带有固定框架的研磨机的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请是2017年10月13日提交的美国专利申请第15/783,632号的延续，该美国专利申请公开的内容通过引用结合于本申请。

背景技术：

本发明主要涉及研磨机，并且更具体地，涉及包括了可移动框架以增强使用这种系统的安全性和易用性的研磨机及其使用方法。

研磨机可用于粉碎某些材料。通常，将这些材料和粉碎元件装载到盘中，然后将盘又装载到明显振动以搅动盘中内容物的机器中。盘可能具有很大的重量，该重量会随其内容物的重量而增加，这使得将盘装载到研磨机中和从研磨机卸载变得麻烦且困难。此外，当用于将盘保持到位的系统和部件磨损或强度不足以执行其预期任务时，沉重的盘承受的强力可能很危险。准确且完全地将盘固定，对于效率和安全性至关重要。

研磨机的设计和使用仍有改进的空间，尤其是在装载和卸载重盘以及在操作过程中对盘进行固定方面。

技术实现要素：

本发明的第一方面是一种用于粉碎材料的研磨机，包含：平台，其具有上表面并限定具有底板的凹部，所述凹部配置为对在其中放置有所述材料的盘进行安置；以及可移动的固定框架，其与所述平台可移动地连接，所述框架包含具有上表面的举升支承件，该上表面可沿着从所述凹部的所述底板下方的第一位置经过所述凹部到与所述平台的上表面共面的第二位置的路径移动。

在根据所述第一方面的其他实施例中，所述研磨机还可以包含马达，该马达配置为引起所述平台和所述可移动的固定框架的振动。所述研磨机还可以包含配重，该配重配置为由所述马达旋转，以抵消所述平台和所述可移动的固定框架的振动。所述研磨机还可以包含环形碟片，所述配重固定至所述环形碟片。所述环形碟片可以位于所述平台的上表面上。所述配重可以位于沿所述环形碟片的圆周的一点处。

所述研磨机还可以包含刚性地固定到所述平台的壳体。所述壳体可以被设置在所述平台的上表面上方。所述研磨机还可以包含致动器和连接到所述框架的上支承件的杆，其中，所述致动器配置为使所述杆移位，以相对于所述壳体移动所述框架。所述致动器是马达，所述杆是带螺纹的。所述杆延伸穿过所述壳体的孔，并且所述致动器被固定到所述壳体。

所述举升支承件可在由所述凹部的底板限定的开口内移动。所述框架还包含第二举升支承件，该第二举升支承件具有可沿着从所述第一位置经过所述凹部到所述第二位置的路径移动的上表面。所述举升支承件的高度可以至少与所述平台的高度一样高。所述框架的上支承件可以具有下表面和从所述下表面向下延伸的凸台。所述凸台可以是杯形的，并且限定了向下朝向所述举升支承件的凹陷。所述研磨机还可以包含具有基部和盖的盘，其中，所述盖具有上表面和从所述上表面向上延伸的旋钮。所述凹陷和所述旋钮的横截面在几何形状上基本相同。

所述研磨机还可以包含支承所述平台的多个支柱。所述多个支柱中的每一个可以由橡胶材料制成。所述研磨机还可以包含致动器和连接到所述框架的杆，其中所述致动器配置为使所述杆移位，以相对于所述平台移动所述框架。其中所述致动器可以是马达，所述杆可以是带螺纹的。所述研磨机还可以包含具有基部和盖的盘。所述凹部可以是圆柱形的。所述研磨机还可以包含设置在所述平台的上表面上的u形套环，以将所述盘朝向所述凹部引导。

本发明的第二方面是一种用于粉碎材料的研磨机，包含：平台，其具有上表面并限定具有底板的凹部，所述凹部配置为对在其中放置有所述材料的盘进行安置；以及可移动的固定框架，其具有带有夹持表面的上支承件和带有举升表面的下支承件，所述框架沿路径与所述平台可移动地连接，所述路径限定：第一位置，在第一位置，所述下支承件的所述举升表面在所述凹部的底板下方，并且所述夹持表面与所述盘接触，以将所述盘夹持在所述夹持表面与所述凹部的底板之间；以及第二位置，在第二位置，所述下支承件的所述举升表面与所述平台的上表面共面。

在根据第二方面的其他实施例中，所述框架还可沿所述路径移动到所述第一位置上方的中间位置，在中间位置，所述下支承件的所述举升表面在所述凹部的底板下方，并且所述夹持表面与所述盘分离。所述夹持表面可以面向所述举升支承件的上表面。所述研磨机还可以包含具有基部和盖的盘。所述下支承件可在由所述凹部的底板限定的开口内移动。

所述研磨机还可以包含马达，该马达配置为引起所述平台和所述可移动的固定框架的振动。所述研磨机还可以包含配重，该配重配置为由所述马达旋转，以抵消所述平台和所述可移动的固定框架的振动。所述研磨机还可以包含环形碟片，所述配重固定到所述环形碟片。所述环形碟片可以位于所述平台的上表面上。所述配重可以位于沿所述环形碟片的圆周的一点处。

所述研磨机还可以包含刚性地固定至所述平台的壳体。所述壳体可以设置在所述平台的上表面上方。所述研磨机还可以包含致动器和连接到所述框架的上支承件的杆，其中，所述致动器配置为使所述杆移位，以相对于所述壳体移动所述框架。所述致动器可以是马达，所述杆可以是带螺纹的。所述杆可以延伸穿过所述壳体的孔，所述致动器可以固定至所述壳体。

所述框架还可以包含第二下支承件，具有可沿所述路径移动的举升表面。所述下支承件的高度至少与所述平台的高度一样高。所述框架的上支承件可以具有从所述夹持表面向下延伸的凸台。所述凸台可以是杯形的，并且限定了向下朝向所述下支承件的凹陷。

所述研磨机还可以包含具有基部和盖的盘，其中，所述盘的盖具有上表面和从所述上表面向上延伸的旋钮。所述凹陷和所述旋钮的横截面在几何形状上可以基本相同。所述研磨机还可以包含支承所述平台的多个支柱。所述多个支柱的每一个可以由橡胶材料制成。

所述研磨机还可以包含致动器和连接至所述框架的杆，其中，所述致动器配置为使所述杆移位，以相对于所述平台移动所述框架。所述致动器可以是马达，所述杆是带螺纹的。所述凹部可以是圆柱形的。所述研磨机还可以包含设置在所述平台的上表面上的u形套环，以将所述盘朝向所述凹部引导。

本发明的第三方面是一种使用研磨机粉碎材料的方法，包含如下步骤：将包含待粉碎的材料的盘放在由平台的上表面限定的凹部上方，包含将所述盘安置在可移动的固定框架的举升支承件的上表面上，所述可移动的固定框架与所述平台可移动地连接；以及相对于所述平台降低所述框架，以将所述举升支承件的上表面经过所述凹部降低至所述凹部的底板下方的位置，从而将所述盘安置在所述凹部内。

在根据第三方面的其他实施例中，所述方法还包含振动所述平台、所述可移动的固定框架和所述盘的步骤。振动步骤可以包含对马达进行操作。振动步骤还可以包含旋转配重，以抵消所述平台、所述可移动的固定框架和所述盘的振动。

降低所述框架的步骤包含对致动器提供动力，以使所述框架移位。对所述致动器提供动力的步骤可以包含对马达提供动力，以使连接到所述框架的上支承件的螺纹杆移位。所述方法还可以包含监测由用于使所述框架移位的马达施加的转矩和/或电流的步骤。所述方法还可以包含如下步骤：当检测到所述框架对所述盘施加的力太低时，增加由所述框架施加在所述盘上的力。所述方法还可以包含如下步骤：使所述平台、所述可移动的固定框架和所述盘振动，并在检测到所述框架对所述盘施加的力太低时结束振动。

降低步骤还可以包含至少部分地经过由所述凹部的底板限定的开口来降低所述举升支承件。所述方法还可以包含如下步骤：进一步相对于所述平台降低所述框架，以使从所述框架的上支承件的下表面向下延伸的凸台与所述盘接合。降低所述框架的步骤还包含使在所述凸台中限定的凹陷与所述盘的盖的上表面上的旋钮接合。

所述方法还可以包含以下步骤：通过进一步将所述框架相对于所述平台降低而将所述盘夹持在所述框架的上支承件与所述平台的凹部的底板之间。所述方法还可以包含以下步骤：相对于所述平台提升所述框架，以将所述举升支承件的上表面经过所述凹部提升至与所述平台的上表面共面的位置，从而将所述盘从所述凹部提升出来。所述方法还可以包含以下步骤：使所述平台的上表面上的、包含已粉碎的材料的盘远离所述凹部移动。所述方法还可以包含如下步骤：监测所述平台的振幅。

附图说明

图1和图2是根据本发明的第一实施例的研磨机的某些部件的截面主视图。

图3是图1的研磨机的内部主视图。

图4和图5是图1的研磨机的截面主视图。

图6是图1的研磨机的前视立体图，示出了内部部件。

具体实施方式

根据本发明的第一实施例是如图1-图6中示出的研磨机100。研磨机100包含刚性地固定到平台112的壳体110，该平台112由多个支柱114支承。壳体110包含两个相对的竖直构件116，118和连接在两个竖直构件116、118的顶部处的水平构件120。支柱114在其基部处固定到诸如桌子的单独结构上或者直接固定到地上。在如图6所示的研磨机100的情况下，支柱114在其基部处紧固至机器外壳180内的下部结构182。

支柱114由相对刚性的橡胶材料或其他类似类型的材料构成，以向平台112和研磨机100的其他元件提供稳定性，同时还吸收在研磨机100的操作过程中施加的震动、振动和旋转力。在替代的实施例中，研磨机可以将任何其他的柔性材料和/或几何构造(例如弹簧)用作支柱。支柱114在控制研磨机100的运动幅度方面也起重要作用。高于共振频率时，振动的幅度将由配重119在旋转中产生的力与平台112的运动之差来确定，如下所述，它们是相反的。

研磨机100还包含可相对于壳体110和平台112竖直移动的固定框架140。框架140包含设置在平台112下方的基部支承件142、从基部支承件142向上延伸的两个相对的竖直柱144，146，以及连接到两个竖直柱144，146并位于水平构件120下方的上支承件148。上支承件148在其面向盘190的下侧面中具有夹持表面。竖直柱144，146通常设置在壳体110的相应的竖直构件116，118内。以这种方式，框架140通常通过其与壳体110和平台112的配合而在其运动中受到引导，尽管其不必完全布置在壳体110和平台112的部分内。框架140还包含螺纹杆150，该螺纹杆通过壳体110的水平构件120中的孔121牢固地固定到上支承件148并从上支承件148竖直向上延伸。

步进马达152被设置在壳体110的水平构件120上方并在孔121处牢固地固定至水平构件120。步进马达152可以至少部分地布置在水平构件120的顶表面处的凹部123内，以适应步进马达152的物理形状。当需要步进马达152的精确定位时，凹部123可能是必需的。步进马达152包含与螺纹杆150接合的内螺旋机构(例如螺母)。内螺母转子旋转并与螺纹杆150接合，以使螺纹杆150沿任一方向竖直移位，从而在壳体110和平台112内竖直升高和降低固定框架140。螺纹杆150自身由于其紧固到框架140的方式而不会旋转。在替代实施例中，如果杆150被附接到马达轴并且螺母被附接到移动框架140，则杆150可以被旋转。可以使用其他类型的致动器(例如磁性、气动和液压致动器等)代替步进马达152，只要执行相同的功能以使杆(带螺纹或不带螺纹的)竖直移位即可。此外，步进马达150或任何致动器可以通过螺纹杆150被附接到基部支承件142而定位在固定框架140的下方，或通过螺纹杆150被附接到固定框架140的一侧(附接至竖直构件116、118之一)而定位在固定框架140的下方。也可以使用双马达。

盘190与研磨机100一起使用并且包含基部192和盖194。盘190被固定在研磨机100内并且经受明显的振动以搅动基部192内的内容物。盘190由相对较重的刚性材料制成，以承受反复强烈振动的影响。在一些实施例中，盘190重约30磅。盖194可以包含内唇，该内唇提供与基部的紧密、牢固的配合，以防止盖194相对于基座192的移动。以这种方式，当盖194与基部192两者附接时，盖194自动在基部192上居中。可以使用锁或夹具将盖194更牢固地附接到基部192。

环形碟片160是研磨机100的另一部件，位于平台112的上表面上。环形碟片160可位于其他位置，只要环形碟片160的旋转轴线垂直于平台112的上表面即可。环形碟片160具有不平衡的重量分布，使得配重119位于沿着环形碟片160的圆周的一点处，使得其总重量在圆周上不均匀地分布。配重119的质心必须与盘190的质心在相同的高度或相同的平面内(该平面与平台112的上表面共面)以在该平面内产生相反的力。在其他实施例中，配重可以是与使它旋转的马达的旋转轴线偏置的元件，使得其本身不需要位于碟片上。配重可以位于线性或其他几何形状的延伸臂上，该延伸臂由马达以类似于环形碟片160的方式旋转。根本上说，通过配重119的旋转而实现的目的不一定取决于其与旋转马达连接的结构。

竖直构件116，118中的每一个限定了各自的通道125，127，可以供环形碟片160和设置在其上的配重119穿过。以这种方式，环形碟片160在旋转时会产生旋转不平衡，其提供的力与盘的振动所产生的力相反。支柱114减弱了力对研磨机100的外部元件的作用。平台112下方的研磨马达188引起环形碟片160的旋转运动。马达188通过偏置柔性联接而与环形碟片160相连，使得马达188的旋转轴线和环形碟片160的旋转轴线平行但不共线。这些轴线之间的偏置距离与环形碟片160上的配重119的位置相对。即，配重119被安装在所述偏置的相反方向上。在低速下，该偏置通过弯曲支柱114引起平台112的迂回移位。与此同时，环形碟片160与配重119一起在与平台112的运动相反的方向(即180度)上旋转。在高速下(高于研磨机100的固有共振频率)，在平台组件的移位质量和配重119的移位质量之间建立了动态平衡。

在环形碟片160的圆周内，平台112限定了圆柱形凹部117，在使用研磨机100期间，盘190被安置在该圆柱形凹部117中。圆柱形凹部117具有与盘190的底部匹配的形状。可以使用其他匹配的形状，包括正方形、三角形、矩形等。当平台112在研磨机100的操作过程中移动时，对盘190的安置有助于牢固地保持盘190在平台112上的位置，以使其适当地经受所施加的振动。凹部117的外部尺寸和几何形状与盘190的下端的尺寸和几何形状紧密匹配，从而可以在使用期间固定盘190。以这种方式，由研磨机100产生的力和振动可以直接传递到盘190。套环170可以被固定到平台112的上表面，围绕凹部117的圆周的一部分。套环170的u形构造产生了嘴部，该嘴部将盘沿平台112的上表面引导到其在凹部117内的位置。这允许使用者仅通过将盘190朝向机器的后部推动或滑动就可以将盘190插入凹部117的确切位置。嘴部的广角侧面将盘190横向引导到凹部117的中间。“u”的末端在盘190居中于凹部117上的点处使运动停止。凹部117对于研磨机100的操作不是强制性的，尽管它具有固定目的，或者可以通过虎钳或使用框架140来解决。

盘190的实质重量(由于其内容物的重量而增加)，以及将其放入凹部117和从凹部117中移出所需的杠杆作用可能使这种任务变得困难。尤其是，将盘190放入凹部117中以及将盘190从凹部117中提升并放到平台112上所需的努力可能是巨大的。由此，框架140的基部支承件142在其上表面上设置有两个举升垫或下支承件154，156。尽管在此示出和描述了两个举升支承件154，156，可以预期的是，可以利用一个、三个或更多举升支承件并将其制成任何几何形状以实现如本文所述的目的。

举升支承件154，156向上延伸并且可在平台112内的相应开口113，115内移动，开口113，115由凹部117的底板限定，并且举升支承件至少与平台112的厚度(换句话说，高度)一样高。在装载盘190之前，框架140可以被设置到相对于壳体110和平台112的特定位置，使得举升支承件154，156的上部举升表面设置在凹部117的底板上方，并且通常与由平台112的上表面限定的平面重合。这如在图1和图3中示出。此后，框架140可以从该位置被降低，以使盘190下降到凹部117中的完全安置位置，如图2和图4所示。类似的，框架140可从其底部/下部位置升高，以使完全安置的盘190从凹部117的底板向上移动到一个高度，该高度与平台112的上表面基本共面或甚至更高。换句话说，举升支承件154，156的上表面可以在竖直方向或路径上移动，该方向或路径从低于凹部117的底板或在凹部117底板的下方(如图2和图4中示出)的位置或高度延伸到与平台112的上表面平行的位置(如图1和图3中示出)。举升支承件154，156的上表面沿该路径的移动允许它们在盘190被装载到凹部117中时被布置为低于盘190的最低点，并且也允许被布置为与平台112的上表面的高度一样高。当然，对这些点或位置的参考是相对于在该高度的平面。这种举升支承件154，156的存在与框架140的使用相结合，通过简单地沿平台112的上表面滑动盘190就可以从其操作位置装载和卸载盘190。在研磨机的其他实施例中，可以包括使用举升支承件的框架(而无需壳体)，使得框架仅与平台配合。

上支承件148还包含在与盘190的中心部分重合的中心位置处从其下表面向下延伸的凸台158。凸台158限定凹陷159，使其形成朝向盘190定位的杯形特征。另一方面，盘190的盖194限定了从其上表面的中心部分向上延伸的旋钮196。如图2所示，凹陷159和旋钮196的横截面在几何形状上可以相似，使得当凸台158与盘190的盖194接触时可以形成相对牢固的连接。当然，在其他实施例中，这些元件可以反过来，使得凸台被设置在盘190的盖194上，并且旋钮从上支承件148的下表面向下延伸。

框架140的移动和凸台158的构造还允许框架140在研磨机100的使用过程中将盘190固定在适当的位置。如图2和图5中示出，当盘190在被框架140降低后布置在凹部117中时，框架140的进一步向下移动迫使凸台158与盖194接触。由步进马达152通过螺纹杆150施加到框架140的向下的力提供了固定力，在一些实施例中该力可以约为200磅，而在另一些实施例中则更大，以将盘190夹持在框架140的凸台158和平台112的凹部117的底板之间。同样，旋钮196在凸台158的凹陷159内的位置进一步确保了盖194免受侧向运动。由于框架140相对于壳体110和平台112移动，因此在使用研磨机的过程中，可以保持框架140提供给盘190的夹持力，其中所有这些部分都受到施加的力和振动的影响。

在研磨机100的操作中，待粉碎的材料与其他要在该过程中搅动的制粉剂一起装载到基部192中。制粉剂可以是可在盘190中移动的自由环、小圆盘(pucks)等。盖194被组装到基部192上，然后盘190被移向平台112的凹部117。盘190沿平台117的上表面滑动并由u形套环170的嘴部引导，直到其紧接着位于凹部117的上方，如图3所示，在此时盘190安置在框架140的举升垫或支承件154，156的上表面上。框架140然后通过步进马达152的致动而下降，以将盘190降低到其在凹部117内的完全安置位置，如在图4中示出。如图5中示出，框架140经由步进马达152的继续向下移动通过迫使凸台158与盖194的旋钮196接触而将盘190固定在适当的位置。这对封闭在框架140的凸台158和平台112的凹部117的底板之间的盘190进行了有效夹持。

然后，通过使在平台112下方的研磨马达188经由偏置轴产生对研磨机100的振动来操作研磨机100，盘190被固定在研磨机100中。研磨机100的振动运动允许制粉剂在盘190内旋转，而正是这些制粉剂的旋转研磨了待粉碎的材料，例如岩石。通过将马达188连接到环形碟片160的偏置柔性联接，形成了从马达188的轴线偏置的距离，从而产生了这种振动。几乎所有的力都沿基本上水平的方向施加。研磨机100的所有元件都经受振动。这些力对盘190内的材料和制粉剂产生巨大的搅动和涡旋，这引起材料和制粉剂之间的相互作用，从而如预期的那样分解和粉碎材料。该过程可以进行长达需要的时间，以达到材料被粉碎的期望的结果。

由配重119产生的离心力由盘190的质量和沿相反方向振动的整个结构的质量进行补偿。为了在两个力之间达到平衡，与旋转轴的偏置量需要可变。较轻的盘将在振动期间产生较小的力，并且自动地，偏置量将扩大以抵消由配重119在旋转中产生的离心力。如果盘较重，则偏置量将减少，以平衡力。这由偏置柔性联接来实现，使得环形碟片160通过四个高强度弹性橡胶带(未示出)的组件而被附接到电动机188的轴上，所述四个弹性橡胶带以近似金刚石的形状布置在凹槽189之间，以将马达188的转矩传递到偏置轴。这些橡胶带在四个不平衡的杠杆的尖端之间拉紧，彼此成90°角。每个杠杆在其端部具有凹槽189。因为杠杆的长度不一致，所以其迫使马达188的轴线和从动轴之间产生偏置。例如，这会在与配重119相反的方向上产生大约1/2英寸的偏置。该偏置距离根据盘190的重量及其内容物而自行调节。橡胶带不会像传动带那样循环，而是在附接到驱动(马达)轴和从动(偏置)轴的时候旋转，驱动轴和从动轴以半刚性的方式连接在一起，从而尽管有与从动轴的距离，但仍允许传递马达轴的旋转运动。

在研磨机100的操作期间，步进马达152经受旋转和平移力。平移力发生在将盘190固定到其工作位置的步骤中，而旋转力发生在研磨机100的操作过程中。步进马达152与壳体110的水平构件120的牢固且固定的连接允许步进马达152可承受这些力。

一旦完成粉碎过程，框架140就被抬高以移除盖194上的夹持力，然后允许举升支承件154，156将盘190从凹部117中举升。通过将盘190放置在平台112的上表面上，盘190可以沿着平台112滑动并远离凹部117。由于框架140的存在增强了摇动这样的重物的安全性并简化了装载和卸载盘190的过程，因此在很大程度上减小了将这种重量较大的盘190作为研磨机100的组成部分的障碍。

在研磨机100的操作期间，环形碟片160的旋转可以被监测以检测其是否被正确地旋转。更具体地说，平台在操作过程中的振幅可以被监测。该系统可以监测用于旋转环形碟片160的电动机188的转矩和/或电流消耗。另外，还监测了用于对步进马达152提供动力以保持在盘190上的夹持力的电流。如果系统检测到自动控制的步进马达152当前所需的电流太小，则表明框架140不够牢固，无法将盘190牢固地夹持到位。如果系统检测到夹持盘190的力变得太低，以致盖196或盘190本身变松，则步进马达152可以增加由框架140施加到盘190上的力，或为了安全起见，触发系统以关闭研磨机100的操作。开关还可以测量盘190是否在凹部117中的精确位置。最终，出于安全的目的，可以监测与研磨机100的整体振动及振荡以及盖196的移动有关的输入，以在不安全的条件下关闭研磨机100的操作。

尽管在本文中已经参考特定实施例描述了本发明，但是应当理解，这些实施例仅是本发明的原理和应用的说明。因此，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对示例性实施方式进行多种修改，并且可以设计其他布置。

工业适用性

本发明享有广泛的工业适用性，包括但不限于研磨机及其用于粉碎和破碎材料的方法。