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[摘要] 本文主要介绍了XT-5600型多样品均质仪的原理、应用及整台仪器的机械结构设计，并具体介绍了其中一种传动装置（专利号：ZL201120482564.5）和一种搅拌剪切工具（专利号：ZL201120567120.1）的工作原理和设计方法。
[关键词] 均质仪 传动装置 搅拌剪切工具
中图分类号：TD403
1 引言
在样品前处理领域，对于每天要处理多个样品的实验室来说，以往需要借助手持式单通道均质仪来帮助科研者们进行研磨、破碎、均质样品，这是一件既耗时又耗力的工作。在此背景下，本公司成功研发出一台XT-5600型多通道多样品均质仪。它能通过合理的机械传动装置高速旋转，同时搭载6根刀头高速处理装在6个试管内的样品，每个样品分别由一根工作刀头进行剪切破碎，相当于6台均质仪同时工作，大大提高了处理效率。对于每天要处理多个样品的实验室，这是一个省力、省时、省钱的创新成果。配套的一种具有专利技术的搅拌剪切工具既工作刀头，不仅可以反复清洗使用，而且它们的拆卸和更换都是非常简单和方便的，并且大大减少了后期的使用成本。多样品均质仪适用于多种组织和细胞的匀浆，广泛适用于：农畜产品、肉蛋奶、饲料残留检测等样品前处理，客户群体也涵盖比如生物技术、大学、医药公司、食品研究、法医科学、化妆品、兽医研究、人体病理学等多种领域。
2 整机介绍
如图1 和图2的XT-5600整机图所示，整台仪器主要部件包括有试管架部件、显示屏操作面板部件、试管架上下驱动部件、工作刀头支架上下驱动部件、以及传动装置和搅拌剪切工具。
在仪器工作时，首先把装载有待处理样品的试管架以及工作刀头支架整体放入至工作刀头支架的驱动部件上，由一个丝杆直线电机带动整个支架向上运动，直至刀头连接轴与刀头部件中的转子完全卡入啮合。此时，传动装置中的直流无刷电机开始工作，带动六个从动轮部件同时带动六个工作刀头高速旋转处理样品。处理过程中，试管架驱动部件中的步进电机通过一种带传动的结构，驱动整个试管架上下移动，这个动作的目的在于能让试管中各个层面的样品搅拌的更彻底、更均匀。整个处理过程只需40秒至90秒即可完成。
3 一种传动装置（专利号：ZL201120482564.5）
现有机械中的传动装置，常常会用一个主动轮带动多个从动轮同时运转，主动轮与从动轮间常用齿轮、链条或连杆相连接，但采用这些结构的问题在于噪音较大，只能实现较低速运转，并且由于动轮和连接件多采用金属制成，零部件易被磨损。
在此仪器中，本人设计了一种传动装置，主要包括了一个主动轮、六个从动轮，三个导向轮，还包括一个张紧轮和一根同步齿形带。采用同步齿形带的好处在于：1.钢丝绳制成的强力层受载后变形极小，齿形带的周节基本不变，带与带轮间无相对滑动，传动比恒定、准确；2.齿形带薄且轻，可用于速度较高的场合，传动时线速度可高达40米/秒 ，传动效率高；3.结构紧凑，主体材料由聚氨酯工程塑料制成，耐磨性好；
如图4所示，同步带先绕过主动轮，接着绕过两组从动轮和一个导向轮，继续绕过两组从动轮和一个导向轮，再绕过两组从动轮后绕过一个张紧轮和一个导向轮，最后绕回到主动轮上。从动轮上的同步带绕向与导向轮上的绕向相反，意味着从动轮和导向轮同时与皮带接
触的面不同，这样在传动装置工作时，既避免了皮带打滑，又减小了皮带与其他部件的摩擦力，既能保证高速运转，又能避免出现因打滑而造成的故障。
4 一种搅拌剪切工具（专利号：ZL201120567120.1）
4.1工作原理
高速旋转的转子刀刃产生强大的吸力，把液体和固态样品吸入至工作头的中心，利用离心力使样品向工作头的外围高速喷出，它们将在转子刀刃的尾部和定子的内侧之间产生研磨作用。样品因受到强烈液压剪切的力量，通过定子筛网的孔向外高速喷出的同时被分散成更小的体积。向外喷出的样品将重新被吸入工作刀头，持续循环以上过程达数百上千次之多，实现快速混合、分散和分裂固体、均质的效果。
4.2具体结构
搅拌剪切工具下部包括转子、刀头、轴套、定子和两个支撑杆。支撑杆下端与筛网之间为可拆卸螺紋固定连接 ，在筛网块的顶壁和侧壁上，设有多个出料孔，刀头在定子内高速旋转时，在产生的一股向上吸力的作用下，被剪切样品可以从出料孔排出，如此反复，更利于被剪切样品被搅拌均匀。转子的下端贯穿于定子内部并与工作刀头螺纹固定连接。由于转子与定子均由不锈钢金属材料制成，为减小转子高速转动时两者间的摩擦阻力，转子与定子之间嵌有一个材料为聚四氟乙烯的轴套，这样一来更利于提高转动杆转速，还能降低零件磨损。
在美国专利 US6398402（B1） 公开了一种搅拌剪切工具的技术方 案。上述技术方案中，同样包括一个定子和一个转子，但定子的形状为空心长管状，下端设有多个出料孔 ，转子位于定子内部，转子下端同样设有工作刀头用来剪切物体。工作中转子和刀头高速转动，将被搅拌的样品吸入刀头与定子内壁间，因摩擦和剪切力的作用，样品被剪切成小块后从定子外壁上的出料孔中排出，排出的小块样品又被吸入至刀头与定子内壁间，再次被剪切成更小块的物品，如此反复。现有技术中的其他搅拌刀头也都具有类似的结构。
现有技术的缺点在于，搅拌刀头的定子与转子间存在间隙，小块样品会有可能被吸入到定子与转子间隙的上方，当小块样品的被吸入量达到一定程度后，转子与定子间摩擦力增大，转子的转动速度降低，无法保证进行稳定的高速旋转，导致剪切效果差。而且由于定子与转子间存在间隙，可以容纳小块样品，使用后需将定子与转子都拆开才能进行清洗，非常不方便。
而在本结构中，因为转子和支撑杆均为实心不锈钢材料，两者并非套接关系，而是分开设置的，所以不存在被剪切样品小块堵塞转子和支撑杆间隙的问题，转子和支撑杆之间的摩擦力不会因堵塞而增大，从而降低转子转速，影响剪切效果。也不会出现因瞬时电流过大损坏电机的问题。而且清洗时只要将刀头部分直接用清水冲洗即可，非常方便。
搅拌剪切工具上部包括一个端盖和两个微型轴承。两根支撑杆的上端与端盖螺纹固定连接，转子的上端颈部与端盖中心孔通过两个微型轴承配合。这样一来整个结构更加稳定，使用时而且振动小，不易损坏 ；轴承将转子和端盖间的摩擦力降到最小，减少磨损，利于提高转子转速。
综上所述，本结构有益效果在于不但剪切效果好，同时保证了运行安全，剪切时工具不易被损坏，而且便于拆装清洗，减少后期维护。
[关键词] 均质仪 传动装置 搅拌剪切工具
中图分类号：TD403
1 引言
在样品前处理领域，对于每天要处理多个样品的实验室来说，以往需要借助手持式单通道均质仪来帮助科研者们进行研磨、破碎、均质样品，这是一件既耗时又耗力的工作。在此背景下，本公司成功研发出一台XT-5600型多通道多样品均质仪。它能通过合理的机械传动装置高速旋转，同时搭载6根刀头高速处理装在6个试管内的样品，每个样品分别由一根工作刀头进行剪切破碎，相当于6台均质仪同时工作，大大提高了处理效率。对于每天要处理多个样品的实验室，这是一个省力、省时、省钱的创新成果。配套的一种具有专利技术的搅拌剪切工具既工作刀头，不仅可以反复清洗使用，而且它们的拆卸和更换都是非常简单和方便的，并且大大减少了后期的使用成本。多样品均质仪适用于多种组织和细胞的匀浆，广泛适用于：农畜产品、肉蛋奶、饲料残留检测等样品前处理，客户群体也涵盖比如生物技术、大学、医药公司、食品研究、法医科学、化妆品、兽医研究、人体病理学等多种领域。
2 整机介绍
如图1 和图2的XT-5600整机图所示，整台仪器主要部件包括有试管架部件、显示屏操作面板部件、试管架上下驱动部件、工作刀头支架上下驱动部件、以及传动装置和搅拌剪切工具。
在仪器工作时，首先把装载有待处理样品的试管架以及工作刀头支架整体放入至工作刀头支架的驱动部件上，由一个丝杆直线电机带动整个支架向上运动，直至刀头连接轴与刀头部件中的转子完全卡入啮合。此时，传动装置中的直流无刷电机开始工作，带动六个从动轮部件同时带动六个工作刀头高速旋转处理样品。处理过程中，试管架驱动部件中的步进电机通过一种带传动的结构，驱动整个试管架上下移动，这个动作的目的在于能让试管中各个层面的样品搅拌的更彻底、更均匀。整个处理过程只需40秒至90秒即可完成。
3 一种传动装置（专利号：ZL201120482564.5）
现有机械中的传动装置，常常会用一个主动轮带动多个从动轮同时运转，主动轮与从动轮间常用齿轮、链条或连杆相连接，但采用这些结构的问题在于噪音较大，只能实现较低速运转，并且由于动轮和连接件多采用金属制成，零部件易被磨损。
在此仪器中，本人设计了一种传动装置，主要包括了一个主动轮、六个从动轮，三个导向轮，还包括一个张紧轮和一根同步齿形带。采用同步齿形带的好处在于：1.钢丝绳制成的强力层受载后变形极小，齿形带的周节基本不变，带与带轮间无相对滑动，传动比恒定、准确；2.齿形带薄且轻，可用于速度较高的场合，传动时线速度可高达40米/秒 ，传动效率高；3.结构紧凑，主体材料由聚氨酯工程塑料制成，耐磨性好；
如图4所示，同步带先绕过主动轮，接着绕过两组从动轮和一个导向轮，继续绕过两组从动轮和一个导向轮，再绕过两组从动轮后绕过一个张紧轮和一个导向轮，最后绕回到主动轮上。从动轮上的同步带绕向与导向轮上的绕向相反，意味着从动轮和导向轮同时与皮带接
触的面不同，这样在传动装置工作时，既避免了皮带打滑，又减小了皮带与其他部件的摩擦力，既能保证高速运转，又能避免出现因打滑而造成的故障。
4 一种搅拌剪切工具（专利号：ZL201120567120.1）
4.1工作原理
高速旋转的转子刀刃产生强大的吸力，把液体和固态样品吸入至工作头的中心，利用离心力使样品向工作头的外围高速喷出，它们将在转子刀刃的尾部和定子的内侧之间产生研磨作用。样品因受到强烈液压剪切的力量，通过定子筛网的孔向外高速喷出的同时被分散成更小的体积。向外喷出的样品将重新被吸入工作刀头，持续循环以上过程达数百上千次之多，实现快速混合、分散和分裂固体、均质的效果。
4.2具体结构
搅拌剪切工具下部包括转子、刀头、轴套、定子和两个支撑杆。支撑杆下端与筛网之间为可拆卸螺紋固定连接 ，在筛网块的顶壁和侧壁上，设有多个出料孔，刀头在定子内高速旋转时，在产生的一股向上吸力的作用下，被剪切样品可以从出料孔排出，如此反复，更利于被剪切样品被搅拌均匀。转子的下端贯穿于定子内部并与工作刀头螺纹固定连接。由于转子与定子均由不锈钢金属材料制成，为减小转子高速转动时两者间的摩擦阻力，转子与定子之间嵌有一个材料为聚四氟乙烯的轴套，这样一来更利于提高转动杆转速，还能降低零件磨损。
在美国专利 US6398402（B1） 公开了一种搅拌剪切工具的技术方 案。上述技术方案中，同样包括一个定子和一个转子，但定子的形状为空心长管状，下端设有多个出料孔 ，转子位于定子内部，转子下端同样设有工作刀头用来剪切物体。工作中转子和刀头高速转动，将被搅拌的样品吸入刀头与定子内壁间，因摩擦和剪切力的作用，样品被剪切成小块后从定子外壁上的出料孔中排出，排出的小块样品又被吸入至刀头与定子内壁间，再次被剪切成更小块的物品，如此反复。现有技术中的其他搅拌刀头也都具有类似的结构。
现有技术的缺点在于，搅拌刀头的定子与转子间存在间隙，小块样品会有可能被吸入到定子与转子间隙的上方，当小块样品的被吸入量达到一定程度后，转子与定子间摩擦力增大，转子的转动速度降低，无法保证进行稳定的高速旋转，导致剪切效果差。而且由于定子与转子间存在间隙，可以容纳小块样品，使用后需将定子与转子都拆开才能进行清洗，非常不方便。
而在本结构中，因为转子和支撑杆均为实心不锈钢材料，两者并非套接关系，而是分开设置的，所以不存在被剪切样品小块堵塞转子和支撑杆间隙的问题，转子和支撑杆之间的摩擦力不会因堵塞而增大，从而降低转子转速，影响剪切效果。也不会出现因瞬时电流过大损坏电机的问题。而且清洗时只要将刀头部分直接用清水冲洗即可，非常方便。
搅拌剪切工具上部包括一个端盖和两个微型轴承。两根支撑杆的上端与端盖螺纹固定连接，转子的上端颈部与端盖中心孔通过两个微型轴承配合。这样一来整个结构更加稳定，使用时而且振动小，不易损坏 ；轴承将转子和端盖间的摩擦力降到最小，减少磨损，利于提高转子转速。
综上所述，本结构有益效果在于不但剪切效果好，同时保证了运行安全，剪切时工具不易被损坏，而且便于拆装清洗，减少后期维护。