快速更換過濾片的管連接設計

鄒　賓

（天津市勞動經濟學校，天津 300380）

快速更換過濾片的管連接設計

鄒賓

（天津市勞動經濟學校，天津 300380）

本文基于現有設備的加工制造能力，優化改造空氣過濾裝置的管連接結構，重新設計、加工和組裝整個結構為一種抽屜式快換裝置。通過改造前后的使用對比可見，優化后的裝置大大減少了輔助時間，提高了工作效率。

空氣過濾器 管連接 快換裝置

引言

空氣過濾裝置主要用途是檢測空氣中污染物的含量。在過濾裝置中有特制的空氣過濾膜，我們通過濾膜來檢驗單位時間內空氣的成分以及污染的情況。所以，過濾膜需要經常更換。空氣過濾器都有它自己特定的結構。首先，空氣過濾器裝置外型要與減壓閥、油霧器的外型類似。空氣過濾器的本體是整個過濾器的基體，是主要的承載部分，在很大程度上決定了空氣過濾器的外觀和流量特性。本體的材料一般選用壓鑄鋁合金或鋅合金，塑膠材料雖便宜但強度不高。空氣過濾器外型設計的一般原則是：在保證內部結構的前提下，外型有特色、簡單、尺寸緊湊、易于拆裝組合和模塊化設計，尤其要考慮如何方便地與其他元件連接。目前的產品中，主要有2種連接方式：一種為本體上有斜面，靠固定件上的斜面拉緊固定；另一種靠螺栓連接。前者便于拆裝維修，后者則尺寸緊湊。同時，為確保不裝反過濾器，閥體上要有醒目的氣體流動方向標志。現有的結構是螺紋連接的形式，采樣過程中抽取過濾膜十分不方便，需要將整個螺紋機構拆下來，法蘭也要拆下。這樣不僅浪費時間，而且多次拆卸會降低部件壽命。可見，原來的結構十分不合理。因此，綜合考慮功率器的整體結構，在保證原有工作機理的情況下對整個機構進行改造。

圖1　改造前結構

1　改裝前的整體結構特點

由于過濾的需要，以前的整體機構非常不便利。各管道之間的連接要么螺紋連接要么法蘭連接。當更換過濾片時只能整體拆卸下來，更換好過濾片后再組裝，不僅更換不便利，而且頻繁地拆卸螺紋機構會使使用壽命下降。由于過濾器裝置的成本較高，更換價格昂貴，所以本著節省成本、提高效率的原則，本文將優化現有結構，改造整體結構。改裝前的主要結構原理如圖1所示。

從圖1中可以看到，整個連接是靠螺紋壓緊密封的。紅色為過濾片的托兒，綠色為膠圈壓緊過濾片。但是，壓緊后如果想更換過濾片，就要將整個系統拆離開，取出過濾片，更換后再擰上壓緊。這樣對各個零件都造成了一定的磨損，更重要的是拆卸浪費時間，不方便更換。此外，零件兩端螺口與法蘭連接，法蘭與對接的法蘭不能進行旋轉，所以拆卸時還需要把法蘭上的6條螺絲拆除才能轉動過濾器一端。因此，拆卸十分麻煩，換一個濾片需要消耗好幾個小時。

2　基于原有結構進行改造的思路

對于現有結構，考慮在不拆卸法蘭的情況下，上端與下端的管連接不動，中間加入些結構，使更換更加便捷。本文考慮采用熱水器燃氣連接管的結構進行設計，如圖2、圖3所示。

圖2　管件結構

圖3　管件結構

采用這種結構可以避免上下兩個零件在拆卸時必須要旋轉的問題。只要中間的管箍旋轉上下兩個結構就會分開，擰上就會將中間的皮墊旋緊，避免漏氣。

然后，考慮中間的過濾片怎樣取出的問題。要想不動上下兩個零件，只能將過濾片做一個套，像抽屜一樣可以抽拉，即換片時抽出，使用時插入旋緊。因此，這就需要在原來零件的基礎上加以改進，重新加工設計制造。

3　對原有零件進行設計改造

基于上述思路對零件進行設計加工。考慮到現有加工條件，一臺數控銑床，一臺數控車床，“抽屜”只能做成分體式結構，否則會加大加工難度，不能完成加工改造。首先，上端零件改進較多，壓緊濾片的平臺應該保留，還要在上端銑出放“抽屜”的槽，以保證做好的“抽屜”能夠順利放到管件中。同時，在底端打孔、攻絲M4螺絲孔5個，以保證與下邊的“抽屜”托環穩固連接。加做的“抽屜”托環，需要外部車削M105X1.5的外螺紋以連接圖2所示的下端結構。在端面上打M4的過螺絲孔5個，與上端位置一致，以安裝到一起組成圖4所示結構。按照上端零件制造“抽屜”零件，并加工到尺寸，能夠順利安裝到空缺處。其中，技術要求不是很高，只要“抽屜”中的圓心與上端組合件配合到一起的同軸度在正負0.2mm即可。“抽屜”零件如圖5所示。根據圖2所示連接機構，設計下端連接。首先，需要加做連接環零件（見圖6），外部滾花處理，用于加大摩擦力壓緊零件；內部做M105X1.5的內螺紋，以與上部連接上，但在底部需要有一定厚度的環托，配合下端零件，以拉緊下端零件向上頂緊尼龍的過濾片，來保證整個通道不漏氣。下端零件機構基本沒有變化，只是頂尼龍過濾片的臺兒加長了，要通過托環頂到過濾片上。這時，基本設計結構就完成了，然后進行加工制造。

圖4　上端與托環組裝結構

圖5　“抽屜”零件

圖6　連接環零件

4　改造后零件的加工

上端零件的加工需要將“抽屜”的外形加工出來。這里采用立式加工中心加工，按照設計要求加工出外形，保證精度。用機床M4的螺絲孔保證螺絲孔的位置度，以保證順利安裝。由于要保證外螺紋的加工，同時考慮機床加工極限問題以及效率問題，托環的加工不采用做芯軸的方法，而是直接將棒料夾到數控車的卡盤上，車削外圓以及外螺紋到尺寸。因為內圓要求不高，而且本著省料的原則，夾到立式加工中心上用直徑6mm銑刀銑削內圓，這樣中間的料還能夠使用。然后，加工M4螺絲的過孔，位置度要保證，以和上端零件安裝到一起。最后，車斷所要的零件，銳邊倒鈍做后處理。連接環的加工主要考慮零件比較薄不能變形，否則就不能順利擰到上端零件上，導致配合失敗。由于滾花受力相對較大，容易讓零件變形，所以還是選擇能夠加持的長一點的料。先在車床中將毛坯料上進行滾花，然后將連接環的內孔料全部掏掉，加工到車削螺紋的尺寸，加工內螺紋，再加工內型到尺寸，將零件切斷獲取成品零件，最后零件做倒角處理。當然，由于外螺紋的件已經做好，內螺紋配做就可以，即只要擰得進去就可以。此外，為了避免掏掉料后薄壁零件發生不規則變形，最后采用了加長加持部分的方法制造零件。加工“抽屜”相對簡單，尺寸與上端零件一致就好。毛坯采用加工托環的余料加工，用立式加工中心夾住托環的余料部分，在反面加工出“抽屜”零件，解決了裝夾問題，不用考慮變形，大大節省了多次裝夾的時間。同時，利用了余料，不會造成浪費。將中間部分銑出形狀后，用車床切斷，還可以獲得一塊階梯軸的余料，提高效率的同時降低了成本。此外，下端零件的加工在數控車床上完成，加工外形和內輪廓相對比較簡單，從加工工藝上和加工難度上都比較容易實現。

5　改造后組裝

零件加工完成后開始組裝。由于零件尺寸精度要求不是很高，加工精度都能保證，組裝比較順利。但是，設計中由于托環的截面厚度有點小，導致5個螺絲的沉頭太小，螺絲不能完全下沉到工件表面以下，最后只能將螺絲冒磨小，安裝到沉頭孔中。安裝后效果還算不錯，不會影響拆卸和使用要求。安裝后連接環能夠順利將下端管件拉緊，使下端管件頂緊尼龍過濾片，尼龍片頂緊后會和上端管件配合壓緊，以保證整個管路不發生漏氣現象。上端管件的組合結構中要保證開口的厚度大于“抽屜”的厚度，方便尼龍過濾片隨時抽出換片。最后，在“抽屜”上做一個把手，以方便抽拉。組裝后的結構和成品如圖7、圖8所示。

6　總結

圖7　裝配圖

圖8　成品圖

通過對現有零件的改裝制造，大大提高了該機構日常的工作效率，且節省了大量時間，降低了勞動強度。改裝制造中總結經驗：首先，一定要根據現有設備考慮加工的可實施性；其次，考慮節省材料的同時，一定要考慮到零件的變形和實際情況，不能將就，否則會造成更大的損失；最后，設計時要找到相應的標準件作為參考，判斷是否能夠正常使用，否則后期安裝不上，再去修整零件就十分麻煩，因此設計時一定要仔細，注意每一個細節。

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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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