一种气动高频激振设备及系统技术方案

本发明专利技术提供一种气动式激振设备，它包括一个刚性的外壳；所述外壳内部纵向设置进气管；所述进气管与所述外壳间形成环形的气旋腔；在所述的气旋腔上段，所述进气管外套设一环状的合金振动件，所述合金振动件内径大于所述进气管外径，且与所述进气管间无连接；所述的气旋腔下段围绕所述进气管设有螺旋气道；所述的螺旋气道一端与所述进气管底端相通，另一端开口于所述气旋腔上段；所述的外壳顶部设置排气孔，连通所述气旋腔与外部空间；所述进气管上端用于连接生产压缩空气的设备。本发明专利技术还提供基于所述气动式激振设备的高频激振系统。本发明专利技术的激振设备和系统能输出更高的振动频率而且不会产生过多的热量，具有更长的使用寿命。

A Pneumatic High Frequency Excitation Equipment and System

The invention provides a pneumatic vibration exciting device, which comprises a rigid outer shell; an intake pipe is longitudinally arranged in the inner shell; an annular air-rotating cavity is formed between the intake pipe and the outer shell; and a ring alloy vibration part is arranged on the upper part of the intake pipe, the inner diameter of the alloy vibration part is larger than the outer diameter of the intake pipe, and there is no annular air-rotating cavity between the intake pipe and the outer diameter of the intake pipe. The lower segment of the cyclone chamber is connected with the intake pipe by a spiral airway; one end of the spiral airway is communicated with the bottom end of the intake pipe and the other end is opened at the upper segment of the cyclone chamber; the top of the shell is provided with an exhaust hole to connect the cyclone chamber with the outer space; and the upper end of the intake pipe is used to connect the equipment for producing compressed air. The invention also provides a high frequency excitation system based on the pneumatic excitation device. The excitation device and system of the invention can output higher vibration frequency without generating excessive heat and has longer service life.

【技术实现步骤摘要】
一种气动高频激振设备及系统
本专利技术涉及一种提供高频振动的机械设备，尤其涉及一种气动式激振设备及系统。
技术介绍
激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，激振器可作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的输送、筛分、密实、成型、搅拌和土壤砂石的捣固等工作。按激励型式的不同，激振器分为惯性式电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等型式。目前市场上常用的激振器不仅振动频率低而且在使用过程中经常出现故障，主要表现为激振器轴承损坏，齿轮拆齿或齿面损坏，基础螺丝断损等。激振器轴承损坏问题主要由激振器轴承工作环境特殊引起，与一般设备轴承相比，激振器轴承工作环境相对于外圈形成旋转载荷区，具有重载荷、高速(通常速度范围都在750-1500r/min内)、高加速度、高温(激振器轴承运行温度一般都在60-85℃)等特点，高温导致的热膨胀会引起轴承轴向移动，使得设备的整体寿命较短，使用领域受到极大限制。随着人们对振动作用力越来越广泛地研究和利用，激振设备逐渐地被应用到越来越多的领域中。除了传统的建筑面的夯实捣固、物料的密实或筛分处理外，人们发现激振力在微细颗粒物料的搅拌和活化中也发挥着至关重要的作用。以水泥物料为例，高频的激振力会为水泥物料的搅拌带来意外的效果。水泥颗粒因表面能量不足而被范德华力所互引而形成微小的颗粒团。在混凝土搅拌过程中，水泥颗粒团与水接触时，表层水化反应后产生的毛细力是范德华力的三倍，它们使水化反应后的水泥颗粒团外壳硬化。单纯搅拌作用无法克服水泥颗粒的团聚，导致水化后的水泥颗粒团就像一个具备弹性、塑性、粘性和胶性的微型物体，阻碍了水进入颗粒团内部，水泥细小颗粒无法被水化并发挥其粘接力，所以搅拌后水泥达不到其应有的强度。但如果在混凝土搅拌中将激振力作用于搅拌机构，且激振力的振动频率接近或等同于水泥颗粒的振动波，则能使被搅拌的水泥物料中的颗粒团在激振力的作用下变成一个共振体，从而分裂为单一的颗粒，被充分水化。由此实现了混凝土的充分搅拌和活化，激振力辅助搅拌后的混凝土可达到非常理想的使用强度。但水泥等微细物料的搅拌和活化过程对激振设备的要求非常高，对振动频率、输出稳定性以及设备耐用性的要求都超出现有的绝大多数激振设备的性能。现有的激振器在如此高的振动频率下很难保证合理的使用寿命，给实际生产带来高昂的维护和更新成本。现有技术中，也有一些以延长气动式激振设备寿命为目的做出的新研发，例如专利文献CN201702097U、CN101943629A以及CN108562417A等公开的方案。这些激振设备的结构中都以缸筒和活塞为核心部件，其原理是活塞在气体驱动下在缸体或缸筒内做往复运动击打垫块来提供激振力。这种气动式激振设备不仅需要对缸体、活塞和垫块等核心激振部件进行复杂的固定，而且工作中形成的温度梯度会影响活塞的运动效率，整体振动频率和激振力偏低，因此仍然不适合需要高激振力的工业领域的广泛应用。鉴于上述背景，有必要研发一种新式激振设备，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种气动式激振器，核心振动部件不需要轴承等固定连接，并能达到更高的振动频率而且不会产生过多的热量，具有更长的使用寿命。本专利技术的上述目的是通过以下方案实现的：首先，提供一种气动式激振设备，它包括一个刚性的外壳；所述外壳内部纵向设置进气管；所述进气管与所述外壳间形成环形的气旋腔；在所述的气旋腔上段，所述进气管外套设一环状的合金振动件，所述合金振动件内径大于所述进气管外径，且与所述进气管间无连接；所述的气旋腔下段围绕所述进气管设有螺旋气道；所述的螺旋气道一端与所述进气管底端相通，另一端开口于所述气旋腔上段；所述的外壳顶部设置排气孔，连通所述气旋腔与外部空间；所述进气管上端用于连接生产压缩空气的设备。实际使用中，所述的压缩空气由所述进气管导入外壳内部，并从所述进气管底端进入所述螺旋气道，经螺旋气道形成螺旋气流后进入所述气旋腔上段空间，并驱动所述环状的合金振动件围绕所述进气管高速旋转，从而产生高频振动；经过气旋腔后的空气通过所述外壳顶部的排气孔排出激振设备外；振动件产生的高频振动则通过传导设备提供给被激振物。本专利技术的方案中，所述的合金振动件作为核心部件，在工作中需要高速旋转，同时产生强大的激振力，这就要求其具有理想的材料和形态特征。首先是振动件的材质脆性不能过高，过高的脆性使振动件在高速旋转和振动中容易损伤。此外，所述振动件的规格和形状也应尽量符合气动旋转的要求。为了产生最大的激振力和振频，必须保证振动件的内外径比处于合适的范围。本专利技术优选的方案中，所述的合金振动件是由氮化处理的合金调质钢制备的环体，所述环体的内外径比为5～8:6～10，环体高度与环面宽度的比为2～5:1～4。进一步优选的方案中，所述的合金调质钢是含碳量不高于0.40％的的合金调质钢；更优选含碳量在0.35～0.38％的合金调质钢；特别优选含有铝(Al)元素的合金调质钢；尤其是进一步含有铬(Cr)元素和钼(Mo)元素的合金调质钢。经实验验证发现，能够在气流驱动下长期高频旋转提供激振力的所述合金振动件，其性能指标如下：屈服强度σs(MPa)：≥800，伸长率δ5(％)≥14，断面收缩率ψ(％)≥40，冲击功Akv(J)≥70，冲击韧性值αkv(J/cm2)≥85，布氏硬度(HBS100/3000)≦320。为了更加适合气流驱动，所述的环体内外径比优选为5～6:8～9；更优选内外径比为5.5～5.6:8.4～8.5。所述的环体高度与环面宽度的比优选为3～4:2～3；更优选3.8～4:2.5～2.8。为了降低本专利技术所述的气动激振设备振动过程中的空气阻力，所述的环体外侧面分别在上下缘设有弧面；更优选的方案中，所述的弧面弧度在0.25～0.45rad范围内。实验证明，在所述优选弧度范围内的弧面可为振动件在气体驱动下带来理想的振动效果。所述合金振动件可以通过以下方法制造：1)在铬钼钢中加入质量分数小于1.5％的铝，得到含有铬、钼和铝的合金材料；2)将步骤1)所得合金材料锻造成环体形状；所述环体的内外径比为5～8:6～10，环体高度与环面宽度的比为2～5:1～4；3)将步骤2)锻造得到的环体依次进行热处理、调质处理和渗氮处理，最终得到所述的合金振动件。所述的合金振动件在压缩空气驱动下做高速旋转时容易产生向上的位移，为了阻止其工作过程中位置的过度上升，本专利技术优选的方案中，所述的气旋腔顶部围绕所述的进气管设有限位环，所述的限位环外周与所述的外壳内表面固定连接，用于从顶部限制所述合金振动件在旋转中的过度上升；所述的限位环内径大于所述进气管外径，两者之间留出空隙使所述气旋腔内的空气得以通过。本专利技术进一步优选的方案中，所述的限位环外周沿周向设有垂直于其环面的凸缘，用于与所述外壳内表面固定连接；所述的固定连接更优选螺接或销接。本专利技术优选的方案中，所述的进气管下段外表面进一步套接一环形的导气件；所述的导气件内径与所述进气管下段外径相同，外径与所述的外壳下段内径相同，高度不超过所述合金振动件下缘；所述的导气件外侧面周向设有螺旋凹槽并与所述的外壳下段内表面紧密连接形成所述的螺旋气道；所述的进气管底端与所述的螺旋气道底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动式激振设备，它包括一个刚性的外壳；所述外壳内部纵向设置进气管；所述进气管与所述外壳间形成环形的气旋腔；在所述的气旋腔上段，所述进气管外套设一环状的合金振动件，所述合金振动件内径大于所述进气管外径，且与所述进气管间无连接；所述的气旋腔下段围绕所述进气管设有螺旋气道；所述的螺旋气道一端与所述进气管底端相通，另一端开口于所述气旋腔上段；所述的外壳顶部设置排气孔，连通所述气旋腔与外部空间；所述进气管上端用于连接生产压缩空气的设备。

【技术特征摘要】
1.一种气动式激振设备，它包括一个刚性的外壳；所述外壳内部纵向设置进气管；所述进气管与所述外壳间形成环形的气旋腔；在所述的气旋腔上段，所述进气管外套设一环状的合金振动件，所述合金振动件内径大于所述进气管外径，且与所述进气管间无连接；所述的气旋腔下段围绕所述进气管设有螺旋气道；所述的螺旋气道一端与所述进气管底端相通，另一端开口于所述气旋腔上段；所述的外壳顶部设置排气孔，连通所述气旋腔与外部空间；所述进气管上端用于连接生产压缩空气的设备。2.权利要求1所述的气动式激振设备，其特征在于：所述的合金振动件是由氮化处理的合金调质钢制备的环体，所述环体的内外径比为5～8:6～10，环体高度与环面宽度的比为2～5:1～4。3.权利要求2所述的气动式激振设备，其特征在于：所述的合金调质钢是含碳量不高于0.40％的的合金调质钢；更优选含碳量在0.35～0.38％的合金调质钢；特别优选含有铝(Al)元素的合金调质钢；尤其是进一步含有铬(Cr)元素和钼(Mo)元素的合金调质钢。4.权利要求2所述的气动式激振设备，其特征在于：所述的环体内外径比优选为5～6:8～9；更优选内外径比为5.5～5.6:8.4～8.5。所述的环体高度与环面宽度的比优选为3～4:2～3；更优选3.8～4:2.5～2.8。5.权利要求2所述的气动式激振设备，其特征在于：所述的环体外侧面分别在上下缘设有弧面；更优选的方案中，所述的弧面弧度在0.25～0.45rad范围内。6.权利要求1所述的气动式激振设备，其特征在于：所述的气旋腔顶部围绕所述的进气管设有限位环，所述的限位环外周与所述的外壳内表面固定连接，用于从顶部限制所述合金振动件在旋转中的过度上升；所述的限位环内径大于所述进气管外径，两者之间留出空隙使所述气旋腔内的空气得以通过。7.权利要求1所述的气动式激振设备，其特征在于：所述的进气管下段外表面进一步套接一环形的导气件；所述的导气件内径与所述进气管下段外径相同，外径与所述的外壳下段内径相同，高度不超过所述合金振动件下缘；所述的导气件外侧面周向设有螺旋凹槽并与所述的外壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盼，
申请(专利权)人：张盼，
类型：发明
国别省市：北京,11