快速更换过滤片的管连接设计

邹　宾

（天津市劳动经济学校，天津 300380）

快速更换过滤片的管连接设计

邹宾

（天津市劳动经济学校，天津 300380）

本文基于现有设备的加工制造能力，优化改造空气过滤装置的管连接结构，重新设计、加工和组装整个结构为一种抽屉式快换装置。通过改造前后的使用对比可见，优化后的装置大大减少了辅助时间，提高了工作效率。

空气过滤器 管连接 快换装置

引言

空气过滤装置主要用途是检测空气中污染物的含量。在过滤装置中有特制的空气过滤膜，我们通过滤膜来检验单位时间内空气的成分以及污染的情况。所以，过滤膜需要经常更换。空气过滤器都有它自己特定的结构。首先，空气过滤器装置外型要与减压阀、油雾器的外型类似。空气过滤器的本体是整个过滤器的基体，是主要的承载部分，在很大程度上决定了空气过滤器的外观和流量特性。本体的材料一般选用压铸铝合金或锌合金，塑胶材料虽便宜但强度不高。空气过滤器外型设计的一般原则是：在保证内部结构的前提下，外型有特色、简单、尺寸紧凑、易于拆装组合和模块化设计，尤其要考虑如何方便地与其他元件连接。目前的产品中，主要有2种连接方式：一种为本体上有斜面，靠固定件上的斜面拉紧固定；另一种靠螺栓连接。前者便于拆装维修，后者则尺寸紧凑。同时，为确保不装反过滤器，阀体上要有醒目的气体流动方向标志。现有的结构是螺纹连接的形式，采样过程中抽取过滤膜十分不方便，需要将整个螺纹机构拆下来，法兰也要拆下。这样不仅浪费时间，而且多次拆卸会降低部件寿命。可见，原来的结构十分不合理。因此，综合考虑功率器的整体结构，在保证原有工作机理的情况下对整个机构进行改造。

图1　改造前结构

1　改装前的整体结构特点

由于过滤的需要，以前的整体机构非常不便利。各管道之间的连接要么螺纹连接要么法兰连接。当更换过滤片时只能整体拆卸下来，更换好过滤片后再组装，不仅更换不便利，而且频繁地拆卸螺纹机构会使使用寿命下降。由于过滤器装置的成本较高，更换价格昂贵，所以本着节省成本、提高效率的原则，本文将优化现有结构，改造整体结构。改装前的主要结构原理如图1所示。

从图1中可以看到，整个连接是靠螺纹压紧密封的。红色为过滤片的托儿，绿色为胶圈压紧过滤片。但是，压紧后如果想更换过滤片，就要将整个系统拆离开，取出过滤片，更换后再拧上压紧。这样对各个零件都造成了一定的磨损，更重要的是拆卸浪费时间，不方便更换。此外，零件两端螺口与法兰连接，法兰与对接的法兰不能进行旋转，所以拆卸时还需要把法兰上的6条螺丝拆除才能转动过滤器一端。因此，拆卸十分麻烦，换一个滤片需要消耗好几个小时。

2　基于原有结构进行改造的思路

对于现有结构，考虑在不拆卸法兰的情况下，上端与下端的管连接不动，中间加入些结构，使更换更加便捷。本文考虑采用热水器燃气连接管的结构进行设计，如图2、图3所示。

图2　管件结构

图3　管件结构

采用这种结构可以避免上下两个零件在拆卸时必须要旋转的问题。只要中间的管箍旋转上下两个结构就会分开，拧上就会将中间的皮垫旋紧，避免漏气。

然后，考虑中间的过滤片怎样取出的问题。要想不动上下两个零件，只能将过滤片做一个套，像抽屉一样可以抽拉，即换片时抽出，使用时插入旋紧。因此，这就需要在原来零件的基础上加以改进，重新加工设计制造。

3　对原有零件进行设计改造

基于上述思路对零件进行设计加工。考虑到现有加工条件，一台数控铣床，一台数控车床，“抽屉”只能做成分体式结构，否则会加大加工难度，不能完成加工改造。首先，上端零件改进较多，压紧滤片的平台应该保留，还要在上端铣出放“抽屉”的槽，以保证做好的“抽屉”能够顺利放到管件中。同时，在底端打孔、攻丝M4螺丝孔5个，以保证与下边的“抽屉”托环稳固连接。加做的“抽屉”托环，需要外部车削M105X1.5的外螺纹以连接图2所示的下端结构。在端面上打M4的过螺丝孔5个，与上端位置一致，以安装到一起组成图4所示结构。按照上端零件制造“抽屉”零件，并加工到尺寸，能够顺利安装到空缺处。其中，技术要求不是很高，只要“抽屉”中的圆心与上端组合件配合到一起的同轴度在正负0.2mm即可。“抽屉”零件如图5所示。根据图2所示连接机构，设计下端连接。首先，需要加做连接环零件（见图6），外部滚花处理，用于加大摩擦力压紧零件；内部做M105X1.5的内螺纹，以与上部连接上，但在底部需要有一定厚度的环托，配合下端零件，以拉紧下端零件向上顶紧尼龙的过滤片，来保证整个通道不漏气。下端零件机构基本没有变化，只是顶尼龙过滤片的台儿加长了，要通过托环顶到过滤片上。这时，基本设计结构就完成了，然后进行加工制造。

图4　上端与托环组装结构

图5　“抽屉”零件

图6　连接环零件

4　改造后零件的加工

上端零件的加工需要将“抽屉”的外形加工出来。这里采用立式加工中心加工，按照设计要求加工出外形，保证精度。用机床M4的螺丝孔保证螺丝孔的位置度，以保证顺利安装。由于要保证外螺纹的加工，同时考虑机床加工极限问题以及效率问题，托环的加工不采用做芯轴的方法，而是直接将棒料夹到数控车的卡盘上，车削外圆以及外螺纹到尺寸。因为内圆要求不高，而且本着省料的原则，夹到立式加工中心上用直径6mm铣刀铣削内圆，这样中间的料还能够使用。然后，加工M4螺丝的过孔，位置度要保证，以和上端零件安装到一起。最后，车断所要的零件，锐边倒钝做后处理。连接环的加工主要考虑零件比较薄不能变形，否则就不能顺利拧到上端零件上，导致配合失败。由于滚花受力相对较大，容易让零件变形，所以还是选择能够加持的长一点的料。先在车床中将毛坯料上进行滚花，然后将连接环的内孔料全部掏掉，加工到车削螺纹的尺寸，加工内螺纹，再加工内型到尺寸，将零件切断获取成品零件，最后零件做倒角处理。当然，由于外螺纹的件已经做好，内螺纹配做就可以，即只要拧得进去就可以。此外，为了避免掏掉料后薄壁零件发生不规则变形，最后采用了加长加持部分的方法制造零件。加工“抽屉”相对简单，尺寸与上端零件一致就好。毛坯采用加工托环的余料加工，用立式加工中心夹住托环的余料部分，在反面加工出“抽屉”零件，解决了装夹问题，不用考虑变形，大大节省了多次装夹的时间。同时，利用了余料，不会造成浪费。将中间部分铣出形状后，用车床切断，还可以获得一块阶梯轴的余料，提高效率的同时降低了成本。此外，下端零件的加工在数控车床上完成，加工外形和内轮廓相对比较简单，从加工工艺上和加工难度上都比较容易实现。

5　改造后组装

零件加工完成后开始组装。由于零件尺寸精度要求不是很高，加工精度都能保证，组装比较顺利。但是，设计中由于托环的截面厚度有点小，导致5个螺丝的沉头太小，螺丝不能完全下沉到工件表面以下，最后只能将螺丝冒磨小，安装到沉头孔中。安装后效果还算不错，不会影响拆卸和使用要求。安装后连接环能够顺利将下端管件拉紧，使下端管件顶紧尼龙过滤片，尼龙片顶紧后会和上端管件配合压紧，以保证整个管路不发生漏气现象。上端管件的组合结构中要保证开口的厚度大于“抽屉”的厚度，方便尼龙过滤片随时抽出换片。最后，在“抽屉”上做一个把手，以方便抽拉。组装后的结构和成品如图7、图8所示。

6　总结

图7　装配图

图8　成品图

通过对现有零件的改装制造，大大提高了该机构日常的工作效率，且节省了大量时间，降低了劳动强度。改装制造中总结经验：首先，一定要根据现有设备考虑加工的可实施性；其次，考虑节省材料的同时，一定要考虑到零件的变形和实际情况，不能将就，否则会造成更大的损失；最后，设计时要找到相应的标准件作为参考，判断是否能够正常使用，否则后期安装不上，再去修整零件就十分麻烦，因此设计时一定要仔细，注意每一个细节。

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Fast Filter Replacement Pipe Connection Design

ZOU Bin
(Tianjin Labor School of Economics, Tianjin 300380)

And e nterprise cooperation projects f or air filtration device of a pipe connecting structure of filter replacement is not convenient, the structure of the original when replacing the filter need to the entire device is disassembled to replace, in order to save time, improve efficiency, we study the whole structure to optimize the transformation. In t aking into account on the basis of exi sting equi pment manufacturing capacity, we on the whole s tructure of re des ign, processing and as sembling. Finally, an optim ization for a drawer type quick change device, by using contrast before and after the transformation, optimization of the device to ensure the completion of the original purpose of the foundation, greatly reducing the auxiliary tim e, improve work efficiency.

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