关于离心机相关问题的探讨

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【摘要】本文笔者阐述了离心机的工作原理及离心方法，分析了离心机转盘高效加工方法，并探讨了离心机工作时噪音的解决办法。

【关键词】离心机转盘；高效加工；噪音

【分类号】：TM73

引言

为了加大分离能力，人们制造了离心机，当其转子高速旋转时产生的离心加速度是重力加速度的很多倍，所受的力是重力的很多倍，分离能力也提高了很多倍。由于离心机具有节省劳力、减轻劳动强度，改善劳动条件，并具有连续运转、自动遥控、占地面积小等优点，故大量应用于在食品加工方面等部门。下面笔者对离心机的相关问题进行了探讨。

1. 离心机的工作原理及离心方法

1.1离心机的工作原理

离心是利用旋转运动的离心力以及物质的沉降系数或浮力密度的差异进行分离、浓缩和提纯生物样品的一种方法。悬浮液在高速旋转下，由于巨大的离心力作用，使悬浮的微小颗粒（细胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，从而使溶液得以分离，颗粒的沉降速度取决于离心机的转速、颗粒的质量、大小和密度。

当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用可使得悬浮的颗粒逐渐下沉，颗粒越重，下沉越快。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态、密度、重力场的强度及液体的黏度有关。此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象（扩散是由于微粒的热运动而产生的质量迁移现象，主要是由于密度差引起的）。对小于几微米的微粒，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的，因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。扩散现象是不利于样品分离的，如果加大重力，就可能克服扩散现象的不利影响，实现生物大分子的分离。离心机就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，迫使液体中微粒克服扩散加快沉降速度，把样品中具有不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。

1.2常用的离心方法

（1）差速离心法。 采用不同的离心速度和离心时间，使沉降速度不同的颗粒分步离心的方法，称为差速离心。操作时，将含有两种不同颗粒的混悬液，以常速离心，使大的颗粒下沉，将上清液倾倒于另一离心管中，再加大离心力，离心一定时间，分离小的颗粒，反复多次分离，达到分离目的。差速离心主要用于分离大小和密度差异较大的颗粒。差速离心法的优点是：操作简单，离心后用倾倒法即可将上清液与沉淀分开，并可使用容量较大的角式转子；分离时间短、重复性高；样品处理量大。

（2）密度梯度离心法。该法又分为速率区带离心法和等密度区带离心法。样品在一定惰性梯度介质中进行离心沉淀或沉降平衡，在一定离心力下把颗粒分配到梯度液中某些特定位置上，形成不同区带的分离方法。该法的优点是：具有很好的分辨率，分离效果好，可一次获得较纯颗粒；适用范围广，既能分离沉淀系数差的颗粒，又能分离有一定浮力密度的颗粒；颗粒不会积压变形，能保持颗粒活性，并防止已形成的区带由于对流而引起混合。目前使用最多的是蔗糖密度梯度系统，其梯度范围是：蔗糖浓度5%～60%，密度1.02～1.30 g/cm3梯度的作用是使离心液稳定以减少扩散或得到较为锋利的区带。被离心的物质根据其沉降系数不同进行分离，同类物质则因分子大的沉降速度快于分子小的物质从而得到分离。密度梯度的制备可采用梯混合器，也可将不同浓度的蔗糖溶液，小心地一层层加入离心管中，越靠管底，浓度越高，形成阶梯梯度。离心前，把样品小心地铺放在预先制备好的密度梯度溶液的表面。离心后，不同大小、不同形状、有一定的沉降系数差异的颗粒在密度梯度溶液中形成若干条界面清晰的不连续区带。各区带内的颗粒较均一，分离效果较好。在密度梯度离心过程中，区带的位置和宽度随离心时间的不同而改变。随离心时间的加长，区带会因颗粒扩散而越来越宽。为此，适当增大离心力而缩短离心时间，可减少区带扩宽。

（3）分析性超速离心法

分析型超速离心机主要由一个椭圆形的转子、一套真空系统和一套光学系统所组成。该转子通过一个柔性的轴连接成一个高速的驱动装置，此轴可使转子在旋转时形成自己的轴。转子在一个冷冻的真空腔中旋转，其容纳两个小室：分析室和配衡室。分析室的容量一般为1mL，呈扇形排列在转子中，其工作原理与一个普通水平转子相同。分析室有上下两个平面的石英窗，离心机中装有的光学系统可保证在整个离心期间都能观察小室中正在沉降的物质，可以通过对紫外光的吸收（如对蛋白质和DNA）或折射率的不同对沉降物进行监测。在分析室中物质沉降时重粒子和轻粒子之间形成的界面就像一个折射的透镜，结果在检测系统的照相底板上产出一个“峰”，由于沉降不断进行，界面向前推进，故“峰”也在移动，从峰移动的速度可以得到物质沉降速度的指标。

2离心机转盘高效加工方法

2.1离心机转盘容易出现的问题

离心机高速转盘大多都存在一定的质量问题，并且效率低、加工成本高，达不到技术要求，无法量化投入生产使用，主要问题如下：

（1）平面度无法保证，难以达到平衡水平，离心机工作中噪音比较大； （2）尺寸一致性不好，活动部件不能很好配合，导致偏心； （3）装夹定位有难度，生产效率低。

任何一个零件，其设计精度都是通过加工来保证的。要完成零件的机械加工内容，首先必须解决工件在数控机床上的装夹定位问题，达到产品技术要求，提高生产效率，解决高成本等问题。

2.2问题的解决

（1）工艺分析

由于零件的特殊性，离心机高速转盘加工的正反两面的轮廓、孔和槽，在机加工的过程中对于工件制作的标准必须是单面一次性定位进行加工，这样加工基准位移的误差就能够确定在原点，因此通过设计的专用夹具，只需要通过三道工序就可以完成加工。

（2）夹具的设计

为了减少工序、提高工效，设计了一套数控铣床专用夹具。

1）由于卡盘所用的材料是方形铝板，根据产品的形状。虑到先把多块材料叠加，一次性加工出中心孔（工序一），再以中心孔来定位.完成其它（工序二、工序三）部位的加工。样就减少许多工步。大缩短生产时间. 可以提高工作效率。

2）铣床加工时根据产品的外形轮廓。用专用夹具通过一面四销来自动完成分中定位，运用加工中心刀库的优势作用，两个工步即可完成产品的生产加工。

3）专用夹具的制造所需时间不长。先保证夹具体的四个面的平行度、然后利用数控车床车出四个定位销和螺母并组装即可完成夹具的制作。

4）材料的选择：具的材料主要是以锰钢板为主，转盘材料是以铝板为主。

3. 离心机工作时噪音的解决办法

（1）转轴上端固定转盘螺钉或机座上减震弹簧固定螺钉等机件、紧固件有松动现象，只要重新紧固一遍即可。

（2）电机转轴弯曲或轴承磨损。若电机转轴弯曲，可通过修复校正来解决，严重时应予以更换；若轴承磨损后间隙增大，可在轴承上家一垫片来解决，严重时应与更换。

（3）机座上三根减震弹簧弹力变小或断裂，使转盘转动时晃动较大。只要更换减震弹簧即可。

（4）外罩变形或位置不正确。只要修复、调整和校正外罩，并将外罩装好固定牢即可解决。

（5）试管套内有碎玻璃片等异物，使负荷失去平衡。每次使用前应检查每个套管内是否存在其他异物，若有，必须清除后，方可使用。

（6）试管套与本机不匹配。试管套是厂家精确匹配给机器专用的。不同型号的离心机试管套是不能随意调换的。否则，离心机工作时会产生振动噪声。

结语

以上本文笔者根据自己的工作经验，粗略探讨了离心机转盘高效加工方法和工作时噪音的解决办法，当然由于时间和篇幅有限，还有许多内容没涉及到，比如：离心机转盘加工时铣削刀具的选择问题、数控程序中切削参数的选择问题等等，在今后工作中笔者将不断努力。

参考文献：

[1]王灵果著.化工设备与维修.河北化工医药职业技术学院.2010，8

[2]金绿松，林元喜.离心分离（现代分离科学与技术丛书）.化学工业出版社.2008，08