块的上质板5接收激振力，并传递至下托板503，下托板503对物料桶进行激振混合。
53.值得说明的是，在本实施例中，进行混合前，将物料桶放置在下托板503上，下托板503的圆周上设置有挡板，对物料桶水平方向进行限位，旋转旋钮，螺杆顶着上托板502下降，对物料桶的竖直方向进行限位，进而保证了物料桶混合时的稳定性。
54.值得说明的是，在本实施例中，为了保证各个弹簧工作的稳定性，设置了两个约束导杆，并在约束档杆端部设置固定端盖与弹簧相连接，保证弹簧工作的稳定性。
55.值得说明的是，在本实施例中，负载模块与共振模块在振动过程中，振动曲线相位差保持在180
°
，因此振动激振力可以相互抵消。
56.进一步的，如图1和图10所示，机架包括底板7，底板7通过第三弹簧601与下质板6相连接，底板7上设置有立板701，立板701通过第二弹簧501与上质板5相连接。
57.机架上的底板7对整个混合机起到支撑作用，立板701与第二弹簧501相连接，实现了整个混合机的一体性结构，保证了工作的稳定性。
58.值得说明的是，在本实施例中，整个混合机的运动微分方程为：
[0059][0060]
式子中：m为质量矩阵；c为阻尼矩阵；k为刚度矩阵；x为位移矩阵；f为系统激振力；为加速度矩阵；为速度矩阵。
[0061]
值得说明的是，在本实施例中，将激振模块设为m1，将共振模块设为m2，将负载模块设为m3，得到如图11所示的动力学模型。
[0062]
如图11所示，外部的简谐激振力fsin作用于m1，强迫m1发生振动，运动方程为：
[0063][0064]
式子中，与分别为激励模块、共振模块、负载模块的运动加速度；与分别为激励模块、共振模块、负载模块的运动速度；x1与x2、x3分别为激励模块、共振模块、负载模块的实际位移。
[0065]
在推导过程中，将阻尼忽略，可以求出系统的三个固有频率，可以得出：
[0066]
0≤ω
n1
≤ω
n2
≤ω
n3
[0067]
在实际应用过程中，选择第三阶固有频率作为系统振动频率，在此频率工作下，m2与m3运动方向相反，且振幅变化平稳。
[0068]
将式子进行转换，可得系统对激励的响应为：
[0069][0070]
式中，an为系统的正则振型矩阵；bi为质体的振幅；ψi为质体的相位角；β
ni
为放大因子；ψ
ni
为相位角。因此，由系统激振力方程和系统对激励的响应可知，m1、m2和m3三个质体的振幅、相位与系统的质量、弹簧刚度、阻尼系数和激振力的幅度、频率有关，与初始条件无关。
[0071]
通过合理的参数设置，选择合理的弹簧刚度以及平衡各个质体之间的质量，可以将三质体声共振混合机在工作过程中，m3与m2的运动方向相反，减少整个混合机对地面的载荷，减小对基础的振动以及噪音，同时发挥三质体放大作用，降低驱动功率。
[0072]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。