張?jiān)评罘f

(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司數(shù)控加工廠，四川成都 610091)

濾芯是過濾裝置中的核心元件，在GB/T 20080—2006《液壓濾芯技術(shù)條件》中給出了具體的要求［1］。過濾介質(zhì)有雜質(zhì)及污染乳化等原因，定期清洗或更換濾芯是保證數(shù)控設(shè)備正常運(yùn)行的基本條件。

1 現(xiàn)有濾芯使用現(xiàn)狀

過濾罐流量越小濾芯的壽命就越長，反之壽命就短，而壽命縮短量是流量的平方關(guān)系［2］?，F(xiàn)有數(shù)控設(shè)備中，過濾器保持每天24 h工作狀態(tài)，濾芯的壽命也相對較短。

液壓油的污染主要有顆粒污染、水污染［3］。如果一臺液壓裝置的工作環(huán)境非常潮濕，當(dāng)油箱等部件密封不嚴(yán)時(shí)，就很有可能會使水進(jìn)入液壓系統(tǒng)。水與液壓油反應(yīng)，會形成酸性物質(zhì)和油泥，降低液壓油的潤滑性能，加速部件的磨損。對于顆粒物污染，現(xiàn)在一般都比較重視，采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行控制。而對水、空氣、微生物等其他污染，目前還沒有給予足夠的重視。

濾芯更換時(shí)間的確定在檢查油品的顏色、粘度、氣味的基礎(chǔ)上，還要檢測油壓力、空氣濕度。若機(jī)械使用低等級柴油(柴油中含硫量0.5% ～10%)，應(yīng)每隔150 h更換一次柴濾、機(jī)濾;含硫量在10%以上應(yīng)每隔60 h更換一次柴濾、機(jī)濾。使用破碎器、振動夯等對液壓系統(tǒng)負(fù)荷較大的設(shè)備，液壓回油濾芯、先導(dǎo)濾芯和呼吸器濾芯的更換時(shí)間為每隔100 h更換一次［4］。

由此可見，數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，導(dǎo)致油液污染及顆粒物污染幾率增大，過濾芯更換頻率也更高，是常見的日常點(diǎn)檢及頻繁更換對象。

2 現(xiàn)有濾芯更換利弊分析

2.1 普通波紋式濾芯的流速時(shí)間分析

常用的液壓、燃油濾芯為波紋式圓柱體，油液流過濾芯屬于通過多孔介質(zhì)的流動［5］，應(yīng)遵守達(dá)西(Darcy)定律。根據(jù)該定律可以計(jì)算出每個(gè)工作時(shí)間通過單位面積的油總量。按照過濾芯規(guī)格，計(jì)算出更換過濾芯的時(shí)間。

以常用的波紋式濾芯為例，經(jīng)計(jì)算得出數(shù)控設(shè)備使用的常用過濾芯更換時(shí)間約為4 000 h;如果長時(shí)間負(fù)荷以及惡劣加工環(huán)境下，更換或清洗的頻率應(yīng)該提高，根據(jù)TPM點(diǎn)檢及長期實(shí)踐分析，通常更換或清洗濾芯的時(shí)間定為3個(gè)月。

2.2 數(shù)控設(shè)備更換過濾芯的方法

通常更換濾芯時(shí)，需要將機(jī)床處于急停狀態(tài)，關(guān)閉液壓，壓縮空氣或真空等，手動拆卸過濾芯進(jìn)行清洗或更換。操作過程中機(jī)床不能加工工件，直到完成清洗后機(jī)床才能啟動。

更換濾芯時(shí)需對過濾杯及接觸面進(jìn)行清理，保持接觸面干凈無污染，檢查密封圈是否損壞，然后再進(jìn)行更換;清洗濾芯是指特定能清洗的濾芯，先通過清洗汽油浸泡20 min，然后用壓縮空氣吹干，如果油膩較重，則需要反復(fù)清洗幾次，同時(shí)也要保持接觸面清潔。一般更換濾芯的時(shí)間為1 h左右，清洗濾芯的時(shí)間為2 h左右。

2.3 更換時(shí)的利弊分析

現(xiàn)有的濾芯系統(tǒng)便于更換，采用手動式更換，沒有電氣系統(tǒng)，故障率小。用現(xiàn)有方法更換濾芯，需要停止機(jī)床，會導(dǎo)致機(jī)床無法在此期間加工工件，影響加工效率。一臺機(jī)床通常擁有真空濾芯、壓空濾芯、液壓濾芯、潤滑油濾芯和冷卻液濾芯等，如果濾芯安裝位置較隱蔽，將延長更換時(shí)間。

并且更換濾芯沒有時(shí)間節(jié)點(diǎn)，經(jīng)常按照機(jī)床報(bào)警或人為經(jīng)驗(yàn)來更換濾芯，如果超時(shí)更換將可能導(dǎo)致濾芯堵塞，并引起機(jī)床故障，甚至引發(fā)更大的工件質(zhì)量事故。機(jī)床在出現(xiàn)濾芯堵塞后，通常會出現(xiàn)急停報(bào)警，如果機(jī)床在加工過程中，急停報(bào)警會導(dǎo)致機(jī)床慣性情況下銑傷工件，或者由于液壓不足導(dǎo)致某些功能部件運(yùn)行錯(cuò)誤，甚至?xí)l(fā)質(zhì)量事故。

對液壓氣壓系統(tǒng)不熟悉的操作人員，在更換濾芯時(shí)，可能由于未關(guān)閉壓力狀態(tài)，或儲能器等導(dǎo)致液體或氣體噴射，更嚴(yán)重的將導(dǎo)致工傷事故。

3 一種過濾芯自維護(hù)系統(tǒng)

通過現(xiàn)有濾芯更換的方法及利弊分析，該過濾芯自維護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該包含以下幾種功能:

(1)在設(shè)定時(shí)間到達(dá)后自動切換濾芯。

(2)濾芯發(fā)生堵塞的情況下自動切換濾芯。

(3)切換濾芯后提示操作人員清洗濾芯。

(4)拆卸濾芯時(shí)安全可行。

3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)方案

以某空氣過濾為例，將主壓縮空氣通過電磁閥控制，分成并行的雙通道，分別安裝獨(dú)立的空氣過濾系統(tǒng)，最后通過單向閥供給機(jī)床使用。在手動更換或清洗濾芯時(shí)，根據(jù)外部的指示燈提示確定更換的濾芯。如圖1所示，為機(jī)械設(shè)計(jì)簡圖，其中壓力開關(guān)SP1和SP2為系統(tǒng)提供信號，表示該濾芯是否堵塞或異常，通過PLC控制電磁閥工作，從而達(dá)到切換濾芯的目的。后端的兩個(gè)單向閥保證在更換濾芯時(shí)防止有壓力的液體或其它介質(zhì)通過管路，達(dá)到安全更換或清洗濾芯的目的。

通過機(jī)械設(shè)計(jì)簡圖，可以根據(jù)實(shí)際機(jī)械安裝需求，將所有配件通過一個(gè)夾具或模具安裝到一起，達(dá)到操作簡單，體積小，實(shí)用方便等要求。如果需要添加安全措施，可以在濾芯的兩端添加手動關(guān)閉閥門，提高更換濾芯的安全性。

3.2 電氣設(shè)計(jì)方案

圖2所示，是基于FANUC系統(tǒng)的PLC編程的電氣方案設(shè)計(jì)，其中SP1、SP2分別代表2個(gè)并行過濾芯的壓力檢測開關(guān)，當(dāng)壓力檢測開關(guān)發(fā)出報(bào)警信號時(shí)，通過PLC控制電磁閥動作，Y1作為電磁閥動作輸出信號，電磁閥斷開時(shí)啟用SP1開關(guān)所在通道，當(dāng)電磁閥閉合時(shí)切換到SP2開關(guān)所在通道。Y2作為提示信號燈輸出信號，維護(hù)人員可以根據(jù)信號燈提示，手動清洗更換報(bào)警的過濾芯。T1為系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間，通過T1設(shè)定自動切換時(shí)間，當(dāng)時(shí)間到達(dá)后，同樣自動切換濾芯。同樣時(shí)間計(jì)算到第2次觸發(fā)時(shí)，電磁閥不工作，將回到原來通道。Y3作為雙通道報(bào)警輸出信號，當(dāng)2個(gè)通道同時(shí)出現(xiàn)壓力報(bào)警時(shí)，機(jī)床提示報(bào)警信息，并停止機(jī)床。

通過T1的時(shí)間設(shè)定，以及RS觸發(fā)電路的使用，保證在設(shè)定時(shí)間到達(dá)后分別切換到另外一個(gè)通道。并通過信號燈輸出，達(dá)到提醒更換濾芯的目的。以及壓力開關(guān)檢測也可以觸發(fā)切換濾芯指令，達(dá)到了該自維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

還可以根據(jù)實(shí)際要求增加時(shí)候添加更換時(shí)間提示，達(dá)到更換條件時(shí)閃燈或其它功能。也可以不通過PLC控制，設(shè)計(jì)簡單控制電路可以實(shí)現(xiàn)同樣目的。

4 自維護(hù)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用

國內(nèi)外各加工企業(yè)都在推廣TPM(全員生產(chǎn)保全)，提倡全員參與，機(jī)床點(diǎn)檢，精益制造等先進(jìn)理念。自維護(hù)系統(tǒng)可以將點(diǎn)檢工作自動化，到設(shè)定時(shí)間時(shí)間自動切換濾芯;并能在不停止機(jī)床加工的情況下，清洗或更換濾芯，減少了停工浪費(fèi)，也減少了由于濾芯未及時(shí)更換引發(fā)的設(shè)備事故及工件報(bào)廢的質(zhì)量隱患。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，添加一個(gè)并行濾芯的成本在500元以內(nèi)，按每3個(gè)月清洗一次濾芯，每次停工2 h計(jì)算，每臺機(jī)床每年可節(jié)約維修時(shí)間8 h，還可以極大地減少每次清洗濾芯時(shí)的油液浪費(fèi)。

自維護(hù)系統(tǒng)還可以應(yīng)用到其它領(lǐng)域，比如冷卻水泵自維護(hù)，常用閥門自維護(hù)，常用電氣部件自維護(hù)等。應(yīng)用于經(jīng)常損壞的備件，可以防止該備件損壞帶來的維修停工，也可以有效地防止備件損壞時(shí)的工件事故。

5 結(jié)語

濾芯自維護(hù)系統(tǒng)可以在濾芯堵塞時(shí)和設(shè)定更換濾芯時(shí)間到達(dá)時(shí)自動切換濾芯，并發(fā)出更換濾芯信號，提醒維護(hù)人員手動清洗或更換新濾芯，不影響設(shè)備正常運(yùn)行，可以有效地提高設(shè)備穩(wěn)定性。該系統(tǒng)還可以推廣到其它易損部件的維護(hù)中。

［1］劉黨華，高院安，劉勇.濾芯過濾性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動，2009(1).

［2］汪永飛.軋制油過濾系統(tǒng)濾芯使用壽命分析［J］.液壓與氣動，2008(11).

［3］蘇欣平，魏曉光，郭仲，等.液壓系統(tǒng)水污染的分析與防治［J］.機(jī)床與液壓，2011(4).

［4］蔣中衛(wèi).濾芯的正確選擇和使用，工程機(jī)械與維修［J］.2010(11).

［5］周瑞祥，張菊榮，蔡軍.濾芯清洗檢測方法研究［J］.液壓與氣動，2006(6).