一种新型全自动智能旋流式高压反冲洗过滤站的研制

吕松

摘 要： 本文针对目前井下液压过滤器安全性和可靠性低的问题，深入分析液压支架自动反冲洗过滤站液压系统原理，设计开发了一种全自动智能旋流式高压反冲洗过滤站，兼有过滤介质和自身清洗两种功能，能有效地保证液压支架系统清洁度高的要求，从而提高液压支架系统的可靠性，延长乳化液阀的使用寿命，为煤矿安全高效生产带来一定的便利性。

关键词： 过滤站 滤芯 反冲洗

高压反冲洗过滤站被广泛应用于煤矿井下工作面的液压系统中，其功能主要是对液压系统中的高压乳化液、高压油进行过滤并实现自我清洁，保证液压系统元件在清洁的系统环境中使用，提高液压系统中元件的可靠性。由于现在普遍采用的反冲洗过滤站在结构和功能方面存在着一定的缺陷，导致使用过程中监控手段单一、过滤精度较低、滤芯等核心元器件易损。全自动智能旋流式高压反冲洗过滤站中有简单有效的过滤反冲洗设备，可在十几秒内完成一台液压支架过滤网的清洗，过滤精度25μm，适用于过滤矿用乳化液介质。

1.自动反冲洗工作站设计方案

采用“全数控操作系统+乳化液冲洗液过滤回收+核心部件改进”的整体设计方案，即采用“滤芯通透率+油液污染度+压力差”相结合的三维数字监控程序，通过数控系统终端液晶显示控制板，对过滤站的主要工作参数进行可视化操作加装污染液沉降装置，对反冲洗流出的污染液进行沉降净化，使乳化液或油液可以二次利用；改进滤芯的结构，通过磁控溅镀技术提高滤网的表面硬度，骨架内加设伞式加转元件的新型滤芯，提高滤芯的反冲洗除污效果，采用新型无螺丝扣件快速锁定结构设计方案实现滤芯和壳体的快速拆换。

2.自动反冲洗工作站的工作原理

如下图所示；该设备包括机座①支撑座②加压罐③超精密过滤器④集成阀座装置⑦止回阀⑧交替阀⑨进液口⑩集成阀安装面板11、过滤沉淀装置12。集成阀装置⑦底部连接超精密过滤器④和加压罐③，超精密过滤器④与集成阀座装置由高强度螺栓紧固和密封圈密封，超精密过滤器④下部连接排污阀，排污阀是用快速插头与超精密过滤器④采用插装连接，排污阀下部的污液回收装置出口用软管与污水汇集管快速连接后进入过滤沉淀装置12，用于污液回收。集成阀座装置⑦阀体内设有主通道，并通过阀体主通道连接安装在集成阀座装置⑦内的止回阀、交替阀⑨和反冲阀，交替阀⑨内设有两个通道分别连通两座超精密过滤器④。集成发作装置⑦在交替阀⑨一侧的阀体上设有进液口⑩，另一侧设有出液口⑥超精密过滤器④包括外壳和滤芯，外壳上端连接设有中心孔的堵块且中心孔上设有方形凹槽的，滤芯上设置带有锁定块的压盖，锁定块和方形凹槽匹配，同时在外壳上端设有端盖，端盖带有压杆，通过压杆顶住和外壳锁在一起的滤芯端盖。

正常工作时，反冲阀和止回阀⑧均位于通路位置，排污阀②关闭，乳化液通过进液口⑩进入交替阀⑨，由交替阀⑨其中的一个通道进入集成阀座装置⑦主通道，通过止回阀⑧进入超精密过滤器④，乳化液由壳体和滤芯之间的空隙经过滤芯过滤，然后通过打开集成阀座装置⑦中的止回阀⑧进入回液管路，由出液口⑥通过管路进入工作面至液压支架实用。

需要反冲时，由数控程序系统压力传感器和污染度传感器采集的数据自动控制进行冲洗，首先关闭超精密过滤器④相对应的止回阀，反冲阀置于通路，然后数控系统控制开启排污阀，采用进液系统压力的乳化液通过反冲阀进入超精密过滤器④中进行冲洗滤芯。冲洗液通过集成阀座装置⑦进入滤筒内后，在滤芯内设置的伞式骨架加旋件的作用下，冲洗液在超精密过滤器④内发生涡流旋转。清洗后的污液通过排污阀②排入污液回收装置。反冲结束后排污阀关闭，控制系统相继打开止回阀⑧，使止回阀⑧置于通路，即完成一次反冲洗过程。

3.工作站核心零部件的改进

3.1运用磁控溅镀技术提高滤网的表面硬度。市场上的反冲洗站的滤网材质一般采用不锈钢材质，由于煤矿井下的环境复杂，且污染物主要以煤尘颗粒为主，导致了滤网易粘连和摩擦受损。本项目采用磁控溅镀技术在滤网表面堵上一层硬质薄膜，有效提高了滤网的表面硬度和光洁度。使用该技术不仅提高了液压系统工作状态时滤芯单位面积的流量，而且提高了反冲洗时的射流对垢层的剥离效果和滤网耐磨性，有效延长了滤网的使用寿命。

3.2设计骨架内带有伞式加转元件的新型滤芯，提高滤芯反冲洗的除污效果。目前市场上的滤芯一般采用柱形中空结构，反冲洗时液体从出口反向流入并从进口处流出，靠压力差带动液体反向径向冲击从而起到清污的效果。由于径向冲击的方向性和扩散时的压力损耗导致冲洗的维度单一，存在清洗死角和盲点。为了克服这一缺点，本项目在滤芯内设有伞式骨架加旋件，在反冲洗时，在反向冲洗液压力作用下，该加旋件打开呈伞状并绕旋转轴高速旋转，从而使冲洗液产生涡流效应，实現滤网的全方位冲洗。

3.3在滤筒和滤芯上采用新型无螺丝扣件快速锁定结构设计方案，作为使滤筒和滤芯的连接紧固的方式。滤筒组件包括滤筒外壳和滤芯，是反冲洗过滤站的核心部件。本项目通过应用新型无螺丝扣件快速锁定结构技术，即在外壳上端连接设有中心孔的堵块且中心孔上设有方形凹槽，滤芯上设置带有锁定块的压盖，锁定块和方形凹槽匹配，同时在外壳上端设有端盖，端盖带有拉环和压杆，通过压杆顶住和外壳所在一起的滤芯端盖。该技术克服了传统螺纹连接在更换或维修滤芯时造成的生锈和卡死现象。

4.过滤站的自动控制系统工作参数

4.1自动控制系统：通讯模块采用PCA82C250集成电路，通讯功率最高可达10Mbit/s，传输距离最远可达10km，AD转换模块采用16通道，10位精度的芯片对压力传感器和污染度传感器的电信号进行模数转化，信号处理模块采用TLV2374集成电路对压力传感器和污染度传感器采集到的信号进行放大，压力传感器采用本安型传感器，工作电压DC12V，额定工作电流15Ma，量程0～60MPa，污染度传感器采用光门原理的激光传感器，检测颗粒尺寸4-450um；颗粒数量≤24000个/ml。核心单片机采用MC9S12系列16位单片机才有5V供电，25MHz的总线技术，核心单片机与液晶显示器通过232通讯模块进行数据传输。

4.2过滤系统：液压系统的总流量1000L/min，最高工作压力达到40MPa，过滤精度25um，每组过滤器的流量500L/min，对15～50um的粒子具有97%以上截留率。液体通过滤网的速度为2.5m/s，液压经过滤站的压力损失为0.15MPa。

4.3反冲洗系统：在压力传感器和污染度传感器检测的信号通过数据传输给核心单片机读取。读取的信号经后台程序运算处理后和预先设定的正常滤芯通透率值（60%）进行比较。如果超过设定值，PLC将发出反冲洗的控制信号，每次冲洗的时间为5～10秒。

参考文献：

[1]吴根茂.新编实用电液比例技术[M].杭州：浙江大学出版社，2006.

[2]冯长印，王琳，曹瑞涛.二通插装阀方向油路设计中的几个问题[J].佛山陶瓷，2004，14（6）：29-32.

[3]刘俞铭.液压件（阀）液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册[K].石家庄：华北通用机械出版社，2005.

[4]王春梅，周仕强，夏红梅，等.液压集成阀块的设计[J].煤矿机械，2008，29（9）：40-41.

[5]余佑官，龚国芳，胡国良.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封，2005（3）：28-31.