一种低频机械振动与超声协同的复合式球磨装置的制作方法

本技术涉及研磨设备，具体涉及一种低频机械振动与超声协同的复合式球磨装置。

背景技术：

1、传统球磨技术在处理高精度、高粘度或纳米级材料时，面临一系列技术瓶颈。具体而言，在研磨过程中，物料易出现沉底、结块、粘壁以及颗粒间团聚、气泡较多等现象，这些问题直接导致研磨效率低下、最终产品粒度分布不均一，且能耗居高不下；尤其是在高固含量或高物料浓度的工况下，浆料体系粘度急剧升高，严重制约了研磨介质的冲击与剪切效率，使得上述问题更为突出。

2、为突破上述限制，超声辅助球磨技术主要利用超声空化效应所产生的剧烈微射流、冲击波及局部高压等物理效应，能够有效地破坏颗粒间的范德华力，从而防止微观尺度的颗粒团聚。例如，超声波行星球磨机通过使球磨罐内壁产生高频超声振荡，可在一定程度上缓解粉末的粘壁与团聚问题，提升物料的分散性。然而，单一依赖超声波技术存在其固有局限性：对于高粘度、高固含量的浆料体系，超声波能量在粘稠介质中衰减非常显著，其空化效应难以穿透至物料核心区域，致使其对物料的微观分散作用受限。这进一步导致了宏观流场混合能力不足，无法有效降低整个体系的表观粘度并维持良好的循环流动性；使得球磨技术在处理高粘度物料时存在效率较低、颗粒易团聚的技术问题。

技术实现思路

1、实用新型目的：本实用新型目的在于针对现有球磨技术在处理高粘度物料时效率低、颗粒易团聚的缺陷，提供一种低频机械振动与超声协同的复合式球磨装置，本实用新型所述的复合式球磨装置可应用于化工、生物医药、纳米材料等领域的固液混合物料或高粘度流体的研磨工作。

2、实现本实用新型的技术方案是：

3、本实用新型所述一种低频机械振动与超声协同的复合式球磨装置，包括研磨罐和设置于研磨罐上用于驱动研磨的驱动装置，所述研磨罐的腔体内装有研磨介质和待研磨的物料，所述研磨罐的外侧设有超声波系统和低频机械振动系统；所述超声波系统至少设置一组，每组均包括超声波发生器和超声波换能器，所述超声波发生器与超声波换能器电连接；超声波发生器用于产生高频电信号，超声波换能器将该电信号转换为高频机械振动，即超声波；超声波换能器通过法兰盘螺栓固定在不锈钢腔体的底部外壁上，使得超声波能量能够穿透研磨罐的腔体壁，作用于腔体内的物料；在研磨过程中，超声波在物料中产生强大的空化效应，瞬时冲击波能有效打散物料中的微小团聚体。

4、所述低频机械振动系统至少设置一组，每组均包括振动发生器、气体减压阀和电磁阀，所述气体减压阀与压缩空气气源连接，所述气体减压阀与振动发生器电连接，所述气体减压阀和振动发生器之间设置有电磁阀；本实用新型中的振动发生器优选为气动振动发生器，其工作原理是通过高压气体产生高频冲击，从而施加强烈的、低频机械的宏观振动。这种宏观振动作用于整个研磨罐，使其内部的高粘度物料收到低频机械的剪切力，从而降低其表观粘度即产生剪切稀化效应。

5、本实用新型优选地技术方案为，所述研磨罐包括不锈钢腔体，所述不锈钢腔体上设有与不锈钢腔体内部循环连通的循环管。

6、本实用新型优选地技术方案为，所述循环管上设有接料罐，所述接料罐的底部与循环管连通，位于接料罐顶部的循环管的端部设有出料口。

7、本实用新型优选地技术方案为，所述循环管与不锈钢腔体连通处设有不锈钢滤网。

8、本实用新型优选地技术方案为，所述不锈钢滤网的孔隙小于不锈钢腔体内研磨介质的外径，所述不锈钢滤网是用于避免研磨介质向外泄露。

9、本实用新型优选地技术方案为，所述不锈钢腔体的外壁为夹套结构，所述夹套结构开设有水阀，所述水阀与外界水循环系统连接；通过外界水循环系统与水阀的设置，使外界水源进入夹套结构内，进行循环流动，利用夹套结构的换热功能进行调节不锈钢腔体内温度，来实现对研磨过程的温度调节。

10、本实用新型优选地技术方案为，所述驱动装置包括电机和搅拌桨，驱动装置用于驱动研磨介质进行研磨物料，所述电机驱动位于研磨罐内部的搅拌桨旋转，使研磨介质转动，从而对研磨物料产生研磨作用；所述电机固设于研磨罐的外部。

11、本实用新型优选地技术方案为，所述超声波换能器和所述振动发生器设置在研磨罐的不同侧面；所述振动发生器通过焊接或卡箍方式锚固在所述研磨罐的外壁上，所述超声波换能器通过法兰盘螺栓固定在与所述振动发生器不同位置的研磨罐外壁上，这样的结构设计能够使超声波系统产生的微观力场与低频机械振动系统产生的宏观力场在研磨罐的腔体内相互耦合，形成复合力场。

12、本实用新型优选地技术方案为，所述低频机械振动系统的振动频率为10hz至300hz，其产生的振动力为600n-4000n，该频率范围的宏观振动足以引起高粘度浆料的剪切稀化效应。

13、本实用新型优选地技术方案为，所述超声波系统产生频率为20khz至100khz范围内的超声波；该频率的超声波具有良好的空化效应和分散能力。

14、本实用新型优选地技术方案为，所述超声波系统和低频机械振动系统分别与控制器电连接，所述控制器控制超声波系统的超声波能量输入频率、以及即时启动和关闭，所述控制器控制低频机械振动系统的振动频率，以及即时启动和关闭。所述电磁阀设置在气路中，与控制器电连接，用于快速开启或切断高压气流，实现振动发生器的即时启动和关闭，本实用新型的控制器是一个常规的plc，不存在对控制器的改进，控制器用于独立或协同控制超声波系统和低频机械振动系统的即时启动和关闭，以及超声波系统的超声波能量输入频率和低频机械振动系统的振动频率。

15、优选地，本实用新型在研磨罐在研磨过程中，优选地以10-60秒为周期交替开启和关闭超声波系统和低频机械振动系统，实现两个系统的部分交叉重叠时间，这种交替模式既可以预防驻波形成，又可以提高研磨均匀性。

16、本实用新型的工作原理如下：

17、本实用新型在工作时，首先向接料罐中加入待研磨物料；然后启动驱动装置，使搅拌桨以1000-1800rpm的转速运行，在这个过程中，待研磨物料经由研磨罐和循环管在常规系统中实现循环研磨。待球磨过程稳定后，例如在运行1分钟后，通过控制器先启动超声波系统，在超声波系统运行5-15秒后，再通过控制器打开电磁阀启动低频机械振动系统，超声波系统和低频机械振动系统同时启动称为强化周期；超声波系统和低频机械振动系统同时运行10-30秒后，控制器关闭超声波系统和电磁阀，使超声波系统和低频机械振动系统停止运行；此后，所述复合式球磨装置进行10-20秒的常规球磨间隔期，然后重复上述强化周期，直至完成研磨。超声波系统负责打散微观团聚和排除气泡，而低频机械振动系统负责降低宏观粘度、增强物料流动性；超声波系统和低频机械振动系统的协同作用，能够使研磨介质在高粘度物料中也能高效运动，微小颗粒的团聚被持续破除，从而显著提高球磨的整体效率。

18、采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

19、（1）本实用新型在研磨罐上同时设置超声波系统和低频机械振动系统，超声波系统通过作用于研磨罐的超声波的空化效应，可有效打散物料团聚结构，防止粉末附着和自团聚；低频机械振动效应则能够降低研磨物料的粘度，增强了物料的流动和分散性；在双重机械力协同作用下，能够显著提高高粘度物料的研磨效率，使得研磨粒度更加均匀。

20、（2）本实用新型通过控制器能够对超声波系统和低频机械振动系的启动时序进行精准控制；本实用新型通过部分重叠低频振动和超声振动，使得操作员既能根据不同物料特性和研磨需求，精确调控能量输入频率和时间分配，又能避免能量浪费；通过对超声波系统和低频机械振动系统的精准控制，还可以针对特定物料定制最优的研磨工艺参数，为不同研磨情景提供了灵活可变的操作平台。