高场强扇形磁极组粘接装置设计.pdf

2 0 1 7 年增刊有色金属 选矿部分 1 1 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 2 3 高场强扇形磁极组粘接装置设计 贺旭光，潘鑫，王鹏 北京矿冶研究总院固安机械有限公司，河北固安0 6 5 5 0 0 摘 要针对高场强磁选设备中磁块先充磁后粘接的工艺要求，提出了粘接一充磁一粘接的制作方案，设计了高场强扇 形磁块粘接机构装置，介绍了其结构特点和使用原理。实际使用表明，磁块粘接过程安全、快捷、省力。 关键词高场强扇形磁极组；弧形盒子；旋转机构；粘接 中图分类号T D 9 2 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S O - ．O I l l - 0 3 D e s i g no fF a nP o l eB o n d i n gA p p a r a t u s 谢t hH i g hF i e l dI n t e n s i t y H EX u g u a n g ．P A NX i n 。W A N GP e n g B G R I M MG u ’a l tM a c h i n e r yC o ．，L t d ．，G u ’a nH e b e i0 6 5 5 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fm a g n e t i cb l o c k sa f t e rm a g n e t i z i n gb o n d i n gp r o c e s so fh i g hi n t e n s i t y m a g n e t i cs e p a r a t i o ne q u i p m e n t ，t h ep r o d u c t i o np l a no fa d h e s i v eb o n d i n gm a g n e t i z a t i o nw a sp u tf o r w a r d ．H i g hf i e l d m a g n e t i cs e c t o rb l o c kb o n d i n gm e c h a n i s mw a sd e s i g n e d ．S t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c sa n dw o r k i n gp r i n c i p l ea r e i n t r o d u c e d ．T h ea p p l i c a t i o np r a c t i c es h o w st h a tt h em a g n e t i cb l o c ka d h e s i v ei ss a f e ，q u i c ka n dl a b o r s a v i n g ． K e yw o r d s h i g hf i e l di n t e n s i t ys e c t o rp o l es e t ；c u r v e db o x ；r o t a r ym e c h a n i s m ；s p l i c e 磁性物质很久以前即被人们所认识和利用，近 些年被广泛地应用于机械、电子和医学等很多高新 领域。以永磁性材料为核心设计的磁选设备，磁系 具有高强度的径向磁场力，源于其材料结构的特殊 性，磁极组及磁块组成磁系的基本单元。永磁强磁 力筒式磁选机采用扇形挤压式磁系结构，磁系外面 设有薄的不锈钢分选筒，该结构磁选机简体表面磁 场强度可达0 ．9T 以上。1o 。 磁选新设备的生产中，磁系装配是关键环节之 一，同极性磁钢侧向拼接时会产生很强的斥力，使侧 面难以靠近。上、下面由于极性相反，吸力也很大， 高场强磁极组制备中，实际操作带有一定困难和风 险。合理的工艺设计与夹具装置的改进，始终是本 行业技术工作者追求的目标。 1 问题的提出与现有技术 1 ．1 问题的提出 通常磁极组的生产按图1 所示的流程进行。 针对高场强扇形磁极组的而言，因其外形结构 和尺寸受充磁机限制，要将组分中磁块粘接叶充磁 一粘接在磁板上，其生产工艺要求在高场强磁环境 收稿日期2 0 1 7 - 0 0 - 0 0 作者简介贺旭光 1 9 5 9 一 ，男，北京人，工程师。 条件下进行操作。因此，必须借助工装夹具才能完 成和提高效率。 图1常规磁极组生产流程 F i g ．1 P r o d u c t i o np r o c e s so fc o n v e n t i o n a l m a g n e t i cp o l es e t 1 ．2 现有技术 方法一将磁极组中部分磁块充磁，再用强力胶 粘接在磁极底板的一面两侧位置上，中间的留空挡 处均匀涂好粘合剂。以磁极板的两侧边靠紧在不导 磁平台定位块上。用旋在固定螺母座里的不导磁螺 杆将待粘接磁块从极板圆弧的正前方沿径向推进空 挡后待粘胶固定。采用螺杆直接推顶磁块的过程 中，需要在磁块上面用铁板压住，使其磁力线短路， 防止行进时发生翻转。 方法二使磁极板平放固定在台面上，一端与磁 万方数据 1 1 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 极板圆弧外形相同的不导磁围板，一端套在定位销 轴上，操作者手握住推挡围板的另外一端，依靠人手 的推力克服磁块问的相斥力，以围挤方式使磁块到 达预定位置与极板粘接。 综上所述两种粘接磁极组方式，存在的问题有 1 同极性磁块在磁极板表面粘接，磁块在胶固 化前彼此之间相互干扰，所用工具夹紧或释放时均 难以控制其方向和位置，操作效果不理想。2 磁块 排列粘接过程中，因磁块间排斥力随着距离的缩小 而达到逐渐增大，相互接触时自由度缺少约束，很容 易造成磁块翻转或碰撞，常会使磁块掉角甚至裂碎， 影响产品质量，同时人体劳动强度大，失控容易造成 事故伤害。 2 本装置的组成与设计方案 2 ．1 构思流程 解决高场强磁极组的粘接，以创造良好的工艺 操作环境及解决现有方法存在的问题为导向，结合 包括使用的材料及相关因素进行条件比较，考虑装 置设计的流程如图2 所示。 待充磁与待粘 接扇形磁极组 上 l ／2 磁块组分k ，粘接k ，充磁 l ／2 磁底板粘接I ／2 装固定磁盒 上 r 装入平台转轴 待粘接面 0 涂粘合剂 手轮驱动螺杆 J _1r I 极板赢磁盒l◆l 富鬈皴 图2 设计流程 F i g ．2 T h ed e s i g nf l o wo ft h ed e v i c e 2 ．2 设计方案 2 ．2 ．1 材料选择 设计磁极组粘接装置，考虑到工艺过程的特殊 性，基于钕铁硼材料充磁后与钢铁有较大吸引力的 这种特殊性2 I ，为了使磁块能顺利进出于装置中进 行排列粘接，与磁块接触的零件选用1 G r l 8 N i 9 T i 非 导磁材料，而距离远所受磁力影响小的螺杆、手把等 零件选用Q 2 3 5 材料制作。 2 ．2 ．2 相关装置机构的组成 表1 表1 装置机构的组成 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fd e v i c es t r u c t u r e 2 ．2 ．3 结构设计 装置共设有两个相同的装配机构，每个弧形固 定盒子对应各自所在圆的中心，设计有供可安装扇 形磁极底板的转动轴，满足使用要求的装置机构如 图3 所示。 图3 磁极组粘接装置机构 F i g ．3 S t r u c t u r eo fm a g n e t i cp o l eg r o u pb o n d i n gd e v i c e 1 、2 D 螺母、垫圈；3 一转动轴；4 、5 一销轴、开口销； 6 一限位挡板7 一螺母手把；8 一传动螺杆；9 一连接块 3装置机构的原理与使用 3 ．1 机构原理 在双曲柄机构中，若相对两杆平行且等长，则称 其为平行四边形。这类机构的运动特点是，两曲柄 以相同角速度同向运动，而连杆作平移运动po 。装 置中与转动轴和销轴绞接的连杆作为曲柄，而传动 螺杆即为连杆。 1 排列顺序第一组中的1 ／2 组分的磁块放入盒 子，将粘有1 ／2 组分磁块的磁极板装入转动轴，手轮 转动使两短轴同步旋转，磁极板转向固定盒子。 2 与此同时第二组完成粘接后经传动轴驱动带 其离开盒子，使磁块粘接进行交替作业完成操作。 3 ．2 机构的使用 磁极组粘接装置的设计和使用中，原材料的合 理搭配，交插有序作业的操作过程以及所用粘合剂 的计划调配，在节约时间和人力成本，符合环保生产 和强调安全理念及适合人为操作习惯等方面，应尽 力实现统一并且达到设计的完善。 万方数据 2 0 1 7 年增刊贺旭光等高场强扇形磁极组粘接装置设计 1 1 3 由于选用改性丙烯酸酯粘接剂，根据W D1 0 0 1 高性能结构A 、B 胶两种以1 l 混合使用要求，常温 指压下，3 ～8m i n 固化定位，3 0 ～6 0m i n 达到7 0 ％的 最终强度，2 4h 后达到最高强度，剪切强度 3 0 M P a 。可粘接获得初期强度。具有耐水、耐高温、绝 缘性好、收缩率小、贴合使用方便等优点。按作业特 点要求的情况适量调配，避免一次过多使用不完，既 污染环境又造成浪费。 4 结构特征 4 ．1 运动中的自锁性 由于传动螺杆与手把螺母设计为T 形螺纹，因 此能够承受双侧轴向力，可使操作在途中的任意位 置停止并安全自锁，不必担心因磁力相斥而退回。 4 ．2 或Ⅱ工位的选择 当一个扇形磁极组正在I 工位粘接时，另外一 个扇磁极板刚好处在偏离盒子的Ⅱ工位上，磁块装 入盒子在结合面涂抹粘接剂，做安装磁极底板的准 备，即I 或Ⅱ工位可选择单独或一同操作。 5 分析与计算 5 ．1 磁块受力分析 在操作所设计装置中磁极组的两部分磁块，除 可以按设定的固定位置或运动的轨迹运动外，其他 位置均被限制自由运动。因磁块在各个方向上场强 的不同，在缺少约束的情况下难以保持平衡，除各零 件之间的摩磁力外，固定磁块与极板之间运动产生 摩擦力，而作用最大的是来自于磁块之间的排斥力。 5 ．2 相关计算 高场强永磁体同极性间的相互排斥力情况十分 复杂，彼此相接触时斥力最大。 1 若是两块永磁体之间、处在零间隙状态下的 排斥力和吸引力L 4o 为 F 斥2F 吸22 淼 A g 1 式中，船为永磁体的磁极面积，A g a b 3 3 c m 2 ；B g 为永磁体的磁感应强度 G s 。 其中磁感应强度魄直接由高斯计在磁块的表 面测量得，B g 一75 0 0G s 。 将以上数据代人 1 式可计算出F 疋 14 7 6N 。 若把F 斥的作用力矢量当作集中在一点，对以 转动轴为中点形成一力矩，在与其对称等距离曲柄 和驱动螺杆的铰接点处，存在有另外一个大小相等、 方向相反的力矩与之平衡。 2 驱动螺杆1 2 0 4 梯形螺纹 的顶端受轴向 压力F 14 7 6N 。机械效率按照1 1 0 ．9 选取，根据 力矩平衡条件o F p ￡ F 2 r F 删等 2 可得 F Q i F ＼了d o t a n n 妒1 r t a n 妒2 3 式中，F n 为驱动手柄作用力 N ；L 为作用力臂 手柄 ，L 7 0m m ；d 0 为螺纹中径，d 。 1 8m m ；d 为 螺纹升角，仅 3 0 。；妒l 为螺纹间的摩擦角 。 ；妒2 为 螺杆顶端与曲柄铰链间的摩擦角 。 ；r ’为螺杆顶端 与铰链间的当量摩擦半径 m m 。 将以上参数代入 3 式计算得出操作手柄上驱动 力F n 一14 8 4 ．7N 。可知此机构装置省力近1 0 倍。 生产中设计某种磁极组粘接装置，结构与专用 性很强，制造相对时间紧，主要考虑其是安全性和操 作性。设计此工艺装备的意义在于 1 由于两个待粘接的磁块，由靠近到粘接过程均 是在磁极板下方进行的。随极板的转动装盒子里的磁 块被覆盖，两部分磁块吻合粘接，因此操作安全。 2 通过手把螺母驱动传动螺杆和连杆，使转动 轴上的1 ／2 磁极组获得转矩，实现机构增力的预期 效果。 3 装置设计两对称机构，粘接过程可交叉进行， 可在粘合剂3 ～8m i n 固化时间内完成操作，继续另 一组的操作粘接，从而使效率得到提高。 6结论 设计的高场强扇形磁块粘接机构装置实际使用 表明，磁块粘接过程安全、快捷、省力，改善了磁极组 粘接作业的环境和条件。 参考文献 [ 1 ] 冉红想，史佩伟，刘永振．干式磁选设备的现状与应用进 展[ J ] ．有色设备，2 0 1 0 6 1 1 1 3 ． [ 2 ] 李艳芳，曹维军．永磁电机拼块式磁极的粘接固定[ J ] ．中 小型电机，2 0 0 3 5 5 0 - 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