集中供液系統(tǒng)在發(fā)動機制造領域的應用與研究

韋小康 區(qū)云鋒 余炳均 陽祥軍 許可良

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 集中供液系統(tǒng)的作用

在發(fā)動機制造領域中，必須要對零部件進行精密的加工，以保證裝機質量，確保發(fā)動機的穩(wěn)定運行。加工中心作為一種可以實現(xiàn)高精度加工的設備，為了確保其加工質量，需要對加工中心的切削供液系統(tǒng)進行優(yōu)化，以提高工作效率和加工精度。而集中供液就是一種優(yōu)化加工中心切削過濾系統(tǒng)的方法，通過對設備切削供液系統(tǒng)的消除替代，以減小設備的體積和占地空間，為加工中心提供更加穩(wěn)定、過濾精度更高的切削液供應，解決因單臺設備切削液過濾系統(tǒng)過濾精度不一的難題，從而提高工件加工質量和效率。此外，集中供液系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對設備加工過程的精確控制和管理，為發(fā)動機制造提供更高效、更精密的生產(chǎn)手段。

2 集中供液系統(tǒng)的原理

集中供液系統(tǒng)為加工中心提供切削液，這種系統(tǒng)通常由一個大型集中過濾系統(tǒng)和多臺加工中心組成。過濾冷卻后的切削液通過管道輸送到每臺加工中心的切削冷卻系統(tǒng)中，而每臺加工中心都可以通過閥門控制切削液的流量和壓力，以實現(xiàn)各種加工操作。

集中供液系統(tǒng)主要由回液系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、供液系統(tǒng)組成，主要部件有：粗過濾水箱、精過濾水箱、備用水箱、供液泵、中轉站、排屑機等。由圖1可知，其工作流程為：加工中心碎屑泵將切削液連同鐵屑輸送至中轉站，通過中轉站回液泵將切削液輸送至粗過濾水箱，經(jīng)過粗過濾后的切削液再由聯(lián)通口流至精過濾水箱進行二次過濾，再由供液泵將切削液輸送到生產(chǎn)線每臺加工中心，在這個輸送過程中，切削液還要經(jīng)過反沖洗過濾器與熱交換器，使其過濾精度及溫度均達到使用要求。以下將從回液系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、供液系統(tǒng)入手，詳細介紹其應用原理。

圖1 集中供液流程圖

2.1 回液系統(tǒng)

由圖2 可知，回液系統(tǒng)的作用是將設備的切削液輸送回粗過濾水箱，其主要由碎屑泵與中轉站組成。通過每臺的碎屑泵將切削液抽至中轉站，再由中轉站上的回液泵將切削液抽回集中過濾水箱。

圖2 設備回液示意圖

2.1.1 碎屑泵

碎屑泵在該系統(tǒng)中起到碎屑與抽液的作用，通過泵體前端攪拌頭與碎屑剪的轉動，將鐵屑打散并粉碎，與切削液一同抽至中轉站。

2.1.2 中轉站

中轉站的作用是將切削液抽回過濾水箱。由圖3 可知，其主要由水箱本體、液位傳感器、回液泵組成。液位傳感器有3 個，分別為低液位、高液位、極高液位?；匾罕糜? 個，分別為A 泵與B 泵，每臺泵組出口端有球形止回閥及手動閥。當水箱中切削液達到高液位時傳感器接通，A 泵啟動抽液，當液位下降至低液位傳感器斷開時，A 泵停止抽液，此時止回閥內(nèi)鋼球復位，防止管路切削液倒流。若A 泵抽液后液位還在上升，當?shù)竭_極高液傳感器接通時，B 泵啟動，兩個回液泵同時運行抽液，使液位快速下降，防止切削液溢出。

圖3 中轉站結構圖

2.2 過濾系統(tǒng)

過濾系統(tǒng)由粗過濾、精過濾、反沖洗過濾組成。主要是過濾去除污液中的鐵屑及油膜，完成初級過濾。

2.2.1 粗過濾

粗過濾水箱主要由排屑鏈與油水分離器組成。在電機驅動下，排屑鏈不斷轉動，刮板將沉在水箱底部的大顆粒鐵屑排出。粗過濾的運行可設定連續(xù)運行模式和間歇運行模式，為防止鐵屑堆積而加大排屑電機負載，通常設定為連續(xù)運行模式。而浮在水箱表面的油膜附著在油水分離器撇油帶上，通過撇油帶的不斷轉動，油膜被刮出水箱。通過粗過濾后的切削液通過聯(lián)通管流至精過濾水箱。

2.2.2 精過濾

由圖4 可知，精過濾水箱結構比較復雜，相對于粗過濾，增加了循環(huán)帶及濾紙進行二次過濾。沉降在水箱底部的鐵屑顆粒物及水箱其他雜質附著在濾紙、循環(huán)帶上被帶出，經(jīng)過二次過濾的切削液滲透到水箱底部的真空箱，供液泵從真空箱抽液。因循環(huán)帶在設備上需重復使用，所以在機頭倉部分設置了循環(huán)帶清潔裝置，通過對循環(huán)帶的振打、沖洗、吹氣，去除附著的鐵屑。精過濾的走紙方式為間歇走紙，走紙條件有三種：手動走紙、真空負壓走紙和時間間隔走紙。真空負壓走紙為當濾紙及循環(huán)帶臟堵時，液無法滲透到真空箱，而供液泵不斷的抽液使真空箱產(chǎn)生負壓，當負壓達到設定值時，啟動走紙。時間走紙為當達到設定的間隔時間時，啟動走紙。

圖4 精過濾水箱結構圖

2.2.3 反沖洗過濾

反沖洗過濾器安裝在供液管路上。由圖5可知，需過濾的切削液從內(nèi)向外流過反沖洗過濾器的線隙式濾芯，液中的固體顆粒截留在濾芯內(nèi)側，經(jīng)過再次過濾的切削液輸送到供液管路。隨著顆粒截留的增多，過濾器進液側和出液側之間的壓差增大，若壓差達到設置的觸發(fā)壓差便開始自動反沖洗。反沖洗啟動的條件有三個，分別為：超過觸發(fā)壓差、超過設定的觸發(fā)時間、按手動反沖鍵。

圖5 反沖洗過濾示意圖

反沖洗一旦開始進行，則反沖洗過濾器即開始清洗濾芯。齒輪電機通過傳動軸轉動預清洗濾芯下面的沖洗臂，通過定位開關正對其中一根濾芯，電機停轉，這時進入預反沖洗濾芯的受污染液流被中斷，濾芯內(nèi)側與沖洗臂及反沖洗管路連通。反沖洗閥迅速開啟，在出液側與反沖洗管路之間產(chǎn)生了一個壓降，壓降把一小部分切削液逆向沖入預清洗的濾芯。聚積在濾芯內(nèi)側的污染顆粒物被反向壓力沖進反沖洗管路，排出過濾器。每個濾芯的反沖洗時間約 1.5 秒，時間一過，反沖洗閥立即關閉。電機再次轉動，通過定位開關使沖洗臂正對下一根濾芯進行清洗。依次類推，這樣所有濾芯被依次清洗。所有濾芯都被清洗后，通過零位開關，沖洗臂回到初始位置，反沖洗循環(huán)結束。

2.3 溫控系統(tǒng)

供液回路中的溫度控制主要由板式熱交換器、三通調節(jié)閥與變頻泵來完成，切削液在輸送的過程流經(jīng)熱交換器與冷凍水進行熱量交換。

2.3.1 熱交換器

熱交換器安裝在反沖洗過濾器的出口端。流經(jīng)熱交換器的冷凍水與切削液，中間間隔一種壓制成特殊波紋的薄金屬板組，熱量從一側介質傳遞到另一側介質中，從而進行熱量交換。

2.3.2 三通調節(jié)閥

三通調節(jié)閥安裝在熱交換器前端冷凍水進液管路上，通過供液管路的溫度傳感器實時監(jiān)控切削液溫度，將溫度反饋給三通調節(jié)閥，當供液溫度升高或降低時，閥門自動調節(jié)打開的大小，控制流經(jīng)熱交換器冷凍水的流量，從而穩(wěn)定供液溫度。

2.3.3 變頻泵

變頻泵安裝在熱交換器前端切削液進液管路上，通過調節(jié)進入熱交換器的切削液壓力與流量，以提高熱交換的效率，其作用基本與三通調節(jié)閥一致，都為穩(wěn)定系統(tǒng)切削液供液溫度。

2.4 供液系統(tǒng)

供液系統(tǒng)主要控制切削液的輸送，供液泵從精過濾底部的真空箱將干凈的切削液抽出，通過供液管路供給到現(xiàn)場設備。供液系統(tǒng)主要研究供液泵的投入管理。

2.4.1 泵的管理

供給泵組由多臺泵組成。供液泵組中每個泵都配備變頻器控制，從而確保供液管路中的切削液壓力保持穩(wěn)定。設備啟動時，泵組的第一個泵通過變頻器進行漸進式的啟動，并在管道加注期間減速運轉，管道注滿后，泵以系統(tǒng)設定壓力下的速度進行運轉。當現(xiàn)場設備切削液流量需求加大時，系統(tǒng)將會繼續(xù)投入泵組運行，滿足現(xiàn)場需求。當流量需求小時，系統(tǒng)則會退出泵組運行。每臺泵組的運行都會被系統(tǒng)記錄工作時間，當設備停機后重新啟動時，將從記錄工作時間最少的泵組開始投入運行，從而均衡每臺泵組的運行時間。

3 集中供液系統(tǒng)的優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

集中供液系統(tǒng)與單機配備分散的切削液供液系統(tǒng)相比，具備明顯優(yōu)點。它可對切削液進行集中的過濾、除油、增氧、殺菌，實現(xiàn)對其濃度、pH 值和菌落數(shù)的控制，從而保證切削液不發(fā)生變質，延長液的使用壽命。切削液的集中過濾和循環(huán)使用，在降低生產(chǎn)成本、降低員工勞動強度、改善車間工作環(huán)境、減少環(huán)境污染的同時，還可以實現(xiàn)對變質切削液的集中處理，從而進一步減少對環(huán)境的污染。重要的是，切削液集中供液系統(tǒng)能使切削液質量長期保持穩(wěn)定，保證了發(fā)動機缸體切削加工的需求。

3.2 缺點

集中供液系統(tǒng)的切削液質量控制要求高，否則容易滋生細菌使切削液變質，影響工件加工質量。還有其結構復雜，日常操作和維護要求嚴格，設備維護保養(yǎng)較為困難，且設備故障時波及范圍廣，易造成生產(chǎn)線整線停線，對員工的專業(yè)技能要求相對較高。

4 結語

本文通過詳細介紹集中供液系統(tǒng)的組成及主要部件的工作原理，進一步了解其使用特性。相較于傳統(tǒng)的單機過濾系統(tǒng)，集中供液系統(tǒng)特點突出、優(yōu)勢明顯，是今后汽車發(fā)動機零部件加工，及其他機械加工設備的應用方向，推廣性強，市場應用前景廣闊。