一種新型全自動(dòng)智能旋流式高壓反沖洗過(guò)濾站的研制

呂松

摘 要： 本文針對(duì)目前井下液壓過(guò)濾器安全性和可靠性低的問(wèn)題，深入分析液壓支架自動(dòng)反沖洗過(guò)濾站液壓系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種全自動(dòng)智能旋流式高壓反沖洗過(guò)濾站，兼有過(guò)濾介質(zhì)和自身清洗兩種功能，能有效地保證液壓支架系統(tǒng)清潔度高的要求，從而提高液壓支架系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)乳化液閥的使用壽命，為煤礦安全高效生產(chǎn)帶來(lái)一定的便利性。

關(guān)鍵詞： 過(guò)濾站 濾芯 反沖洗

高壓反沖洗過(guò)濾站被廣泛應(yīng)用于煤礦井下工作面的液壓系統(tǒng)中，其功能主要是對(duì)液壓系統(tǒng)中的高壓乳化液、高壓油進(jìn)行過(guò)濾并實(shí)現(xiàn)自我清潔，保證液壓系統(tǒng)元件在清潔的系統(tǒng)環(huán)境中使用，提高液壓系統(tǒng)中元件的可靠性。由于現(xiàn)在普遍采用的反沖洗過(guò)濾站在結(jié)構(gòu)和功能方面存在著一定的缺陷，導(dǎo)致使用過(guò)程中監(jiān)控手段單一、過(guò)濾精度較低、濾芯等核心元器件易損。全自動(dòng)智能旋流式高壓反沖洗過(guò)濾站中有簡(jiǎn)單有效的過(guò)濾反沖洗設(shè)備，可在十幾秒內(nèi)完成一臺(tái)液壓支架過(guò)濾網(wǎng)的清洗，過(guò)濾精度25μm，適用于過(guò)濾礦用乳化液介質(zhì)。

1.自動(dòng)反沖洗工作站設(shè)計(jì)方案

采用“全數(shù)控操作系統(tǒng)+乳化液沖洗液過(guò)濾回收+核心部件改進(jìn)”的整體設(shè)計(jì)方案，即采用“濾芯通透率+油液污染度+壓力差”相結(jié)合的三維數(shù)字監(jiān)控程序，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)終端液晶顯示控制板，對(duì)過(guò)濾站的主要工作參數(shù)進(jìn)行可視化操作加裝污染液沉降裝置，對(duì)反沖洗流出的污染液進(jìn)行沉降凈化，使乳化液或油液可以二次利用；改進(jìn)濾芯的結(jié)構(gòu)，通過(guò)磁控濺鍍技術(shù)提高濾網(wǎng)的表面硬度，骨架內(nèi)加設(shè)傘式加轉(zhuǎn)元件的新型濾芯，提高濾芯的反沖洗除污效果，采用新型無(wú)螺絲扣件快速鎖定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)濾芯和殼體的快速拆換。

2.自動(dòng)反沖洗工作站的工作原理

如下圖所示；該設(shè)備包括機(jī)座①支撐座②加壓罐③超精密過(guò)濾器④集成閥座裝置⑦止回閥⑧交替閥⑨進(jìn)液口⑩集成閥安裝面板11、過(guò)濾沉淀裝置12。集成閥裝置⑦底部連接超精密過(guò)濾器④和加壓罐③，超精密過(guò)濾器④與集成閥座裝置由高強(qiáng)度螺栓緊固和密封圈密封，超精密過(guò)濾器④下部連接排污閥，排污閥是用快速插頭與超精密過(guò)濾器④采用插裝連接，排污閥下部的污液回收裝置出口用軟管與污水匯集管快速連接后進(jìn)入過(guò)濾沉淀裝置12，用于污液回收。集成閥座裝置⑦閥體內(nèi)設(shè)有主通道，并通過(guò)閥體主通道連接安裝在集成閥座裝置⑦內(nèi)的止回閥、交替閥⑨和反沖閥，交替閥⑨內(nèi)設(shè)有兩個(gè)通道分別連通兩座超精密過(guò)濾器④。集成發(fā)作裝置⑦在交替閥⑨一側(cè)的閥體上設(shè)有進(jìn)液口⑩，另一側(cè)設(shè)有出液口⑥超精密過(guò)濾器④包括外殼和濾芯，外殼上端連接設(shè)有中心孔的堵塊且中心孔上設(shè)有方形凹槽的，濾芯上設(shè)置帶有鎖定塊的壓蓋，鎖定塊和方形凹槽匹配，同時(shí)在外殼上端設(shè)有端蓋，端蓋帶有壓桿，通過(guò)壓桿頂住和外殼鎖在一起的濾芯端蓋。

正常工作時(shí)，反沖閥和止回閥⑧均位于通路位置，排污閥②關(guān)閉，乳化液通過(guò)進(jìn)液口⑩進(jìn)入交替閥⑨，由交替閥⑨其中的一個(gè)通道進(jìn)入集成閥座裝置⑦主通道，通過(guò)止回閥⑧進(jìn)入超精密過(guò)濾器④，乳化液由殼體和濾芯之間的空隙經(jīng)過(guò)濾芯過(guò)濾，然后通過(guò)打開(kāi)集成閥座裝置⑦中的止回閥⑧進(jìn)入回液管路，由出液口⑥通過(guò)管路進(jìn)入工作面至液壓支架實(shí)用。

需要反沖時(shí)，由數(shù)控程序系統(tǒng)壓力傳感器和污染度傳感器采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)控制進(jìn)行沖洗，首先關(guān)閉超精密過(guò)濾器④相對(duì)應(yīng)的止回閥，反沖閥置于通路，然后數(shù)控系統(tǒng)控制開(kāi)啟排污閥，采用進(jìn)液系統(tǒng)壓力的乳化液通過(guò)反沖閥進(jìn)入超精密過(guò)濾器④中進(jìn)行沖洗濾芯。沖洗液通過(guò)集成閥座裝置⑦進(jìn)入濾筒內(nèi)后，在濾芯內(nèi)設(shè)置的傘式骨架加旋件的作用下，沖洗液在超精密過(guò)濾器④內(nèi)發(fā)生渦流旋轉(zhuǎn)。清洗后的污液通過(guò)排污閥②排入污液回收裝置。反沖結(jié)束后排污閥關(guān)閉，控制系統(tǒng)相繼打開(kāi)止回閥⑧，使止回閥⑧置于通路，即完成一次反沖洗過(guò)程。

3.工作站核心零部件的改進(jìn)

3.1運(yùn)用磁控濺鍍技術(shù)提高濾網(wǎng)的表面硬度。市場(chǎng)上的反沖洗站的濾網(wǎng)材質(zhì)一般采用不銹鋼材質(zhì)，由于煤礦井下的環(huán)境復(fù)雜，且污染物主要以煤塵顆粒為主，導(dǎo)致了濾網(wǎng)易粘連和摩擦受損。本項(xiàng)目采用磁控濺鍍技術(shù)在濾網(wǎng)表面堵上一層硬質(zhì)薄膜，有效提高了濾網(wǎng)的表面硬度和光潔度。使用該技術(shù)不僅提高了液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)時(shí)濾芯單位面積的流量，而且提高了反沖洗時(shí)的射流對(duì)垢層的剝離效果和濾網(wǎng)耐磨性，有效延長(zhǎng)了濾網(wǎng)的使用壽命。

3.2設(shè)計(jì)骨架內(nèi)帶有傘式加轉(zhuǎn)元件的新型濾芯，提高濾芯反沖洗的除污效果。目前市場(chǎng)上的濾芯一般采用柱形中空結(jié)構(gòu)，反沖洗時(shí)液體從出口反向流入并從進(jìn)口處流出，靠壓力差帶動(dòng)液體反向徑向沖擊從而起到清污的效果。由于徑向沖擊的方向性和擴(kuò)散時(shí)的壓力損耗導(dǎo)致沖洗的維度單一，存在清洗死角和盲點(diǎn)。為了克服這一缺點(diǎn)，本項(xiàng)目在濾芯內(nèi)設(shè)有傘式骨架加旋件，在反沖洗時(shí)，在反向沖洗液壓力作用下，該加旋件打開(kāi)呈傘狀并繞旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，從而使沖洗液產(chǎn)生渦流效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)的全方位沖洗。

3.3在濾筒和濾芯上采用新型無(wú)螺絲扣件快速鎖定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，作為使濾筒和濾芯的連接緊固的方式。濾筒組件包括濾筒外殼和濾芯，是反沖洗過(guò)濾站的核心部件。本項(xiàng)目通過(guò)應(yīng)用新型無(wú)螺絲扣件快速鎖定結(jié)構(gòu)技術(shù)，即在外殼上端連接設(shè)有中心孔的堵塊且中心孔上設(shè)有方形凹槽，濾芯上設(shè)置帶有鎖定塊的壓蓋，鎖定塊和方形凹槽匹配，同時(shí)在外殼上端設(shè)有端蓋，端蓋帶有拉環(huán)和壓桿，通過(guò)壓桿頂住和外殼所在一起的濾芯端蓋。該技術(shù)克服了傳統(tǒng)螺紋連接在更換或維修濾芯時(shí)造成的生銹和卡死現(xiàn)象。

4.過(guò)濾站的自動(dòng)控制系統(tǒng)工作參數(shù)

4.1自動(dòng)控制系統(tǒng)：通訊模塊采用PCA82C250集成電路，通訊功率最高可達(dá)10Mbit/s，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km，AD轉(zhuǎn)換模塊采用16通道，10位精度的芯片對(duì)壓力傳感器和污染度傳感器的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，信號(hào)處理模塊采用TLV2374集成電路對(duì)壓力傳感器和污染度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行放大，壓力傳感器采用本安型傳感器，工作電壓DC12V，額定工作電流15Ma，量程0～60MPa，污染度傳感器采用光門原理的激光傳感器，檢測(cè)顆粒尺寸4-450um；顆粒數(shù)量≤24000個(gè)/ml。核心單片機(jī)采用MC9S12系列16位單片機(jī)才有5V供電，25MHz的總線技術(shù)，核心單片機(jī)與液晶顯示器通過(guò)232通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.2過(guò)濾系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)的總流量1000L/min，最高工作壓力達(dá)到40MPa，過(guò)濾精度25um，每組過(guò)濾器的流量500L/min，對(duì)15～50um的粒子具有97%以上截留率。液體通過(guò)濾網(wǎng)的速度為2.5m/s，液壓經(jīng)過(guò)濾站的壓力損失為0.15MPa。

4.3反沖洗系統(tǒng)：在壓力傳感器和污染度傳感器檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸給核心單片機(jī)讀取。讀取的信號(hào)經(jīng)后臺(tái)程序運(yùn)算處理后和預(yù)先設(shè)定的正常濾芯通透率值（60%）進(jìn)行比較。如果超過(guò)設(shè)定值，PLC將發(fā)出反沖洗的控制信號(hào)，每次沖洗的時(shí)間為5～10秒。

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