一种组合摆振式混合颗粒分选装置及分选方法与流程

本发明涉及固体颗粒分选技术领域，尤其涉及一种适用于矿物、农作物及中草药混合颗粒分离及分选作业的装置及方法。

背景技术：

使用圆簸箕采用通过颠(竖直直线振动)、摇(水平圆周振动)、晃(水平直线振动)来分离谷物杂质的做法，在宋应星先生所著《天工开物》中就有记载，以上做法力求使谷物和杂质产生分离，以便有效地去除谷物中的杂质。现代科学证明，组合振动可以强化混合颗粒的分离，但由于组合振动对机械机构及结构要求较高，关于采用组合振动方式进行混合颗粒分离的机械设备及工艺鲜有人涉足。

公示号为cn106179950a的中国专利公开了“一种电动组合振动式谷物分级装置”，采用的结构是“摆动导杆机构+曲柄滑块机构”，实现了“往复的左右摆振+往复的水平直线振动”。目前，还没有公开文献记载能够实现沿直角坐标系三轴方向组合摆振的颗粒物分选装置。

技术实现要素：

本发明提供了一种组合摆振式混合颗粒分选装置及分选方法，采用交流电磁铁顺次通电的方式，解决了传统分选机构容易产生机械干涉的难题，实现了振动锅沿直角坐标系三轴方向的组合摆振，有利于强化颗粒物分选效果，提高分选效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种组合摆振式混合颗粒分选装置，包括振动锅、激振部件、支座和线弹簧；所述振动锅由支座承托且承托面为相配合的球面，振动锅底部设多个线弹簧与支座底板弹性连接；以振动锅中心为原点，在平行于水平的x轴、z轴方向的振动锅顶部锅沿上及振动锅底部一侧分别设3个衔铁，3个衔铁分别与对应设置的激振部件配合；激振部件由立柱、铁芯和线圈组成；3组激振部件中的线圈分别与交流电源连接与对应铁芯组成交流电磁铁，3个交流电磁铁依次单独通入交流电后通过吸引对应衔铁并克服线弹簧的反作用力，使振动锅分别绕x轴、y轴及z轴摆振。

所述振动锅底部沿周向设3个弹簧套筒一，支座底板上对应位置分别设3个弹簧套筒二，3个线弹簧的两端分别套装在对应的弹簧套筒一和弹簧套筒二中。

所述支座由支座底板、支腿和承托环组成，承托环通过多个支腿固定在支座底板上方；承托环与振动锅接触面为承托面，并且是与振动锅相配合的球面。

所述振动锅的内径为1000～2000mm；振动锅底内表面均布多个半球凸起，半球凸起的半径为5～8mm。

所述振动锅、支座及立柱均为白钢材质。

所述3个衔铁分别为平行于水平的x轴方向设置在振动锅锅沿上的衔铁一、设置在振动锅底部一侧的衔铁二及平行于水平的z轴方向设置在振动锅锅沿上的衔铁三；与衔铁一对应的激振部件为立柱一、铁芯一和线圈一，铁芯一和线圈一由立柱一支撑固定，并与对应交流电源连接组成电磁铁一；与衔铁二对应的激振部件为立柱二、铁芯二和线圈二，铁芯二和线圈二由立柱二支撑固定，并与对应交流电源连接组成电磁铁二；与衔铁三对应的激振部件为立柱三、铁芯三和线圈三，铁芯三和线圈三由立柱三支撑固定，并与对应交流电源连接组成电磁铁三；所述铁芯一和铁芯三沿振动锅切线方向倾斜设置，对应衔铁一和衔铁三为条状衔铁，且衔铁一和衔铁三靠近铁芯一或铁芯三的一侧分别为与铁芯一或铁芯三斜度相配合的斜面；铁芯二水平设置，衔铁二为圆片状衔铁，其沿振动锅径向竖直设置，衔铁二的内侧通过水平横杆与设于振动锅底部中心的圆柱固定连接；各线圈依次通入交流电后，在电磁铁一的作用下振动锅绕x轴摆振，在电磁铁二的作用下振动锅绕y轴摆振，在电磁铁三的作用下振动锅绕z轴摆振。

一种组合摆振式混合颗粒分选方法，包括如下步骤：

1)将组合摆振式混合颗粒分选装置安装好，将混合颗粒放入振动锅中；

2)向线圈一中通入交流电，线圈二和线圈三断电；衔铁一受到电磁铁一交变电磁力吸引，带动振动锅沿承托面滑动，其运动轨迹是以振动锅球心为圆心的弧形；在交变电流和线弹簧的反作用力作用下，实现振动锅绕x轴的摆振；

3)向线圈二中通入交流电，线圈一和线圈三断电；衔铁二受到电磁铁二交变电磁力吸引，带动振动锅绕其轴线转动；在交变电流和线弹簧的反作用力作用下，实现振动锅绕y轴的摆振；

4)向线圈三中通入交流电，线圈一和线圈二断电；衔铁三受到电磁铁三交变电磁力吸引，带动振动锅沿承托面滑动，其运动轨迹是以振动锅球心为圆心的弧形；在交变电流和线弹簧的反作用力作用下，实现振动锅绕z轴的摆振；

5)重复步骤2)-步骤4)，实现组合摆振；同时，振动锅锅底的半球凸起能够增加混合颗粒碰撞的能量，起到松散料层、强化颗粒偏析与分离效果的作用；在摆振和碰撞综合作用下，混合颗粒产生偏析，大而轻的颗粒处于上层，小而重的颗粒处于下层，最终实现混合颗粒分离及分选作业。

所述交流电经变频后通入各线圈，其频率为5～10hz；振动锅绕x轴及z轴摆振时的振幅为8°～10°，绕y轴摆振时的振幅为10°～15°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用交流电磁铁顺次通电的方式，解决了传统分选机构容易产生机械干涉的难题，实现了振动锅沿直角坐标系三轴方向的组合摆振；有利于强化颗粒物分选效果，提高分选效率；

2)结构简单、制作成本低；

3)既适合于混合颗粒的干法分选作业，又适合于混合颗粒的湿法分选作业。

附图说明

图1是本发明所述一种组合摆振式混合颗粒分选装置的立体结构示意图。

图2是本发明所述振动锅结构及衔铁设置示意图一。

图3是本发明所述振动锅结构及衔铁设置示意图二。

图4是本发明所述支座的结构示意图。

图中：1.振动锅11.衔铁一12.衔铁二13.衔铁三14.半球凸起15.弹簧套筒一16.圆柱2.支座21.支座底板22.支腿23.承托环24.承托面25.弹簧套筒二31.立柱一32.线圈一33.铁芯一41.立柱二42.线圈二43.铁芯二51.立柱三52.线圈三53.铁芯三6.线弹簧

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图4所示，本发明所述一种组合摆振式混合颗粒分选装置，包括振动锅1、激振部件、支座2和线弹簧6；所述振动锅1由支座2承托且承托面24为相配合的球面，振动锅1底部设多个线弹簧6与支座底板21弹性连接；以振动锅1中心为原点，在平行于水平的x轴、z轴方向的振动锅1顶部锅沿上及振动锅1底部一侧分别设3个衔铁11、12、13，3个衔铁11、12、13分别与对应设置的激振部件配合；激振部件由立柱、铁芯和线圈组成；3组激振部件中的线圈分别与交流电源连接与对应铁芯组成交流电磁铁，3个交流电磁铁依次单独通入交流电后通过吸引对应衔铁并克服线弹簧6的反作用力，使振动锅1分别绕x轴、y轴及z轴摆振。

如图2所示，所述振动锅1底部沿周向设3个弹簧套筒一15，如图4所示，支座底板21上对应位置分别设3个弹簧套筒二25，3个线弹簧6的两端分别套装在对应的弹簧套筒一15和弹簧套筒二25中。

如图4所示，所述支座2由支座底板21、支腿22和承托环23组成，承托环23通过多个支腿22固定在支座底板21上方；承托环23与振动锅1接触面为承托面24，并且是与振动锅1相配合的球面。

所述振动锅1的内径为1000～2000mm；振动锅1底内表面均布多个半球凸起14(如图3所示)，半球凸起14的半径为5～8mm。

所述振动锅1、支座2及立柱均为白钢材质。

如图1所示，所述3个衔铁分别为平行于水平的x轴方向设置在振动锅1锅沿上的衔铁一11、设置在振动锅1底部一侧的衔铁二12及平行于水平的z轴方向设置在振动锅1锅沿上的衔铁三13；与衔铁一11对应的激振部件为立柱一31、铁芯一33和线圈一32，铁芯一33和线圈一32由立柱一31支撑固定，并与对应交流电源连接组成电磁铁一；与衔铁二12对应的激振部件为立柱二41、铁芯二43和线圈二42，铁芯二43和线圈二42由立柱二41支撑固定，并与对应交流电源连接组成电磁铁二；与衔铁三13对应的激振部件为立柱三51、铁芯三53和线圈三52，铁芯三53和线圈三52由立柱三51支撑固定，并与对应交流电源连接组成电磁铁三；所述铁芯一33和铁芯三53沿振动锅1切线方向倾斜设置，对应衔铁一11和衔铁三13为条状衔铁，且衔铁一11和衔铁三13靠近铁芯一33或铁芯三53的一侧分别为与铁芯一33或铁芯三53斜度相配合的斜面；铁芯二43水平设置，衔铁二12为圆片状衔铁，其沿振动锅1径向竖直设置，衔铁二12的内侧通过水平横杆与设于振动锅1底部中心的圆柱16固定连接；各线圈32、42、52依次通入交流电后，在电磁铁一的作用下振动锅1绕x轴摆振，在电磁铁二的作用下振动锅1绕y轴摆振，在电磁铁三的作用下振动锅1绕z轴摆振。

一种组合摆振式混合颗粒分选方法，包括如下步骤：

1)将组合摆振式混合颗粒分选装置安装好，将混合颗粒放入振动锅1中；

2)向线圈一32中通入交流电，线圈二42和线圈三52断电；衔铁一11受到电磁铁一交变电磁力吸引，带动振动锅1沿承托面滑24动，其运动轨迹是以振动锅1球心为圆心的弧形；在交变电流和线弹簧6的反作用力作用下，实现振动锅1绕x轴的摆振；

3)向线圈二42中通入交流电，线圈一32和线圈三52断电；衔铁二12受到电磁铁二交变电磁力吸引，带动振动锅1绕其轴线转动；在交变电流和线弹簧6的反作用力作用下，实现振动锅1绕y轴的摆振；

4)向线圈三52中通入交流电，线圈一32和线圈二42断电；衔铁三13受到电磁铁三交变电磁力吸引，带动振动锅1沿承托面24滑动，其运动轨迹是以振动锅球心为圆心的弧形；在交变电流和线弹簧6的反作用力作用下，实现振动锅1绕z轴的摆振；

5)重复步骤2)-步骤4)，实现组合摆振；同时，振动锅1锅底的半球凸起14能够增加混合颗粒碰撞的能量，起到松散料层、强化颗粒偏析与分离效果的作用；在摆振和碰撞综合作用下，混合颗粒产生偏析，大而轻的颗粒处于上层，小而重的颗粒处于下层，最终实现混合颗粒分离及分选作业。

所述交流电经变频后通入各线圈32、42、52，其频率为5～10hz；振动锅1绕x轴及z轴摆振时的振幅为8°～10°，绕y轴摆振时的振幅为10°～15°。

本发明所述一种组合摆振式混合颗粒分选装置中，多个线弹簧6设于振动锅1底部，振动锅1摆振时，线弹簧6变曲变形，以侧向刚度抵抗激振力。每组激振部件中的线圈32/42/52通入交流电后与对应铁芯33/43/53组成交流电磁铁；当线圈32/42/52通电后，对应铁芯33、43、53和衔铁11/12/13被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力，当吸力大于线弹簧6的反作用力时，衔铁11/12/13开始向着铁芯33/43/53方向运动；当线圈32/42/52中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于线弹簧6的反作用力，衔铁11/12/13将在线弹簧6反作用力的作用下返回原来的位置；由此，使振动锅1沿设定方向实现往复摆振。

本发明所述一种组合摆振式混合颗粒分选装置能够实现三轴摆振的原理如下：

设o为振动锅1的球心，同时也是直角坐标系的原点；r为振动锅1外球半径，振动锅1及衔铁11/12/13绕x轴、y轴、z轴的转动惯量为jx，jy，jz，线圈32/42/52产生的电磁力为f1sinωt，f2sinωt，f3sinωt；3根线弹簧6绕x轴、y轴、z轴的扭转刚度为cx，cy，cz；振动锅1与支座承托面24存在摩擦，振动锅1绕x轴、y轴、z轴的摩擦阻力矩为mmx，mmy，mmz；振动锅1及衔铁11/12/13绕x轴、y轴、z轴的摆动的角度为θx，θy，θz；振动锅1及衔铁11/12/13绕x轴、y轴、z轴的摆动的角加速度为αx，αy，αz。则，振动锅1及衔铁11/12/13绕x轴、y轴、z轴的振动微分方程为：

绕x轴摆振：jxαx+cxθx+mmx＝rf1sinωt；

绕y轴摆振：jyαy+cyθy+mmy＝rf2sinωt；

绕z轴摆振：jzαz+czθz+mmz＝rf3sinωt；

因此，通过每组激振部件的线圈32/42/52依次单独通电，可带动安装在振动锅1上的对应的衔铁11/12/13，使振动锅1分别绕x轴、z轴、y轴摆振；通过在不同时间段对不同线圈32/42/52单独通电，最终形成三轴摆振的组合动作。

支座2上承托环23的承托面24是与振动锅1相配合的球面，两者形成一球副，保证了振动锅1具有准确的摆振轨迹。

根据实际需要，通过改变各线圈通断电工况能够控制振动锅摆振的次序、次数及振动时间，实现对特定物质强化分选效果的作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。