新型切削油過濾系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

紀(jì)艷青 周博 徐俊彥

摘 要：當(dāng)今機(jī)械加工行業(yè)中存在一種主流的冷卻潤滑沖屑方式，該方式是通過利用乳化液和切削油兩種介質(zhì)完成，乳化液具有成本低、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，而切削油具有的良好的潤滑性、穩(wěn)定性、散熱性等特點(diǎn)，雖然切削油成本較高，但在一些特殊的精加工行業(yè)中，其仍然發(fā)揮著重要的作用，如何降低切削油的使用成本，成為廠家重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文研究了一種新型切削油過濾系統(tǒng)，并對其相關(guān)過濾設(shè)備進(jìn)行了分析，探討了相應(yīng)的新型壓差過濾技術(shù)，對于提高我國主體機(jī)械加工領(lǐng)域內(nèi)切削油凈化提供了良好的技術(shù)產(chǎn)品支持。

關(guān)鍵詞：切削油;新型過濾系統(tǒng);過濾設(shè)備;研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.031

當(dāng)前國內(nèi)行業(yè)采用的固-液分離技術(shù)，主要涉及到的是傳統(tǒng)的重力過濾與離心干燥，比如常用的紙帶式過濾或布袋過濾方式。這些過濾方法是利用固體顆粒自身重力進(jìn)行分離，進(jìn)而形成濾餅，過濾后的濾液再進(jìn)入液箱循環(huán)使用。雖然該過濾設(shè)備具有較為簡單的結(jié)構(gòu)、較低的采購價(jià)格，但是在使用的過程中，濾餅和廢濾紙中會(huì)夾帶大量的切削油，從而造成用戶使用切削油的成本上升。通過離心作用對濾餅、濾紙進(jìn)行二次甩干來回收切削油，這也需要相關(guān)企業(yè)配置專人進(jìn)行收集、轉(zhuǎn)運(yùn)和操作，也會(huì)增加相應(yīng)的人工成本。

隨著機(jī)械加工企業(yè)用工成本不斷的上升以及自動(dòng)化程度不斷的增高，研究設(shè)計(jì)出一種新型切削油過濾系統(tǒng)，研發(fā)生產(chǎn)出相應(yīng)的循環(huán)帶式過濾機(jī)，該過濾設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高效、無耗材、自動(dòng)化、干燥、脫油的切屑處理方法。通過采用相應(yīng)的新型壓差過濾方法，解決了快速過濾時(shí)密封不嚴(yán)問題、濾餅的干燥回收問題和冷卻介質(zhì)的過量消耗等問題，提高了機(jī)床冷卻介質(zhì)過濾凈化設(shè)備的國產(chǎn)化水平，有力推動(dòng)了機(jī)床排屑過濾行業(yè)向更節(jié)能、更環(huán)保的方向發(fā)展。

1 新型切削油過濾系統(tǒng)過濾介質(zhì)分析

1.1 過濾介質(zhì)介紹

采用雙層編制濾帶作為過濾介質(zhì)，既能保證濾帶在過濾中的流體高通過性，同時(shí)又提高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨厚度，更有利于濾帶的循環(huán)使用，而光滑的表面能夠確保濾帶低摩擦系數(shù)，使泵工作時(shí)的壓損降低。雙層編制濾帶與金屬網(wǎng)相比較具有良好的抗疲勞性能，容易接觸和安調(diào)。如圖1所示。

由于特殊的表面特性和整體組合的多樣性，濾帶可以始終保持高強(qiáng)度和抗撕裂性能，不會(huì)脫落。在處理油性切削液介質(zhì)時(shí)，表現(xiàn)出很好的抗腐蝕性、耐化學(xué)性和穩(wěn)定性。濾帶的編制材料具有多樣性，規(guī)格和編織結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體介質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化和選擇。高精準(zhǔn)的編制孔隙可以精確且穩(wěn)定的保持循環(huán)過濾技術(shù)，通過細(xì)達(dá)20um的網(wǎng)絲來實(shí)現(xiàn)低壓降和最大液體通過面積。

1.2 過濾介質(zhì)工作原理分析

雙層編制濾帶可以通過使用卡扣方式，將其連接成一條完整環(huán)形的過濾帶，如圖2所示。

濾帶在使用過程中的密封問題只存在于兩側(cè)端面，只要確保端面密封的可靠性，那么整條濾帶在工作過程中，就完全可以保證持續(xù)穩(wěn)定的過濾精度。濾帶過濾工作區(qū)內(nèi)兩側(cè)端面采用安裝柔性密封膠板壓緊密封，中間過濾區(qū)間內(nèi)由待過濾冷卻液自重壓緊，使濾帶緊密貼合在底部支撐板上，臟液得到穩(wěn)定過濾。

2 新型切削油過濾系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及控制原理

2.1 負(fù)壓抽吸技術(shù)及控制原理

采用負(fù)壓抽吸技術(shù)，能夠提高濾液的過濾精度，通過待過濾切削油與濾帶、過濾腔體內(nèi)安裝楔形網(wǎng)，能夠在過濾凈液腔側(cè)形成了獨(dú)特的密封環(huán)境，通過抽吸泵對凈液的抽取泵送，使密封腔體內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)，此時(shí)待過濾切削油受負(fù)壓引力作用，強(qiáng)制通過了濾帶進(jìn)入凈液腔。在這個(gè)過程中，待過濾切削油中大量的雜質(zhì)沉淀于濾帶表面，形成濾餅參與后續(xù)切削油過濾，形成以濾帶為主體的多級過濾狀態(tài)，使過濾精度的穩(wěn)定。

切削油受負(fù)壓抽吸作用，通過濾帶的效率為每平方米單位通流量為3m?/min，是傳統(tǒng)重力式紙帶過濾流量的100倍。負(fù)壓抽吸區(qū)設(shè)置壓力監(jiān)測裝置，通過PLC系統(tǒng)控制負(fù)壓抽吸泵的工作節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)過濾與濾帶更新。當(dāng)負(fù)壓區(qū)壓力上升達(dá)到-0.02MPa時(shí)，關(guān)閉負(fù)壓抽吸泵，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)濾帶將形成的濾餅輸送至真空干燥區(qū)，而干凈的濾帶順勢進(jìn)入原來的過濾區(qū)，完成此輪替換動(dòng)作后，PLC通知負(fù)壓抽吸泵工作，在此進(jìn)入工作狀態(tài)，期間設(shè)備自動(dòng)完成液位監(jiān)測，污液供液泵啟?？刂频鹊纫幌盗休o助動(dòng)作。

其中密封腔體的實(shí)現(xiàn)得益于濾帶與過濾腔體有效的貼合密封，濾帶密封采用被動(dòng)式密封，通過待過濾切削油自重壓緊，將濾帶壓緊在過濾腔的支撐楔形網(wǎng)板上。采用楔形板，是因?yàn)槠渚哂邪迕骈g隙面積總和大于同等外形尺寸網(wǎng)孔、板體強(qiáng)度優(yōu)的特點(diǎn)，可以使待過濾切削油快速的通過濾帶，進(jìn)入凈液腔。

2.2 真空干燥技術(shù)及控制原理

采用真空干燥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)濾餅的快速脫油處理，脫油后含油率控制在10%以內(nèi)。在過濾的過程中，臟液腔體內(nèi)的細(xì)微雜質(zhì)顆粒在濾帶表面逐漸堆積而產(chǎn)生大面積的濾餅層。如微細(xì)顆粒含量越多或介質(zhì)粘度越大，則形成的濾餅越厚，濾餅中含液量也就越大。如果依靠傳統(tǒng)的重力脫水方式，濾餅孔隙內(nèi)由于液體表面漲力的作用，大量的液體不會(huì)滲出，并且會(huì)隨濾餅一并被輸送至廢品回收處，造成切削油的大量浪費(fèi)，同時(shí)增加環(huán)境污染處理量。

真空干燥技術(shù)通過將真空泵吸入口設(shè)置于待干燥區(qū)底部空腔內(nèi)，經(jīng)由楔形網(wǎng)、濾帶、濾餅后抽取大氣中的干燥空氣，在此過程中，大氣中干燥空氣快速進(jìn)入待干燥濾餅內(nèi)，將存于濾餅間隙中的切削油迅速帶入氣液分離腔內(nèi)，進(jìn)行空氣脫油處理，脫油水后的干燥空氣通過真空泵排出，此時(shí)的排出空氣由于真空泵作用，升溫為熱空氣，利于部分空氣預(yù)熱，將其導(dǎo)入濾餅待干燥區(qū)上方，在此進(jìn)入真空抽吸循環(huán)，就有更好的熱蒸騰作用，往復(fù)循環(huán)后，濾餅內(nèi)含油率可控制在10%以內(nèi)。

2.3 循環(huán)帶式過濾裝置的工作原理

循環(huán)帶式過濾裝置在具備相應(yīng)的條件后，其利用負(fù)壓過濾技術(shù)形成的強(qiáng)力壓力差作用，迫使切削油強(qiáng)制通過濾帶進(jìn)行過濾，過濾后停留在臟液腔體濾帶表面濾餅通過真空干燥技術(shù)，避免了由于排出濾餅而造成的切削油損失，尤其對于昂貴的油介質(zhì)冷卻液。因此循環(huán)帶式過濾裝置目前廣泛的應(yīng)用于切削油冷卻行業(yè)內(nèi)，就有成本低、效率高、環(huán)保的特點(diǎn)。其工作過濾方式如圖3所示。

3 總結(jié)

綜上所述，隨著新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，公司研發(fā)出一種新型切削油過濾系統(tǒng)，并研制生產(chǎn)出相應(yīng)的循環(huán)帶式過濾裝備。而相應(yīng)的切削油循環(huán)帶成套裝備關(guān)鍵技術(shù)，在油冷卻凈化的用戶市場中快速脫穎而出，滿足用戶要求的過濾效率高、切削油回收利用率高、環(huán)境污染低、運(yùn)行成本低等的多樣性要求。同時(shí)解決了我國高精度機(jī)床的配套產(chǎn)品所應(yīng)解決的關(guān)鍵問題。對于提高我國主體機(jī)械加工領(lǐng)域內(nèi)切削油凈化提供了良好的技術(shù)產(chǎn)品支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭海，張博.乳化型深孔切削液的切削試驗(yàn)與分析[J].現(xiàn)代制造工程，2010（03）：86-89.