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齿轮磨削油的磨削液过滤纸精密过滤技术-磨削液



齿轮的精密磨削加工对磨削油的清洁度和温度波动都有很高的要求,磨削油的过滤精度直接影响齿轮加工光洁度和齿轮传动噪音,而磨削油温的控制精度则会影响工件的尺寸精度。“预涂过滤+精密温度控制系统”是高精度齿轮磨削首选的磨削油过滤控温方式,它可以实现10μm~5μm的清洁度和±1℃~0.5℃的温度波动,持续稳定地向齿轮磨床提供每分钟几十升到几千升的高精度磨削油,而且是资源节约型和环境友好型的。

齿轮的精密磨削加工对磨削油的清洁度和温度波动都有很高的要求,磨削油的过滤精度直接影响齿轮加工光洁度和齿轮传动噪音,而磨削油温的控制精度则会影响工件的尺寸精度。

齿轮磨削过程产生大量磨屑,高效磨床要求磨削油连续过滤、连续供液,并要求自动过滤和自动排污。现在常用自动走纸的纸带过滤机做磨削油过滤,一种是重力式纸带过滤,一种是负压式纸带过滤或循环带,另一种是正压式纸带过滤或循环带。

一般以为选用密度高的滤纸就可以实现高精度过滤,但实际上这几种纸带过滤的滤纸或循环带本身的密度不能选得很高,因为密度很高的滤纸虽然可以保证高过滤精度,但是滤纸的毛细孔很快就会被微细的磨屑堵死而无法继续过滤,要维持过滤供应量就要不断换新滤纸,这显然会增大滤材消耗量,加大运行成本。

实际应用中的滤纸过滤精度一般常选在50~100μm左右,脏液流过滤纸时,起先50μm以下的微细磨屑杂质会穿过滤纸孔隙进入净液箱,但50~100μm以上的较大磨屑杂质会被滤纸阻挡、堆积在滤纸上。这些松散堆积在滤纸上的磨屑杂质构成的无数毛细通道可以让油液通过,但细微的磨屑却不容易通过。因此这些松散堆积的磨屑杂质变成了“过滤介质”,起到了提高精度的过滤作用。磨削油通过这些过滤介质形成的过滤层的毛细通道进入净液箱,杂质被磨屑滤层阻挡,留在磨屑过滤介质表面,形成新的滤层。

越来越厚的磨屑滤层使得由磨屑组成的过滤介质的密度越来越高,磨削油的过滤精度也越来越高。但过滤介质密度的增加会使得通过滤层的油液越来越少,当磨削油过滤输出量不能满足供液流量时,过滤机就会自动更新滤纸,恢复较大的过滤流量,重复建立过滤介质滤层、提高过滤精度的过程。可循环使用的滤带过滤机也是一样,滤带的密度不能选得太高,因为滤带靠反冲自清理循环使用,密度越高,反冲清理的效果就越差,会需要人工清理滤带。

 

由此可以看出,在各种纸带和循环滤带过滤方式中,滤纸滤带实际上起的是滤层载体作用。真正起过滤作用的是由滤渣形成的磨屑介质滤层。而且,由于新输入的滤纸滤带在尚未堆积滤渣时滤纸滤带本身的孔隙较大,初期的过滤精度总是比较低的,只有在堆积滤渣后,过滤精度才会慢慢提高。

因此,过滤精度“先粗后细”的波动是纸带滤带过滤机的本质缺陷。这些纸带滤带过滤方式不能达到持续稳定的高过滤精度,只能满足普通齿轮磨床加工精度要求,我们需要为高精度齿轮磨床创造能够持续稳定保持高质量过滤精度的过滤方式。

预涂过滤技术

预涂过滤正是这样一种可以持续稳定地保持很高过滤精度的过滤方式,因此正在各种高精度磨削加工工艺中获得越来越多的应用,特别是高精度磨削油的精密过滤。

预涂过滤技术是将纤维素、硅藻土等助滤剂预先涂到过滤管、过滤盘或过滤板表面,形成包含无数毛细通道的过滤介质。脏油流经预涂的过滤介质时,磨削油通过这些预涂滤层的毛细通道进入净液箱,杂质被预涂滤层阻挡在预涂滤层表面,成为预涂滤层的外围滤层。

由于纤维素等助滤剂形成的滤层比较致密,毛细通道曲折细密,因此过滤精度很高。另外,过滤是在预涂建立滤层以后开始的,不会有纸带过滤前期精度低、后期精度高的弊端, 预涂过滤的精度是稳定不变的。我们的控制技术可以按磨削工艺要求控制助滤剂的预涂密度,实现10μm~5μm的高精度过滤,满足精密齿轮磨削加工要求。

预涂过滤系统的主要功能结构

预涂过滤系统主要由助滤剂加料机、助滤剂混合筒、过滤单元、预涂过滤泵、压渣脱液装置、箱体以及电气控制系统等部分组成。

“助滤剂加料机”一般采用螺旋输送结构,控制螺旋运转时间可以定量向助滤剂混合筒中加入需要的助滤剂。

“助滤剂混合筒”一般加有搅拌装置,使加入的助滤剂与磨削油液均匀混合,藉由预涂过滤泵送给过滤单元,在过滤元件表面产生均匀的过滤介质涂层。

“过滤单元”有管式、盘式、板式等多种过滤元件形式,用来承载助滤剂形成过滤介质,完成预涂后就成为过滤器,具有高精度过滤功能。

“预涂过滤泵”是预涂和过滤的送液泵,预涂时将助滤剂混合液送入过滤单元,完成预涂循环;过滤时将脏液送入过滤单元,完成过滤循环。

“压渣脱液装置”有气压脱液和油压脱液等不同形式,用来压干滤渣、回收油液,在节约资源的同时使得排渣易于环保处理。

“箱体”主要有脏液箱和净液箱,脏液箱用来储存机床送回的脏油液;净液箱用来储存过滤后的干净磨削油,由供液泵抽取直接供液或经温度控制后向机床供液。

“电气控制系统”控制过滤系统各环节的控制器和执行器实现全自动运行,我们的控制系统还设有故障自诊功能,通过一系列传感器实时监测系统运行参数,及时发出维护预警,提高预涂过滤系统安全运行可靠性。

为高精度齿轮磨床配套的预涂过滤还要配上精密温度控制,目前可以达到的温度波动控制精度为±1℃~±0。5℃。下面的照片分别是大小不同的磨削油预涂过滤机,过滤能力从150LPM到5000LPM,过滤精度从10μm到5μm,油温控制精度有±1℃的,也有±0。5℃的。

预涂过滤主要流程和工作原理

1)预涂流程:

向助滤剂加料机内加入助滤剂,由螺旋推进机构将助滤剂加入混合筒中,与干净的磨削油混合。搅拌装置使得助滤剂均匀分散在油液中,形成浓度均匀的预涂液。

打开预涂阀和预涂循环阀并启动预涂过滤泵,将均匀混合的预涂液送入过滤单元中。预涂液穿过过滤元件时,纤维素被阻挡在过滤元件表面形成均匀的滤层,油液通过管道回流到混合筒内。控制助滤剂加入量可以使过滤单元表面堆积不同厚度的滤层,形成所需过滤精度的过滤层。

 

2)过滤流程:

预涂过程结束后,关闭预涂阀和预涂循环阀,打开过滤阀和净液输出阀,由预涂过滤泵将储存在脏液箱内的脏液送入过滤单元。脏液通过过滤元件表面的过滤层时,磨屑杂质则被过滤层阻挡并在表面堆积,油液被滤掉杂质变成净液从过滤单元内部输出送入净液箱,由供液泵抽出、通过供液管道输送到每台机床内。

随着过滤层表面的磨屑杂质堆积得越来越厚,过滤阻力慢慢增大,流量逐渐减小,当滤层内外的压差达到设定值时,关闭过滤阀和净液输出阀停止过滤,进入排污流程。

通常情况下,过滤系统都设有备用过滤单元。当正在工作的过滤单元发生脏堵时,压力传感器发出信号,控制系统将过滤工作切换到备用过滤单元,继续向净液箱输送过滤干净的磨削油,让脏堵的过滤单元停止过滤,转入排污。

 

3)排污流程:

排污有多种方式。管式和板式过滤单元多采用油液反冲排污,利用预存的干净油液压入过滤元件,从内部向外反冲(还可同时加入压缩空气增加反冲效果),使过滤元件表面的预涂滤层和堆积在表面的滤渣爆破一起排出;软管式过滤单元有采用震动排污的,利用气缸往复运动带动过滤元件上下抖动,粉碎过滤元件表面的预涂滤层和堆积在表面的滤渣,剥落排出。盘式过滤单元则多采用旋转产生离心力,甩掉滤盘表面的预涂滤层和堆积在表面的滤渣。

排污结束后,反冲干净的过滤元件再次预涂滤层,作为备用筒等待下一次切入过滤。

 

4)滤渣脱液过程:

排污输出的助滤剂与磨屑杂质的混合物有多种脱液方式。

一是直接由泵将很稀的渣液混合物打入气压脱液装置的脱液筒,筒底部端盖上有细密金属网,开启脱液气阀送入压缩空气,将筒内油液通过底部端盖上的细密金属网压出,经管道送回到过滤装置箱体内。等滤渣压干后,汽缸自动打开脱液筒底部的端盖、排出细密金属网上的干滤渣。可以通过调整进液量和加气脱液次数来改变渣饼厚度和压干程度。

另一种是先让排出的渣液混合物沉淀,取出浓缩的滤渣送入油压脱液机的液压缸内,由活塞挤压除掉滤渣中的油液,将滤渣压成块排出。挤出的油液也送回过滤机箱体。

也有简单地将渣液混合物排出到纸带过滤机上,静置等待其自然沉淀,油液在重力作用下渗透滤纸流入脏液箱回用,脱液后的滤渣被滤纸输出。当然这样的滤渣含油量相对上面的方式要大许多。改进的替代方式是采用正压式纸带过滤机,渣液混合物被输入脱液腔内,腔底面是滤纸或滤带,将压缩空气输入腔内,油液被压出滤纸或滤带送回过滤机,留在滤纸或滤带上的干滤渣由滤纸或滤带输出。

简图3上画的是气压脱液方式。

预涂过滤的特点

从上述工作原理和过滤流程可以看出预涂过滤的几个突出优点:

1)“先建滤层后过滤”的方式保证了稳定的高过滤精度,彻底避免了滤纸滤带过滤无法避免的先粗后细的过滤精度波动缺陷;

2)“定量控制预涂滤层密度”可以满足不同过滤精度的需要,这相当于在纸带过滤机上换用不同密度的滤纸,却又没有高密度滤纸过滤时间短的弊端;

3)预涂过滤的滤渣可以脱液,油液损失少,资源节省,废物处理量小。相比之下,纸带过滤带出的油液很难再从滤纸上回收,资源浪费大,废物处理量也大。

4)预涂过滤在全密闭的容器和管道中进行,滤渣脱液回收,没有油气外溢,对改善生产车间的环境有利,因此是符合资源节约和环境保护的“绿色过滤技术”。

综上所述,“预涂过滤+精密温度控制”应当是高精度齿轮磨削首选的磨削油过滤方式。针对磨削油流量大小不同的磨床,可以选择每分钟几十升到几百升的中小型预涂过滤机为磨床单机配套,也可以为多台磨床甚至整个磨削车间选配一套每分钟几千升的大流量集中预涂过滤机,加上脏液泵回系统和净液供给管道组成集中过滤系统,将磨削油过滤和滤渣脱液处理都科学管理起来,就可以在获得稳定的高过滤精度的同时,降低资源消耗、改善生产环境、减少废物处理排放量,使过滤行业向资源节约型和环境友好型进步。


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