關(guān)于離心機相關(guān)問題的探討
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為了加大分離能力，人們制造了離心機，當其轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離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，分離能力也提高了很多倍。由于離心機具有節(jié)省勞力、減輕勞動強度、改善勞動條件，并具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動遙控、占地面積小等優(yōu)點，故大量應(yīng)用于在食品加工方面等部門。下面本文對離心機的相關(guān)問題進行了探討。
1 離心機的工作原理及離心方法
1.1 離心機的工作原理
離心是利用旋轉(zhuǎn)運動的離心力以及物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力密度的差異進行分離、濃縮和提純生物樣品的一種方法。懸浮液在高速旋轉(zhuǎn)下，由于巨大的離心力作用，使懸浮的微小顆粒（細胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，從而使溶液得以分離，顆粒的沉降速度取決于離心機的轉(zhuǎn)速，顆粒的質(zhì)量、大小和密度。
當含有細小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用可使得懸浮的顆粒逐漸下沉，顆粒越重，下沉越快。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)、密度、重力場的強度及液體的黏度有關(guān)。此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時還伴隨有擴散現(xiàn)象（擴散是由于微粒的熱運動而產(chǎn)生的質(zhì)量遷移現(xiàn)象，主要是由于密度差引起的）。對小于幾微米的微粒，它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的，因為顆粒越小沉降越慢，而擴散現(xiàn)象則越嚴重。擴散現(xiàn)象是不利于樣品分離的，如果加大重力，就可能克服擴散現(xiàn)象的不利影響，實現(xiàn)生物大分子的分離。離心機就是利用離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大的離心力，迫使液體中微粒克服擴散加快沉降速度，把樣品中具有不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。
1.2 常用的離心方法
（1）差速離心法。采用不同的離心速度和離心時間，使沉降速度不同的顆粒分步離心的方法，稱為差速離心。操作時，將含有兩種不同顆粒的混懸液，以常速離心，使大的顆粒下沉，將上清液傾倒于另一離心管中，再加大離心力，離心一定時間，分離小的顆粒，反復(fù)多次分離，達到分離目的。差速離心主要用于分離大小和密度差異較大的顆粒。差速離心法的優(yōu)點是：操作簡單，離心后用傾倒法即可將上清液與沉淀分開，并可使用容量較大的角式轉(zhuǎn)子；分離時間短，重復(fù)性高；樣品處理量大。
（2）密度梯度離心法。該法又分為速率區(qū)帶離心法和等密度區(qū)帶離心法。樣品在一定惰性梯度介質(zhì)中進行離心沉淀或沉降平衡，在一定離心力下把顆粒分配到梯度液中某些特定位置上，形成不同區(qū)帶的分離方法。該法的優(yōu)點是：具有很好的分辨率，分離效果好，可一次獲得較純顆粒；適用范圍廣，既能分離沉淀系數(shù)差的顆粒，又能分離有一定浮力密度的顆粒；顆粒不會積壓變形，能保持顆?；钚?，并防止已形成的區(qū)帶由于對流而引起混合。目前使用較多的是蔗糖密度梯度系統(tǒng)，其梯度范圍是：蔗糖濃度5%～60%，密度1.02～1.30g/cm3梯度的作用是使離心液穩(wěn)定以減少擴散或得到較為鋒利的區(qū)帶。被離心的物質(zhì)根據(jù)其沉降系數(shù)不同進行分離，同類物質(zhì)則因分子大的沉降速度快于分子小的物質(zhì)從而得到分離。密度梯度的制備可采用梯混合器，也可將不同濃度的蔗糖溶液，小心地一層層加入離心管中，越靠管底，濃度越高，形成階梯梯度。離心前，把樣品小心地鋪放在預(yù)先制備好的密度梯度溶液的表面。離心后，不同大小、不同形狀、有一定的沉降系數(shù)差異的顆粒在密度梯度溶液中形成若干條界面清晰的不連續(xù)區(qū)帶。各區(qū)帶內(nèi)的顆粒較均一，分離效果較好。在密度梯度離心過程中，區(qū)帶的位置和寬度隨離心時間的不同而改變。隨離心時間的加長，區(qū)帶會因顆粒擴散而越來越寬。為此，適當增大離心力而縮短離心時間，可減少區(qū)帶擴寬。
（3）分析型超速離心法
分析型超速離心機主要由一個橢圓形的轉(zhuǎn)子、一套真空系統(tǒng)和一套光學(xué)系統(tǒng)所組成。該轉(zhuǎn)子通過一個柔性的軸連接成一個高速的驅(qū)動裝置，此軸可使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時形成自己的軸。轉(zhuǎn)子在一個冷凍的真空腔中旋轉(zhuǎn)，其容納兩個小室：分析室和配衡室。分析室的容量一般為1mL，呈扇形排列在轉(zhuǎn)子中，其工作原理與一個普通水平轉(zhuǎn)子相同。分析室有上下兩個平面的石英窗，離心機中裝有的光學(xué)系統(tǒng)可保證在整個離心期間都能觀察小室中正在沉降的物質(zhì)，可以通過對紫外光的吸收（如對蛋白質(zhì)和DNA）或折射率的不同對沉降物進行監(jiān)測。在分析室中物質(zhì)沉降時重粒子和輕粒子之間形成的界面就像一個折射的透鏡，結(jié)果在檢測系統(tǒng)的照相底板上產(chǎn)出一個“峰”，由于沉降不斷進行，界面向前推進，故“峰”也在移動，從峰移動的速度可以得到物質(zhì)沉降速度的指標。
2 離心機轉(zhuǎn)盤高效加工方法
2.1 離心機轉(zhuǎn)盤容易出現(xiàn)的問題
離心機高速轉(zhuǎn)盤大多都存在一定的質(zhì)量問題，并且效率低，加工成本高，達不到技術(shù)要求，無法量化投入生產(chǎn)使用，主要問題如下：
（1）平面度無法保證，難以達到平衡水平，離心機工作中噪音比較大。
（2）尺寸一致性不好，活動部件不能很好配合，導(dǎo)致偏心。
（3）裝夾定位有難度，生產(chǎn)效率低。
任何一個零件，其設(shè)計精度都是通過加工來保證的。要完成零件的機械加工內(nèi)容，首先必須解決工件在數(shù)控機床上的裝夾定位問題，達到產(chǎn)品技術(shù)要求，提高生產(chǎn)效率，解決高成本等問題。
2.2 問題的解決
2.2.1 工藝分析
由于零件的特殊性，離心機高速轉(zhuǎn)盤加工的正反兩面的輪廓、孔和槽，在機加工的過程中對于工件制作的標準必須是單面一次性定位進行加工，這樣加工基準位移的誤差就能夠確定在原點，因此通過設(shè)計的專用夾具，只需要通過三道工序就可以完成加工。
2.2.2 夾具的設(shè)計
為了減少工序、提高工效，設(shè)計了一套數(shù)控銑床專用夾具。
（1）由于卡盤所用的材料是方形鋁板，根據(jù)產(chǎn)品的形狀，考慮到先把多塊材料疊加，一次性加工出中心孔（工序一），再以中心孔來定位，完成其它（工序二、工序三）部位的加工。這樣就減少許多工序，縮短生產(chǎn)時間，提高工作效率。
（2）銑床加工時根據(jù)產(chǎn)品的外形輪廓。用專用夾具通過一面四銷來自動完成分中定位，運用加工中心刀庫的優(yōu)勢作用，兩個工步即可晚上產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。
（3）專用夾具的制造所需時間不長。先保證夾具體的四個面的平行度，然后利用數(shù)控車床車出四個定位銷和螺母并組裝即可完成夾具的制作。
（4）材料的選擇：夾具的材料主要是以錳鋼板為主，轉(zhuǎn)盤材料是以鋁板為主。
3 離心機工作時噪音的解決辦法
（1）轉(zhuǎn)軸上端固定轉(zhuǎn)盤螺釘或機座上減震彈簧固定螺釘?shù)葯C件、緊固件有松動現(xiàn)象，只要重新緊固一遍即可。
（2）電機轉(zhuǎn)軸彎曲或軸承磨損。若電機轉(zhuǎn)軸彎曲，可通過修復(fù)校正來解決，嚴重時應(yīng)予以更換；若軸承磨損后間隙增大，可在軸承上加一墊片來解決，嚴重時應(yīng)予更換。
（3）機座上三根減震彈簧彈力變小或斷裂，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時晃動較大。只要更換減震彈簧即可。
（4）外罩變形或位置不正確。只要修復(fù)、調(diào)整和校正外罩，并將外罩裝好固定牢即可解決。
（5）試管套內(nèi)有碎玻璃片等異物，使負荷失去平衡。每次使用前應(yīng)檢查每個套管內(nèi)是否存在其他異物，若有，必須清除后，方可使用。
（6）試管套與本機不匹配。試管套是廠家精確匹配給機器專用的。不同型號的離心機試管套是不能隨意調(diào)換的。否則，離心機工作時會產(chǎn)生振動噪聲。
