摘要：对厢式压滤机压紧力及其分布进行了探讨，重点分析了滤板错边错位、活塞杆伸出端的连接方式对压紧力及其分布的影响，提出了提高压紧力分布均匀性的设计新思路，从而增强压滤机密封工作的可靠性；并从机架主梁的焊接加工等方面探讨压滤机机架。
关键词：机架；滤板；压紧力；错边错位；固支；铰支；主梁
一、概述
1.对厢式压滤机的整体概述
厢式压滤机是间隙操作的加压过滤设备，应用于固液两相的分离。压滤机可以过滤粘度大，颗粒细的各种悬浮物料，它具有单位过滤面积大、占地面积少、对物料的适应性强、过滤面积的选择范围宽、过滤压力高、滤饼湿含量低、结构简单、价格便宜、操作维修方便、故障少寿命长等特点。是所有加压过滤机中结构最简单、应用最广泛一种过滤设备。广泛用于化工、染料、石油精炼、冶金、矿山、制药、制糖等工艺流程。
厢式压滤机工作原理是由滤板排列组成滤室（滤板两侧凹进，每两块滤板组合成一厢形滤室）。厢式压滤机主要由机架、拉板器、过滤机构、压紧油缸、清洗机构、集液盘液压站和电柜等组成。
具体原理如下：滤板的表面有麻点和凸台，用以支撑滤布。滤板的中心和边角上有通孔，组装后构成完整的通道，能通入悬浮液、洗涤水和引出滤液。滤板两侧各有把手支托在横梁上，由压紧装置压紧滤板。滤板之间的滤布起密封作用。
在输料泵的压力作用下，将需要过滤的物料液体送进各滤室，通过过滤介质（根据不同行业选择合适的滤布），将固体和液体分离。在滤布上形成滤渣，直至充满滤室形成滤饼。滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至下方出液孔通道，集中排出。过滤完毕，可通入清洗涤水洗涤滤渣。洗涤后，有时还通入压缩空气，除去剩余的洗涤液。过滤结束后打开压滤机卸除滤饼（滤饼储存在于相邻两个滤板间），清洗滤布，重新压紧板滤开始下一工作循环。
2.对压滤机机架的概述
压滤机的机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和压紧头，两侧的大梁将二者连接起来，大梁用以支撑滤板、滤框和压紧板。机架作用是用来支承和约束过滤机构，使得过滤机构满足过滤、压榨、洗涤滤饼等的功能要求。压滤机机架由止推板、压紧板、左右横梁、油缸支座等组成。止推板、压紧板上分别安装上衬板，避免直接接触过滤物料。压紧板左右装有滚轮，支撑在左右横梁上。为避免制造误差等因素影响，滚轮安装在偏心轴上，在安装时调整偏心距，可保证压紧板可靠支撑在横梁上。压紧板的推力来自油缸组件中的活塞杆，活塞杆端部与压紧板相连接，其连接形式采用铰支连接或固定支座连接。压滤机结构如图1所示。
二、机架上滤板的改造技术
对于滤板的改造技术有两种办法，这两种办法可以共同使用。
1.改变滤板的材料
在厢式压滤机中，铸铁的铝板占了整个机器的2/3左右，每块滤板就重400Kg，在试用中无论是操作还是维护都是十分的麻烦，尤其是在滤板有损坏时，更换和检修都是十分的困难，为此可采用质量比较轻并能符合使用要求的改性聚丙烯材料，所采用的聚丙烯材料为增加机械性能，在生产时添加了适当的玻璃纤维。新型的材料做成的滤板每块只有70Kg，在使用时降低了工人更换维修以及操作的劳动强度，从价格上来说，聚丙烯材料的滤板只有铸铁滤板的一半，而且弹性和密封性能都比铸铁铝板要好得多，有非常大的经济效益。
2.滤板结构的改造
在铝板的结构改造中。共有三种可以进行改造的结构。
第一个是滤芯板与滤板结合处的圆弧过渡面，为避免应力集中的影响，圆弧过渡面的直径可以增加到15mm以上，为增大排液量，也可以将原滤液流出槽的形状改变为间断台阶型，这也减少了应力集中的影响
第二在压滤机机头和机尾止推板之间以及滤芯板的工作面之间等距离安装四对支撑体，高度与滤板的高度相同就可以了，这种改进方法能使得各滤芯板的变形量大大减弱。
第三可以在滤芯板上打4个直径小于200毫米的泄压孔，这样可以达到不同压力下平衡相邻两个滤室的压力差通，同时也能使得各滤芯板的变形量大大减弱。
三、机架的不同状况的受力与滤室密封面
机架在厢式压滤机整个生产过程中的受力状态一般都要经过如下3个状态：
（1）机架仅承受过滤机构的重量（压滤机在进料前或卸料后状态）。
（2）机架承受过滤机构的重量及来自油缸组件的活塞杆的推力（压滤机在压紧板压紧到位待进料时状态）。
（3）机架承受过滤机构的重量、活塞杆的推力、过滤或洗涤等工序的操作压力引起的负载力（过滤工作或洗涤滤饼时状态）。
理想的滤室密封面是通过压紧机构工作而产生的均匀分布的接触应力形成的，由此滤板组之间达到密封效果。根据密封原理，就一般设备而言，减少和消除间隙从而形成一定的接触应力是阻止泄漏的重要途径。形成均匀分布的接触应力的主要因素取决于压紧力因素，而压紧力因素取央于负载因素及压紧力作用点的连接方式等。负载因素很多，包括滤板的平面度、滤板接触面之间的平行度、错边错位等等。
厢式压滤机中滤板工作原理如下：
四、机架上受力状况的计算与分析
由于压紧板的重量、压紧板承重结构因素以及制造等方面的影响都会引起滤板不同程度的错边错位。
1.根据相关公式：
（1）压力=压强*受力面积（F=PS）
（2）力矩=力*力臂（M=F*L）
2.假设在密封面上接触应力均匀分布，错边错位距离为e，油缸推力支点到压紧面距离为loA，到压紧板支撑点距离为loB.
q为压紧板与滤板之间互相作用接触压力；
q1为滤室的工作压力；
N为压滤机横梁对压紧板的支撑力；
f为压紧板和滤板的摩擦力；
P为油缸推力；
M0为油缸对压紧板的力矩；
m为压紧板质量。
（1）在受力状况一时：活塞杆推力中心线位置低于滤板中心线时的受力状况
它有关尺寸及受力状况见图2.
根据压力及力矩等有关公式，其计算过程如下：
若增加压紧板（含衬板）的外形尺寸到L+e，密封面的宽度增加到b +e，则式（4）修改为：
（2）在受力状况二时：活塞杆推力中心线位置高于滤板中心线时的受力状况。计算过程与受力状况一相同。最终公式为：
3.对上述2种计算公式分析如下：
（1）M0一定的情况下，对第1种状况，随着压紧力P的上升，摩擦力f相应增大，摩擦力增大，就会促进过滤机构滤板向上抬。而对第2种状况，随着压紧力P的上升，摩擦力f反而减少，只有在M0增大到足够大的情况下才会反向增大，此时过滤机构的滤板油向下移动趋势，但滤板支撑在左右横梁上，滤板向下移动是不可能的。
（2）第1种状况会促进过滤机构的滤板向下压，滤板及活塞杆中心形状如下图所示，这种情况，滤板中心上抬，过滤系统“被动失稳”，不利于压滤机的正常过滤工作。
（3）第2种状况会促进过滤机构的滤板间有向下运动趋势，但滤板被左右横梁支撑，滤板中心线实际是水平的。滤板及活塞杆中心线形状如下图所示。这种情况，有向下运动趋势的滤板得到横梁的支承，滤板中心不变，过滤系统的“主动失稳”，并不影响压滤机的正常工作。
（4）压紧板与活塞杆的连接形式通常有两种，即固支与铰支。很明显，在固定支座的情况下，Mo的数值高，从而可以提高压紧力P、接触应力q、q1。在铰支连接的情况下，Mo的数值低，压紧力P不大的情况下便可达到铰支Mo的水平，随着压紧力的进一步增大，压紧板将发生倾斜，从而压紧板出现上抬等现象。
（5）以上两种状况公式的推导是基于滤板绝对平整的条件下推导出来的，而实际情况由于滤板的平面度误差、压榨膜等厚度偏差的存在，滤板不可能保证绝对的平整。不平整的滤板压紧后，其表面的接触应力是不一致的，它也给压紧板一定的弯矩，因此可以说，压紧力P是衡量接触应力大小的指标，弯矩M是衡量接触不均匀性的指标。
（6）滤板的不平整性引起压紧板承受额外的弯矩，若压紧板与活塞杆连接方式是铰支的话，
可以改善此时滤板上接触应力的不均匀性。这一点与分析中第2点正好相反。
四、机架上主梁的加工
机架中的主梁是压滤机设备上一件很重要的承重钢结构，对焊接质量要求较高，另外，由于其结构尺寸都很大，很容易产生扭曲等焊接变形。改进压滤机主梁焊接工艺和控制焊接变形的措施，可以优化压滤机主梁焊接质量。
1.主梁焊接技术要求
压滤机主梁的上盖板与腹板的T形焊缝及腹板的拼接焊缝要求超声波检测100%的无损探伤，焊接接头质量要求达到Ⅱ类焊缝合格标准；外观要求焊缝表面不允许有未熔合、气孔、焊瘤、裂纹及咬边焊接缺陷。
2.主梁焊接工艺及防变形措施
压滤机主梁长度方向有四条纵缝，存在着纵缝引起的引起的缩短和挠曲变形，盖板、底板与腹板的接头存在角焊缝引起盖板、底板的角变形。
（1）下料根据实践经验，纵缝引起的纵向收缩量为0.1%，如果主梁的长度为15m，则在下料时，尺寸应为15m+15mm。
（2）定位焊压滤机主梁点定位接时要求点固牢靠，点固焊缝长度L≥30mm，焊脚高度6～7mm，间距e≤600mm。
（3）焊接使用专用焊接胎架，这样能保正角焊缝两边焊角一样高。施焊方便.焊接速度快，还可利用压滤机主梁的自重，采用反变形法，减少焊接变形。
第一，如图所示的焊接顺序进行焊接。在焊接过程中，压滤机主梁的惯性矩基本不变，上下两对角焊缝所引起的挠曲变形可以抵消，使压滤机主梁保持平直。
第二，采取多层多道焊，根据压滤机主梁的焊缝高度，所选取的焊缝层数为两层，第一层采用熔敷率高、焊接变形小的CO2气体保护焊打底，减小角变形和防止埋弧焊烧穿，第二层采用埋弧焊盖面。
第三，采用两台埋弧焊机从中间向两端同时进行连续焊，以减少纵向收缩变形。
（4）焊条电弧焊用焊条电弧焊焊接压滤机主梁两侧加强筋时，分别在压滤机主梁两侧安排两名操作水平相当的电焊工，使用同一种电焊机，以基本相同的焊接参数和焊缝高度，向同一方向，按对称对角的位置施焊。这样不仅能保证两侧的热输入相同，而且也能保证单侧不均匀的焊接热输入而导致的横向收缩变形。
（5）注意事项
第一，引弧板和引出板长度和宽度要大于120mm，且要开单V形坡口。焊接完毕后，用气焊割掉，并用磨光机磨平割口处，不允许用机械法强力拆除。
第二，与盖板的拼接焊缝与水平夹角为60°，开单边V形坡口，且两拼缝的间距要大于200mm。
第三，每焊完一道（层），进行外观检查，对气孔、未熔合等焊接缺陷，要进行返修，并通过检查员确认后，方可焊接下一层（道）。
第四，压滤机主梁点装、特别是焊接时，一定将焊接胎架垫平、垫实。
第五，加强筋与盖板、底板的T形焊缝结合处开12×45°的倒角，并留3～5mm长度不焊，以减少该部位的应力集中。
（6）焊后检查：①压滤机主梁的T形焊缝经100%的超声波检验，一次合格率达到99.4%。②焊后压滤机主梁的长度、宽度、对角线误差等尺寸符合图样要求。
结束语
（1）可根据具体情况对压缩板采用固定支座或铰链支座。一般来说，在滤板等刚性条件下使用铰链支撑更为合理。如滤板等刚性较差的情况，应采用固定支座。
（2）滤板选用改性聚丙烯材料减轻在横梁的受力。
（3）充分利用横梁的刚性，提高压紧板上压紧中心，并使其高于滤板中心，可以改善滤板向上的失稳状况。
（4）密封系数的大小取决于密封尺寸、密封介质的性质，密封面的表面粗糙度等级、物料的理化性质等，错边错位现象影响密封尺寸的大小和接触应力的均匀性。
（5）提高横梁的加工精度和焊接工艺，对压滤机的密封性有重要作用。
参考文献：
[1]丁启圣，王维一.新型实用过滤技术 2015.3
[2]唐立夫，王维一，张怀清.过滤机设计技术 2016.3
[3]石新红.厢式压滤机技术改造分析 2015.7
[4]机械工业出版社 焊工手册 1998.5
论文作者:陈淑
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/11
标签：压紧论文; 机架论文; 压滤论文; 活塞杆论文; 机主论文; 应力论文; 横梁论文; 《基层建设》2018年第23期论文;