一种含能样品自动研磨系统的制作方法

1.本发明属于实验室样品制备领域，具体是一种含能样品自动研磨系统。


背景技术：

2.在实验室材料研究中有部分样品具有高能量及易燃易爆的特性，在使用时需要将其研磨至需要的粒度（微米级），这需要操作人员非常小心和有耐心，以避免发生样品燃烧或者爆炸的风险。
3.目前专利cn108554583b-一种防爆安全研磨装置提供了一种防护结构，用于对操作人员的防护，它的缺点是不能自动研磨样品，不能有效解决由于操作不当（研磨压力、研磨温度控制）引起的含能样品损失及对设备造成的损坏。
4.基于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种含能样品自动研磨系统，能够有效控制研磨压力和研磨温度从而避免含能样品的损失，并且能够实现含能样品的自动化研磨。
6.本发明的技术方案为：一种含能样品自动研磨系统，包括机架、研磨装置、研磨杵升降装置、研磨压力调整装置、防护装置和冷却装置，所述机架用于支撑研磨杵升降装置、防护装置和冷却装置；所述防护装置包括上防护罩和下防护板，上防护罩上安装有研磨杵，下防护板上安装有研钵；所述研磨装置用于转动研钵和研磨杵以自动研磨含能样品；所述研磨杵升降装置用于升降防护装置的所述上防护罩，以使得安装在上防护罩上的所述研磨杵远离或者靠近安装在防护装置的下防护板上的所述研钵；所述研磨压力调整装置用于调整研磨杵对研钵的压力大小；所述冷却装置用于冷却研钵内的含能样品。
7.工作时研磨装置自动对含能样品进行研磨；研磨压力调整装置将含能样品的研磨压力维持在可控范围内，冷却装置将含能样品的温度维持在可控范围内，从而使得含能样品能够安全顺利地进行自动研磨。
8.进一步地，所述上防护罩设置在研磨杵升降装置的驱动杆下端，所述研磨杵升降装置设置在机架的上部，所述研磨压力调整装置设置在所述研磨杵上；所述下防护板设置在机架的滑轨上；所述冷却装置的托板设置在所述研钵下表面，所述托板内部设置有循环液路；所述上防护罩和下防护板合拢在一起时，形成密闭的防护罩。
9.进一步地，所述机架上设置有轨道抽拉结构，所述抽拉结构为机架横向主体部分的一对滑轨和设置在所述滑轨上的多个滑块，所述滑块固定在下防护板底部，当抽拉所述下防护板，实现研钵的前后移动。这种结构方便将待研磨的含能样品放入到研钵中，或者方
便将已经研磨好的含能样品从研钵中取出。
10.进一步地，所述研磨装置包括防爆减速电机、研钵、刮料板和研磨杵，防爆减速电机的输出轴与研钵的底部中心固定连接，刮料板和研磨杵都设置在防护装置上，当研磨杵升降装置下降时，将使得刮料板与研钵侧壁接触，并且使得研磨杵与研钵的中心部分共同对研钵里的含能样品进行研磨；研磨杵包含下部的研磨杵头和上部的研磨杵杆。
11.进一步地，所述研磨杵升降装置包括第一升降驱动缸和第二升降驱动缸，分别设置在机架竖向直立部分两侧的板壁上部，它们的驱动杆各自与防护装置的上防护罩上部左右两侧连接。
12.可选地，第一升降驱动缸和第二升降驱动缸为气压缸和/或液压缸。
13.进一步地，所述研磨压力调整装置包括安装座、推力轴承、压力传感器、第一固定座、弹簧、第二固定座、杵调节轴和压力调节电机，安装座内部按照从上到下的顺序依次安装有推力轴承、压力传感器、第一固定座、弹簧、第二固定座和与研磨装置的研磨杵杆过盈配合的杵调节轴，压力调节电机设置在安装座的顶端外部，所述压力调节电机的电机轴的前部设置有螺纹，并且电机轴穿过推力轴承、压力传感器、第一固定座、弹簧后，通过所述螺纹与第二固定座中心处的螺孔连接。当压力调节电机转动时，第二固定座在两侧导向柱限位下可上下运动，从而挤压或者放松弹簧，以调节研磨装置的研磨杵头对研钵的压力大小。
14.可选地，所述压力调节电机为步进电机或伺服电机。
15.进一步地，所述防护装置还包括泄爆片，所述泄爆片设置在上防护罩的侧壁上。
16.进一步地，所述冷却装置包括托板、软管和循环泵，所述托板上设置有循环液路，循环液路的进液口和出液口各自通过软管与循环泵连接，循环泵用于与设置在机架外部的冷却液箱连接。
17.进一步地，所述冷却装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置在研磨装置的刮料板与研磨杵头之间的缝隙内。温度传感器直接测量样品温度，通过循环水路对研钵钵体进行降温冷却，防止样品研磨温度过高。
18.优选地，所述研钵和研磨杵头采用玛瑙制作。玛瑙材质在摩擦和挤压时不容易产生静电。
19.进一步地，含能样品自动研磨系统还包括控制装置，所述控制装置分别与所述研磨装置、研磨杵升降装置、研磨压力调整装置、防护装置和冷却装置信号相连，通过控制装置的操作屏界面能够对研磨压力、研磨控温、研磨时间进行设置，从而自动调节研磨压力和研磨温度。
20.进一步地，含能样品自动研磨系统还包括机械手和输送带，能够实现样品的自动取样、自动放样和自动研磨作业。
21.本发明的有益效果：1、本发明通过设置可分离研钵和研磨杵的研磨装置和研磨杵升降装置，能够实现含能样品的自动研磨。
22.2、本发明通过设置研磨压力调整装置和冷却装置，能够实现研磨压力和研磨温度的控制。
23.3、本发明采用了抽拉结构，便于取放研钵和样品。
24.4、本发明的研磨压力调整装置通过电机驱动压缩弹簧，配合压力传感器反馈精确控制研磨样品时的压力。
25.5、本发明的防护装置采用了上防护罩和泄爆片，能够在产生爆燃时保护杵头、研钵配件。
26.6、本发明的冷却装置中的温度传感器能够直接测量样品温度，通过循环水路对研钵钵体进行降温冷却，防止样品研磨温度过高。
27.7、本发明采用了玛瑙材质的研钵和研磨杵头，避免在摩擦和挤压时产生静电。
28.8、本发明通过设置控制装置，能够通过操作屏界面对研磨压力、研磨控温、研磨时间进行设置，从而实现自动调节研磨压力和研磨温度。
附图说明
29.图1是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的结构示意图，此时研钵和研磨杵处于接近状态。
30.图2是图1所示实施例的结构示意图，此时研钵和研磨杵处于远离状态。
31.图3是图1所示实施例的另一个角度的部分结构示意图。
32.图4是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的研磨装置的结构示意图。
33.图5是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的研磨杵升降装置的结构示意图。
34.图6是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的研磨压力调整装置的结构示意图。
35.图7是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的防护装置的结构示意图。
36.图8是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的托板结构示意图，其中(a)为俯视图，(b)为正视图。
37.图9是本发明一种含能样品自动研磨系统一种实施例的工艺流程图。
38.其中，1-机架，11-机架横向主体部分，111-滑轨，112-滑块，12-机架竖向直立部分，2-研磨装置，21-防爆减速电机，22-研钵，23-刮料板，24-研磨杵，241-研磨杵头，242-研磨杵杆，25-双列轴承，3-研磨杵升降装置，31-第一升降驱动缸，311-第一驱动杆，32-第二升降驱动缸，321-第二驱动杆，4-研磨压力调整装置，41-安装座，411-导向柱，42-推力轴承，43-压力传感器，44-第一固定座，45-弹簧，46-第二固定座，461-导向槽，47-杵调节轴，471-深沟球轴承，472-卡簧，473-滚针轴承，474-密封盖，48-压力调节电机，5-防护装置，51-上防护罩，52-下防护板，53-泄爆片，6-冷却装置，61-托板，62-软管，63-循环泵，64-温度传感器，65-液管，611-循环液路，612-进液口，613-出液口，7-操作屏。
具体实施方式
39.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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更加详细的描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
40.如图1-3所示，本发明提供的一种含能样品自动研磨系统，包括机架1、研磨装置2、研磨杵升降装置3、研磨压力调整装置4、防护装置5和冷却装置6，机架1用于支撑研磨杵升降装置3、防护装置5和冷却装置6；研磨装置2用于转动研钵22和研磨杵24以自动研磨含能样品；研磨杵升降装置3用于升降防护装置5的上防护罩51，以使得安装在上防护罩51上的研磨杵24远离或者靠近安装在防护装置5的下防护板52上的研钵22；研磨压力调整装置4用于调整研磨杵24对研钵22的压力大小；防护装置5用于将研钵22和研磨杵24封闭在防护罩内；冷却装置6用于冷却研钵22内的含能样品。
41.工作时研磨装置2自动对含能样品进行研磨；研磨压力调整装置4将含能样品的研磨压力维持在可控范围内，冷却装置6将含能样品的温度维持在可控范围内，从而使得含能样品能够安全顺利地进行自动研磨。
42.如图1~3所示，机架1整体呈现l形，包括机架横向主体部分11和机架竖向直立部分12，机架横向主体部分11为顶部开口的u形槽，u形槽两侧的板壁顶部各设置有一根滑轨111，每根滑轨111上设置有至少一个滑块112，两根滑轨111平行，滑块112固定在防护装置5的底部。滑轨111和滑块112的配合，可以让安装在防护装置5上的研磨装置2中的研钵22左右移动，方便待研磨的含能样品放入到研钵22中，或者方便将已经研磨好的含能样品从研钵22中取出。机架竖向直立部分12为底部开口的倒u形槽，倒u形槽两侧的板壁上部设置有研磨杵升降装置3，用于升降研磨装置2的研磨杵24、研磨压力调整装置4以及防护装置5的上防护罩51。
43.如图4所示，研磨装置2包括防爆减速电机21、研钵22、刮料板23和研磨杵24，防爆减速电机21的输出轴与研钵22的底部中心固定连接，刮料板23和研磨杵24都设置在防护装置5上，当研磨杵升降装置3下降时，刮料板23能够与研钵22侧壁接触，研磨杵24能够与研钵22的中心部分共同对研钵22里的含能样品进行研磨；研磨杵24包含下部的研磨杵头241和上部的研磨杵杆242。
44.考虑到玛瑙材质在摩擦和挤压时不容易产生静电，因此研钵22和研磨杵24头采用玛瑙制作。
45.如图5所示，研磨杵升降装置3包括第一升降驱动缸31和第二升降驱动缸32，分别设置在机架竖向直立部分12的倒u形槽两侧的板壁上部，第一升降驱动缸31包括第一驱动杆311，第二升降驱动缸32包括第二驱动杆321，第一升降驱动缸31和第二升降驱动缸32分别设置在机架竖向直立部分12两侧的板壁上部，它们的第一驱动杆311和第二驱动杆321都向倒u形槽两侧的板壁下部延伸，第一驱动杆311和第二驱动杆321各自与防护装置5的上防护罩51上部左右两侧连接。两个升降驱动缸同步升降，使得上防护罩也跟着升降，带动了设置在上防护罩上的研磨杵和刮料板也同步升降。
46.第一升降驱动缸31和第二升降驱动缸32可以为气压缸和/或液压缸。
47.如图6所示，研磨压力调整装置4包括安装座41、推力轴承42、压力传感器43、第一固定座44、弹簧45、第二固定座46、杵调节轴47和压力调节电机48。
48.安装座41为圆筒状容器，用于容纳研磨压力调整装置4中除压力调节电机48和安装座41本身外的其它组成部件，安装座41外形呈上下皆有开口的圆筒状，其上部开口用于穿过压力调节电机48的电机轴，其下部开口用于穿过杵调节轴47；安装座41内部为阶梯孔状，用于设置研磨压力调整装置4的多个组成部件。
49.安装座41内部按照从上到下的顺序依次安装有推力轴承42、压力传感器43、第一固定座44、弹簧45、第二固定座46和杵调节轴47，推力轴承42设置在安装座41内部的顶部， 压力传感器43设置在推力轴承42和第一固定座44之间，弹簧45设置在第一固定座44和第二固定座46之间，杵调节轴47设置在第二固定座46下部，杵调节轴47和第二固定座46二者之间形成面接触，能够传递杵调节轴47轴向的研磨压力。
50.第二固定座46的外表面设置有导向槽461，其与设置在安装座41内部的导向柱411共同构成第二固定座46在安装座41内部进行升降的导向装置。导向槽461和导向柱411可以有多个，优选4个。
51.杵调节轴47为内部设置有阶梯孔的阶梯轴，包括上部的小直径段和中部的中直径段以及下部的大直径段，其上部的小直径段设置有深沟球轴承471，并通过卡簧472与深沟球轴承471固定在一起；其中部的中直径段设置有两个彼此尽量远离的滚针轴承473，它们都通过各自的密封盖474被密封在安装座41的内孔中，杵调节轴47的中直径段与滚针轴承473的内圈接触，可让杵调节轴47在安装座41内做回转和上下运动；其下部的大直径段延伸到防护装置5的上防护罩51的中间开孔处；杵调节轴47的内部设置有阶梯孔，其下部的大直径孔用于容纳研磨杵杆242的上部，杵调节轴47与研磨杵杆242过盈配合并通过销钉固定，防止二者之间的周向滑动和轴向窜动。
52.压力调节电机48设置在安装座41的顶端外部，其电机轴的前部设置有螺纹，电机轴穿过推力轴承42、压力传感器43、第一固定座44、弹簧45后，利用其前部的螺纹与第二固定座46中心处的螺孔连接。当压力调节电机48转动时，第二固定座46在两侧导向柱461限位下可上下运动，从而挤压或者放松弹簧45，以调节研磨杵头241对研钵22的压力大小。
53.压力调节电机48可以是步进电机，也可以选用伺服电机。
54.如图7所示，防护装置5包括上防护罩51、下防护板52和泄爆片53，上防护罩51的上部中央设置有用于安装研磨压力调整装置4的上部开口，下防护板52的中央设置有用于安装研磨装置2和冷却装置6的下部开口，上防护罩51能够与下防护板52共同形成密闭的防护罩，将研钵22与其余部件隔离开，泄爆片53设置在上防护罩51的侧壁上，其作用是在防护罩内的含能样品发生燃烧或者爆炸时能够定向快速泄压，能够保护杵头、研钵配件。
55.如图1、图3和图8所示，冷却装置6包括托板61、软管62、循环泵63和温度传感器64，所述托板61上设置有循环液路611，循环液路611的进液口612和出液口613各自通过软管62与循环泵63连接，循环泵63与设置在机架1外部邻近的冷却液箱连接；温度传感器64设置在研磨装置2的刮料板23与研磨杵头241之间的缝隙内。
56.如图1所示，研磨装置2的防爆减速电机21的电机机体通过双列轴承25固定在防护装置5的下防护板52下部，防爆减速电机21的电机机体内设置有两根液管65，其中一根液管65的上部与进液口612相连，下部与一根软管62相连，另一根液管65的上部与出液口613相
连，下部与另一根软管62相连。这样的设置优点在于让防爆减速电机21既具有驱动功能，又具有连通液路功能，使得整体结构紧凑。
57.本发明一个优选的实施例，含能样品自动研磨系统还包括控制装置，控制装置分别与研磨装置2、研磨杵升降装置3、研磨压力调整装置4、防护装置5和冷却装置6信号相连，通过控制装置的操作屏7界面能够对研磨压力、研磨控温、研磨时间进行设置，从而自动调节研磨压力和研磨温度。
58.本发明含能样品自动研磨系统一个实施例的整机运行过程如下：开机后系统自检复位，第一升降驱动缸31和第二升降驱动缸32缩回，压力调节电机48将第二固定座46拉回（此时弹簧45处于压缩状态，压力传感器43压力显示值最大）。作业人员触摸操作屏7设定研磨压力、研磨温度、研磨时间。作业人员将下防护板52拉出，放置研钵22和含能样品，推入下防护板52。点击操作屏7中的启动按钮，第一升降驱动缸31和第二升降驱动缸32动作，将上防护罩51放下与下防护板52形成密闭腔体，压力调节电机48转动松开第二固定座46，弹簧45伸开将压力传递给研磨杵头241，压力传感器43根据设定值实时反馈控制电机启停、正反转达到设定压力值。压力值达到设定值后，防爆减速电机21启动，驱动研钵22转动，研钵22带动研磨杵头241旋转研磨样品。温度传感器64检测样品温度，启动循环泵63冷却研钵22。当样品温度到达设定值后，防爆减速电机21停转，继续冷却，达到安全温度后，再次启动进行研磨（暂停时间不计入研磨总时间）。当设定研磨时间达到后，设备停机，恢复初始状态。等待人工取走样品，开启下次研磨。
59.在初次进行不同种类样品研磨时需探索研磨工艺，此时可能出现研磨压力、研磨温度设定过高情况，可能出现爆燃情况，此时，泄爆片53会第一时间破裂释放压力，避免损坏杵头、研钵。上防护罩51外有机架钣金，为第二层防护结构，防止伤害作业人员。泄爆片53放置位置为设备背面，远离操作人员。
60.如图9所示，为本发明含能样品自动研磨系统一个优选实施例的操作流程，该含能样品自动研磨系统还包括机械手和输送带，能够实现样品的自动取样、自动放样和自动研磨作业。开机后设备各处传感器进行自检，驱动机构复位。托板上传感器检测有无研钵 样品存在，未检测到时机械手将研钵和样品放置在托板上。当检测到有研钵 样品，升降机构启动，将杵头向下移动，压力调整机构根据设定压力值进行调整，使研磨压力达到设定值。研磨电机启动，开始样品的研磨，同时温度传感器、压力传感器、进行实时监测，控制冷却装置和压力调整装置进行研磨温度控制和研磨压力控制。当达到设定研磨时间后，研磨电机停止工作，研磨完成。升降机构动作回到起始位，机械手将研磨好的样品取走。机械手、设备复位等待任务安排或执行已安排未执行任务。
61.当研磨温度、研磨压力设备本身不能控制时，输出故障信号，设备停止运行，呼叫人工介入，处理故障。
62.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。