一种高效节能的砂磨机装置

技术领域

本发明涉及砂磨机驱动技术，具体涉及一种高效节能的砂磨机装置。

背景技术

当前时代是新能源产业蓬勃发展的时代，新能源材料制备产业规模已是日新月异，在新材料制备中，不可或缺的砂磨机，其设备迭代的速度已日趋跟不上行业的发展。砂磨机做为一种研磨设备其工作原理是通过高速转动的转子对其研磨腔内的研磨介质和物料颗粒加速，利用高动能下物质小颗粒间碰撞，从而对物料进行破碎研磨。现有的砂磨机技术中，砂磨机的普遍结构为由异步电机或永磁同步电机为动力，通过皮带传动、齿轮传动或联轴器联接为传动机构，驱动砂磨机的转子，从对物料进行研磨。

在目前追求高产能的时代背景下，砂磨机往往都是大容量的，大容量意味着需要更大的转矩，更大的电机功率来驱动设备，因此，节能高效成为砂磨机的主要难题。例如目前市场上应用最广泛的砂磨机，其传统结构为由异步电机为动力，皮带传动为传动机构，对砂磨机的转子进行驱动。其中异步电机本身能效不高，加上二级传动的能量损失，该驱动方式下的系统效率通常只有72％～80％，在高功率下，能源损失非常大，不仅大大的增加了新材料制备的成本，也有悖于国家提倡的节能减排。同时随时新能源材料产业的发展，后续的砂磨机产能更高，容量更大，电机功率更大这样的能源浪费会更多。大转矩下，对于皮带设计要求更为严格，需要更多数量的皮带，更大的张紧力，而更大的张紧力导致电机轴承的要求更高，这些都会大大的增加设备的制造成本和维护成本。

基于这种现状，目前砂磨机的节能趋势有以下几种方案：1.使用能效更高的永磁同步电机代替原有异步电机进行驱动。2.取消二级传动及多级传动，由电机直接驱动砂磨机，避免二级传动造成的损耗。3.上述两种的组合使用，由永磁电机为动力，直驱的方式。

上述方案中都有缺点，方案1中大转矩下，对于皮带设计要求更为严格，需要更多数量的皮带，更大的张紧力，而更大的张紧力导致电机轴承的要求更高，这些都会大大的增加设备的制造成本和维护成本；齿轮传动和联轴器连接则会造设备尺寸过大，不仅不利于工厂场地的空间的利用，还加大了安装难度和制造成本。方案2中使用了电机直驱方式，避免了方案1中的问题，但是由于电机本身为独立完整的设备本身，不通过联轴器直接与砂磨机主轴连接，这样整个砂磨机主轴上同时存在不同基准的轴承，电机与砂磨机存在不可避免的同心偏差问题，这要求电机制造精度和安装精度要求都非常高，大转矩下，由于主轴的一点点跳动都会导致电机轴承摩擦严重，电机轴承故障率高，寿命短，主轴的不同心也会增大电机的消耗功率，当偏差严重时会导致电机烧结、损坏，因而该方案设备故障率高，维护成本较大。方案3使用永磁同步电机直驱，其为方案2的变种，仅仅是更换了电机，并不能解决该方案下主轴的高频微幅跳动导致的电机轴承摩擦严重的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效节能的砂磨机装置，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高效节能的砂磨机装置，包括电机以及砂磨机构，所述砂磨机构包括壳体、主轴以及设置于主轴上的砂磨组件，所述电机包括相分离的电机定子和电机转子，所述电机定子固接于所述壳体上，所述电机转子固接于所述主轴上，所述电机定子外套于所述电机转子且两者之间具有间隙。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述电机转子通过定距套安装于所述主轴上。

上述的高效节能的砂磨机装置，还包括轴倾角调节机构，所述轴倾角调节机构用于调整所述主轴的轴倾角。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述轴倾角调节机构包括倾角仪和PLC控制器，所述倾角仪和所述PLC控制器之间电性连接，所述倾角仪用于测量主轴的倾角变化量并将倾角变化量输入到PLC控制器内。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述轴倾角调节机构包括方型框，所述方型框套设于所述主轴外侧，所述方型框上至少转动安装有四个旋转轴，且多个所述旋转轴以主轴为中心呈周向均匀分布，所述旋转轴靠近主轴的一侧设置有螺纹段，所述旋转轴的延伸方向与所述主轴直径的延伸方向一致，所述螺纹段上螺纹连接有移动块，所述方型框内侧还固定有限位架，所述限位架贴合在移动块两侧并对移动块的移动方向进行限制，所述移动块上固设有支架，所述支架上安装有调节杆。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述调节杆靠近主轴的一端活动安装有减阻球。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述调节杆与主轴外侧壁之间均有间隙。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述旋转轴靠近主轴的一端固设有从动齿轮，所述方型框上还固定连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端上固定有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮之间相互啮合。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述从动齿轮的直径小于主动齿轮直径。

上述的高效节能的砂磨机装置，所述PLC控制器分别与各个所述伺服电机电性连接。

在上述技术方案中，本发明提供的一种高效节能的砂磨机装置，在该方式中，主轴直接贯穿机壳固定连接在电机转子上，如此，电机工作时，电机转子可以直接将动力传递至主轴上，避免了联轴器和轴承的使用，有利于利用工厂场地的空间，减小了高功率下的能量损失，也避开了需要更多数量的皮带和更大的张紧力的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例提供的高效节能的砂磨机装置的剖视图。

图2为本发明再一种实施例提供的高效节能的砂磨机装置的立体结构示意图。

图3为本发明再一种实施例提供的高效节能的砂磨机装置的正视图。

图4为本发明另一种实施例提供的高效节能的砂磨机装置的正视图。

图5为本发明调节杆、主轴和减阻球之间的剖视图。

图6为本发明调节杆、主轴和压力自适应组件之间的剖视图。

图7为本发明压力自适应组件的剖视图。

图8为本发明另一种实施例提供的主轴的立体结构示意图。

图9为本发明另一种实施例提供的调节杆和主轴之间的剖视图。

图10为本发明再一种实施例提供的调节杆的剖视图。

附图标记说明：

11、电机定子；12、电机转子；13、定距套；2、砂磨机构；21、壳体；22、主轴；221、凸起部；222、第一圆环部；223、第二圆环部；224、倾斜部；225、滚轴；226、动密封环；227、环形限位部；3、轴倾角调节机构；31、倾角仪；32、安装框；33、旋转轴；331、从动齿轮；332、伺服电机；333、主动齿轮；34、螺纹段；35、移动块；36、限位架；37、支架；38、调节杆；381、减阻球；382、减阻轴；4、径向调节机构；41、回型框；42、弹性伸缩杆；43、丝杠；44、步进电机；5、压力自适应组件；51、滑移块；52、限位弹簧；53、减阻柱；54、连通腔。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1-10所示，本发明实施例提供一种高效节能的砂磨机装置，包括电机以及砂磨机构2，所述砂磨机构2包括壳体21、主轴22以及设置于主轴22上的砂磨组件，所述电机包括相分离的电机定子11和电机转子12，所述电机定子11固接于所述壳体21上，所述电机转子12固接于所述主轴22上，所述电机定子11外套于所述电机转子12且两者之间具有间隙。

具体在本实施例中，砂磨机构2可以完全参考现有技术，其与现有技术的不同之处在于主轴22更长，主轴22长度等于现有技术中的主轴的长度加上电机轴的长度，所述电机可以为永磁同步电机或者异步电机等，优选为永磁同步电机，相比于异步电机，永磁同步电机本身的能效更高，采用了直驱的方式避免二级传动、多级传动带来的能量损耗，将效率最大化，接近等于永磁同步电机的效率，能量传递效率约为92％～98％，需要特别注意的是，本实施例中的使用的电机不是独立完整的电机，本实施例中的使用的电机的部分为分体的电机定子11和电机转子12，即将电机定子11和电机转子12拆开了，两者单独布置，相互之间并不连接或者并不通过硬质结构连接，电机定子11和电机转子12之间无轴承连接，本实施例中的电机不能作为单独的电机使用；本实施例中，所述砂磨机构2的输出轴和电机的输出轴同为主轴22，相当于两个输出轴一体成型，为一个轴，其中减少了联轴器的使用，也减少了电机轴承的使用，所述主轴22也可直接使用砂磨机构2内的轴承，若采用电机直驱的方式将两个输出轴连接，轴和电机不同心的问题是不可避免的；所述电机定子11和电机转子12均为现有技术，在此不做过多赘述，需要说明的是，当电机工作时，电机定子11处于相对静止状态，而电机转子12处于旋转状态；所述砂磨机构2和砂磨组件同样为现有技术，其主要用于物料的破碎和整形，所述砂磨机构2还包括一个轴承座，其用于固定和支撑砂磨机构2内的轴承，同时，壳体21还固定在磨砂机机座上，以稳定其工作状态；为了确保电机转子12能在电机定子11内自由的转动，电机转子12的外表面与电机定子11的内表面之间具有一定的空气间隙；本实施例中具体采用的方案是将砂磨机构2中的主轴22直接穿透到电机内并固定连接在电机转子12中部，也即，采用无轴承永磁同步电机驱动主轴22运动，如此，工作时就能减少二级或者多级传动，确保主轴22的能量传递效率，此外，还能获得以下效果，其一是避免工作过程中，主轴22与电机不同心的问题，其二是有利于工厂场地空间的利用，其三是减小了电机直驱的安装难度，同时降低了电机轴承损失导致设备的故障率，其四是避免电机轴承的使用，简化结构的同时节约了资源，降低了生产成本。

不同电机的能效实验数据对比图

本发明提供的再一个实施例中，所述电机转子12通过定距套13安装于所述主轴22上，所述定距套13用于调节转子之间的距离，传递轴向力。

现有技术中，为了确保电机转子12能在电机定子11内自由的转动，电机转子12的外表面与电机定子11的内表面之间具有一定的空气间隙，如此，在电机转子12运动过程中，主轴22就难免会发生轴倾角(主轴22以砂磨机构2中的轴承为旋转中心发生偏移)变化或者径向跳动(主轴22和电机转子12整体径向移动)，尤其是当在大转矩下时，不论是微量的轴倾角变化还是径向跳动，都会导致主轴22传递能量的效率降低，而且在运动过程中会出现磨损，偏差严重时还会导致电机烧结，为此，本实施例提供一个轴倾角调节机构3，所述轴倾角调节机构3用于调整所述主轴22的轴倾角，使主轴22的中心线始终不发生偏移。

本发明提供的再一个实施例中，所述轴倾角调节机构3包括倾角仪31和PLC控制器，所述倾角仪31为现有技术，在此不做过多赘述，所述PLC控制器为可编程PLC控制器，也属于本领域公知常识，所述倾角仪31和所述PLC控制器之间电性连接，所述倾角仪31用于测量主轴22的轴倾角变化量(轴倾角变化量包括方向变化量和角度变化量)和径向跳动量，轴倾角变化量和径向跳动量的自动检测为现有技术，本领域技术人员容易想到使用包括倾角仪31在内的各类检测传感器，不一一赘述，然后将轴倾角变化量和和径向跳动输入到PLC控制器内，所述PLC控制器在分析和处理该数据后再纠正主轴22的轴倾角变化量或者径向跳动量，所述PLC控制器内预设有一套位移控制系统，以辅助调整主轴22的轴倾角变化量或者径向跳动量。

本发明提供的再一个实施例中，所述轴倾角调节机构3包括安装框32，所述安装框32套设于所述主轴22外侧，所述安装框32上转动安装有多个旋转轴33，旋转轴33的具体数量可为四个、八和十六个，优选为四个，多个所述旋转轴33以主轴22为中心呈周向阵列分布，如此，能对主轴22进行多维度的调节，所述旋转轴33靠近主轴22的一侧设置有螺纹段34，所述旋转轴33的延伸方向与所述主轴22某一直径的延伸方向一致，所述螺纹段34上螺纹连接有移动块35，所述安装框32内侧还固定有限位架36，所述限位架36向主轴22中心位置延伸，所述限位架36贴合在移动块35两侧并对移动块35的移动方向进行导向，也即移动块35只能向主轴22中心位置方向运动，所述移动块35上固设有支架37，所述支架37上安装有调节杆38，所述调节杆38也向主轴22中心位置延伸，当移动块35向靠近主轴22的方向运动时，调节杆38只能在最接近主轴22的路线(主轴22的径向)上靠近主轴22；具体工作时，当倾角仪31检测到轴倾角出现变化时，将轴倾角变化量输入到PLC控制器内，经由PLC控制器分析后，控制某一个或者某两个旋转轴33工作，当主轴22轴倾角变化的方向正好平行与某一旋转轴33方向平行时，只需控制该方向上的旋转轴33旋转即可，其会带动移动块35在主轴22的径向方向上微幅移动，大多数情况下主轴22轴倾角变化的方向与某一旋转轴33方向不平行，因此，需要控制两个旋转轴33同时工作以调整轴倾角，且两个旋转轴33转动的圈数还需各自进行调整，当旋转轴33转动时，螺纹段34随之转动并驱使移动块35运动，又由于移动块35被限位架36限位，因此，移动块35只能向靠近主轴22中心位置的方向运动，进而带动支架37和调节杆38向靠近主轴22中心位置的方向运动，通过调节杆38与主轴22表面接触，进而推动主轴22回归到中心线位置，本实施例中旋转轴33转动的圈数和调节杆38的移动距离成正比，两者之间的也符合函数关系，可通过计算获取调节杆38的移动距离，当两个不同的调节杆38都对主轴22进行微量的推动时，即可完成对主轴22的多维度调节；使用螺纹段34来控制移动块35和调节杆38的运动是为了便于进行微量的调整。

本发明提供的再一个实施例中，所述调节杆38靠近主轴22的一端活动安装有减阻球381，当调节杆38推动主轴22进行微量运动时，减阻球381先与主轴22的外侧壁接触，如此，当主轴22重新回到其中心线位置并正常工作时，通过减阻球381减小与主轴22之间的接触面积，防止主轴22转动时与调节杆38接触并产生磨损，所述减阻球381的半径为固定的，便于计算调节杆38所要运动的距离。

本发明提供的再一个实施例中，所述调节杆38与主轴22外侧壁之间均有间隙，该间隙为固定间隙，便于计算调节杆38所要运动的距离。

本发明提供的再一个实施例中，所述旋转轴33靠近主轴22的一端固设有从动齿轮331，所述安装框32上还固定连接有伺服电机332，所述伺服电机332的输出端上固定有主动齿轮333，所述主动齿轮333与从动齿轮331之间相互啮合；所述从动齿轮331的直径小于主动齿轮333直径；所述PLC控制器分别与各个所述伺服电机332电性连接，PLC控制器可以控制每个伺服电机332的输出轴转动不同的圈数，进而控制每个旋转轴33转动不同的圈数，使每个调节杆38的运动距离都是可以单独进行调整的，从而实现主轴22的多维度调节，具体工作时，倾角仪31将主轴22的轴倾角变化量输入到PLC控制器内内，PLC控制器分析并处理数据后，通过位移控制系统计算出需要控制哪些调节杆38进行工作，同时还计算出这些调节杆38每一个所要运动的距离，计算完成后，通过PLC控制器控制各个伺服电机332进行工作，从而带动主动齿轮333转动并驱使从动齿轮331传动，通过从动齿轮331带动旋转轴33旋转，进而驱使移动块35和调节杆38向靠近主轴22的方向运动特定的距离以推动主轴22回归到中心线上，上述方案中，使用从动齿轮331和主动齿轮333且从动齿轮331的直径小于主动齿轮333直径也是为了便于对旋转轴33进行微量的旋转，从而控制调节杆38进行微量的运动。

上述实施例中只提供了轴倾角变化量的调整方法，并未提供径向跳动量的调整方法，且当径向跳动发生时，轴倾角变化往往同时发生，需要进一步的对径向跳动量进行调整，为此本实施例提供一种径向调节机构4，其可对整个安装框32进行径向调节，所述径向调节机构4包括回型框41，所述回型框41位于安装框32外侧，所述安装框32和回型框41位于同一水平面上，所述安装框32和回型框41之间连接有至少两个弹性伸缩杆42，所述安装框32上螺纹连接有丝杠43，所述丝杠43与弹性伸缩杆42处于同一平面且相互平行，所述丝杠43远离安装框32的一端转动贯穿回型框41，通过丝杠43控制回型框41也可以进一步的提升移动的精度，所述回型框41上固定安装有步进电机44，所述步进电机44也与PLC控制器电性连接，所述步进电机44的输出轴与丝杠43连接，具体工作时，当倾角仪31检测到主轴22向某一方向径向跳动且未发生轴倾角变化时，通过PLC控制器控制各个伺服电机332同时工作，使各个调节杆38都刚好贴合在主轴22上，然后再由PLC控制器启动步进电机44，通过步进电机44带动丝杠43旋转，进而驱使安装框32运动，在弹性伸缩杆42的限位作用下，安装框32沿着弹性伸缩杆42的方向进行运动进而带动主轴22回位，避免其在工作时发生径向跳动；当主轴22的径向跳动和轴倾角变化同时发生时，通过PLC控制器先将主轴22的轴倾角调整完成，然后再使各个调节杆38都刚好贴合在主轴22上，再通过PLC控制器启动步进电机44，使步进电机44带动丝杠43旋转并驱使安装框32整体运动，使主轴22回位；很显然的，本发明中设置了多个驱动，是为了对主轴22进行多方向多维度的调节，无法采用联动机构使共用同一驱动；通过上述技术方案，使径向调节机构4和轴倾角调节机构3同时工作，对主轴22位置进行微调，确保了主轴22的正常工作，而且上述工作过程中涉及的距离移动均可通过计算和零部件设计完成。

更进一步的，为了进一步稳定主轴22的运动，可以对调节杆38进行进一步的设计，所述调节杆38朝向主轴22的一端可以为扇形，所述调节杆38靠近主轴22的一端可以转动安装多个减阻轴382，减阻轴382的轴线于所述主轴22的轴线相平行，所述减阻轴382为圆柱形，当减阻轴382与主轴22接触时，两者是线性接触，相比于减阻球381，当主轴22运动时，减阻轴382在确保磨损较小的同时还能给予主轴22更稳定的挤压驱动；所述调节杆38上还安装有压力自适应组件5，所述压力自适应组件5包括开设在调节杆38上的工作腔，所述工作腔内滑动安装有滑移块51且滑移块51与工作腔之间为密封状态，所述滑移块51与工作腔之间连接有限位弹簧52，所述滑移块51远离限位弹簧52的一端活动安装有减阻柱53，所述工作腔之间还通过连通腔54相互连通，所述工作腔与连通腔54内填充有油液如液压油，其中，至少一个所述限位弹簧52的弹性系数与其余所述限位弹簧52的弹性系数不同，而且至少一个滑移块51与工作腔之间的相对距离和其余滑移块51与工作腔之间的相对距离有所不同，其用于实现至少一个滑移块51的初始位置是更向工作腔内靠近的，这会导致至少一个减阻柱53与主轴22外侧壁之间的距离与其余减阻柱53与主轴22外侧壁之间的距离不同，滑移块51的初始位置向工作腔内靠近的工作腔为第一工作腔，其余为第二工作腔；当进行轴倾角调节时，某一个或者某两个调节杆38向靠近主轴22的方向运动，此时，部分减阻柱53会先接触主轴22并推动主轴22运动，与此同时，减阻柱53会推动滑移块51向工作腔内滑动并挤压限位弹簧52，此时，滑移块51推动油液运动，油液从第二工作腔流入到第一工作腔内，使第一工作腔内的油液增多并挤压该处的滑移块51，给予传感器检测数据的反馈，若主轴22的轴倾角未及时调整完成，则继续通过调节杆38挤压主轴22，从而使第一工作腔内滑移块51继续移动并使更多的减阻柱53与主轴22外壁接触，如此，可以增加与主轴22外壁接触的减阻柱53个数，如此得以分散压力的接触点，避免压力过于集中，同时增加与主轴22外壁接触的减阻柱53个数，而且各减阻柱53的挤压压力被动式的进行均衡，还能使主轴22得运动更加稳定。

再进一步的，为了更快捷便利的同时对主轴22的轴倾角和轴向窜动量进行调整，本实施例中提供一个更进一步的方案，所述主轴22上被设计为具有一环形的凸起部221，所述凸起部221由截面为圆台形的第一圆环部222和第二圆环部223组成，且凸起部221组成的顺序依次为：第一圆环部222-第二圆环部223-第一圆环部222，所述调节杆38靠近主轴22的一端还固定有相对设置的倾斜部224，所述倾斜部224的斜面与第一圆环部222上的斜面相互平行，所述倾斜部224上还转动安装有滚轴225，如此，当需要对主轴22的轴倾角和径向跳动进行调整时，向靠近主轴22的方向推动调节杆38，使滚轴225先与第一圆环部222接触并推动第一圆环部222运动，由于两者都为倾斜设置，因此，可以直接同时对轴倾角和轴向窜动量同时进行调节。

显然的，滚轴225仍旧可以适配于上述的滑移块51、工作腔与连通腔54构造，更进一步的实施例中，工作腔的开口处设置有向内延伸的环形限位部227，也即形成了腹部大口部小的构造，环形限位部227用于限位滑移块51防止其脱离工作腔，同时，滑移块51通过动密封环226往复活动的滑动连接在工作腔中，即一个或多个动密封环226套接在滑移块51的外壁上且挤压于工作腔的内壁上，如此带来的效果在于，基于动密封环226的变形幅度使得滑移块51具有了对第一圆环部222的被动式适配，具体的说，理想的情形中，滚轴225与第一圆环部222的相对部分平行设置，两者挤压时呈线性贴合，但在实际中，如上所述由于轴倾角使得两者仍旧是点接触，这使得滚轴225磨损较为严重，但是当将动密封环226的尺寸设置的大一点时，滚轴225在工作腔内能够微幅摆动，滚轴225与第一圆环部222挤压时给予滚轴225的摆动使得滚轴225与第一圆环部222的点接触变为线接触，从而实现摆动式的被动适配。这里摆动指的是以滚轴225的轴线以滚轴225的几何中心为原点进行的摆动。本质而言，是依靠动密封环226的变形来实现，滚轴225压缩动密封环226的一侧而相对另一侧弹性膨胀，本实施例中，由于轴倾角极小，可能仅有0.01-0.2的幅度，所以允许动密封环226变形来补偿而且变形后仍旧具有动密封效果。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。