集中供液系統在發動機制造領域的應用與研究

韋小康 區云鋒 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 集中供液系統的作用

在發動機制造領域中，必須要對零部件進行精密的加工，以保證裝機質量，確保發動機的穩定運行。加工中心作為一種可以實現高精度加工的設備，為了確保其加工質量，需要對加工中心的切削供液系統進行優化，以提高工作效率和加工精度。而集中供液就是一種優化加工中心切削過濾系統的方法，通過對設備切削供液系統的消除替代，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，集中供液系統還可以實現對設備加工過程的精確控制和管理，為發動機制造提供更高效、更精密的生產手段。

2 集中供液系統的原理

集中供液系統為加工中心提供切削液，這種系統通常由一個大型集中過濾系統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，以實現各種加工操作。

集中供液系統主要由回液系統、過濾系統、溫控系統、供液系統組成，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，經過粗過濾后的切削液再由聯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線每臺加工中心，在這個輸送過程中，切削液還要經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、過濾系統、溫控系統、供液系統入手，詳細介紹其應用原理。

圖1 集中供液流程圖

2.1 回液系統

由圖2 可知，回液系統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，當到達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

過濾系統由粗過濾、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、循環帶上被帶出，經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。因循環帶在設備上需重復使用，所以在機頭倉部分設置了循環帶清潔裝置，通過對循環帶的振打、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側，經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：超過觸發壓差、超過設定的觸發時間、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，反沖洗循環結束。

2.3 溫控系統

供液回路中的溫度控制主要由板式熱交換器、三通調節閥與變頻泵來完成，切削液在輸送的過程流經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 三通調節閥

三通調節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控切削液溫度，將溫度反饋給三通調節閥，當供液溫度升高或降低時，閥門自動調節打開的大小，控制流經熱交換器冷凍水的流量，從而穩定供液溫度。

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閥一致，都為穩定系統切削液供液溫度。

2.4 供液系統

供液系統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場設備。供液系統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，泵以系統設定壓力下的速度進行運轉。當現場設備切削液流量需求加大時，系統將會繼續投入泵組運行，滿足現場需求。當流量需求小時，系統則會退出泵組運行。每臺泵組的運行都會被系統記錄工作時間，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 集中供液系統的優缺點

3.1 優點

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

3.2 缺點

集中供液系統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，設備維護保養較為困難，且設備故障時波及范圍廣，易造成生產線整線停線，對員工的專業技能要求相對較高。

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。相較于傳統的單機過濾系統，集中供液系統特點突出、優勢明顯，是今后汽車發動機零部件加工，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。