过滤器预净机系统的制作方法

本发明整体涉及过滤器系统，更具体地，涉及一种用于过滤器系统的预净机。

背景技术：

农业、建筑、采矿、发电及其它类似产业中使用的机器通常包括支撑内燃发动机的框架、可动地连接至框架的作业工具、和连接在框架与作业工具之间并且由发动机驱动的至少一个液压缸。这种机器典型地在以大量气载尘埃、污垢和碎屑为特征的恶劣环境中运行。在这样的环境中，希望的是在将空气引至发动机之前从空气移除这些碎屑。为了辅助这个过程，这些机器典型地包括能够在发动机的上游移除气载碎屑的进气过滤器或其它类似的净气机。另外，为了辅助延长这种净气机的使用寿命，一些机器也可以包括能够在利用净气机清洁进气之前从进气流移除相对大的碎屑的预净机。

2012年5月15日授权的美国专利No.8177872(“’872专利”)公开了一种采用预净机的示例性进气系统。’872专利中教导的预净机包括设置在壳体内的多个惯性分离器，该壳体在发动机净气机的上游流体地连接。随着进气被吸入壳体中，惯性分离器从空气移除相对大的碎屑颗粒并且将它们沉积在壳体内。这些颗粒随后经由流体地连接至发动机的排气系统的排气管从壳体移除。

虽然’872专利的系统可以被构造为从进气移除相对大的碎屑颗粒，但这种系统具有若干缺陷是已知的。例如，在相对大量碎屑的环境中，这种系统中使用的惯性分离器很容易阻塞。一旦阻塞，这些分离器由于它们的尺寸、位置和构造而难于清洁。另外，随着这些分离器变得阻塞，经过预净机的气流减少。如果任其发展，这种气流的减少会在预净机内形成低压区域，其足够强以将高温排气吸入预净机。 这种高温排气能损坏预净机并且会对发动机内的燃烧过程产生不利作用。

此外，’872专利中公开的类型的排气管通常难以移除已被收集在预净机壳体内的碎屑。由于经过这种排气管的真空流典型地听命于发动机速度，这种排气管的碎屑移除能力会在以相对低发动机速度为特征的发动机怠速或其它发动机运行模式下显著降低。结果，收集的碎屑会随着时间累积在壳体内。由于这种预净机采用的惯性分离器的数量和极为贴近的布置，操作者很难手动地从预净机壳体移除这些积累的碎屑，并且这些累积的碎屑会降低预净机的效率。

因此，需要改进的预净机系统以解决上面描述的问题和/或由其它常规方式带来的问题。

技术实现要素：

本发明的各方面能够提供改进的预清理。

本发明的一方面涉及一种预滤器。预滤器包括第一级、第二级和第三级。第一级包括第一级筛、靠着第一级筛设置的刷、和使刷和第一级筛相对于彼此运动的致动器。第二级包括离心分离器。第三级包括过滤介质，其具有预定尺寸的孔。

本发明的另一方面涉及一种机器。该机器包括发动机、用于发动机的进气部、和流体地联接至进气部的预滤器。预滤器包括第一级、第二级和第三级。第一级包括第一级筛、刷和致动器。第一级筛能够从气流过滤出悬浮在气流中的颗粒的第一部分。刷能够从第一级筛移除所述颗粒的第一部分。致动器能够使刷和第一级筛相对于彼此运动。第二级包括离心分离器，其能够迫使气流旋转。气流的旋转迫使悬浮在气流中的颗粒的第二部分从旋转气流的中心线径向向外运动，并且经由围绕离心分离器设置的环形碎屑口离开离心分离器。第三级包括过滤介质，过滤介质具有预定尺寸的孔以移除颗粒的第三部分。所述颗粒的第三部分比所述预定尺寸大。

本发明的又一方面涉及一种预滤器。预滤器包括第一级、第二级 和第三级。第一级包括能够从气流过滤出悬浮在气流中的颗粒的第一部分的第一级离心分离器，第一级离心分离器包括第一级入口、第一级柱形壳体、能够迫使气流在第一级柱形壳体内旋转的多个第一级叶片、第一级环形碎屑口、和第一级出口。气流进入第一级入口并且响应于通过多个第一级叶片而旋转。颗粒的第一部分自第一级中心线径向向外加速并且经由第一级环形碎屑口排出，并且气流经由第一级出口离开。第二级包括多个第二级离心分离器。每个第二级离心分离器能够迫使气流旋转。空气的旋转迫使悬浮在气流中的颗粒的第二部分自旋转气流的中心线径向向外运动，并且经由围绕离心分离器设置的相应的第二级环形碎屑口离开离心分离器。第三级包括具有预定尺寸的孔的过滤介质，以移除颗粒的第三部分。颗粒的第三部分比所述预定尺寸大。

将理解的是，本发明在其应用中并不限于下述说明中提及或附图中图示的结构细节和部件布置。本发明的装置和方法能够是除了这些描述之外的方面，并且以各种方式实践和执行。同样，也将理解的是，这里采用的技术以及摘要用于说明的目的并且不应被认为是限制。

这样，本领域技术人员将理解本发明所基于的构思可以容易地用作用于执行各个方面的若干目的的其它结构、方法和系统的设计的基础。因此，权利要求将被认为包括这种等效的结构，因为它们不脱离各个方面的精神和范围。

附图说明

图1示出根据本发明的一方面具有预滤器系统的示例性机器。

图2示出根据本发明的一方面的预滤器系统。

图3示出根据本发明的一方面具有预滤器系统和可选的笼的示例性机器。

图4示出根据本发明的另一方面的预滤器系统。

图5示出根据本发明的一方面适于与预滤器系统一起使用的离心分离器的截面图。

所提供的附图仅用于图示并且因此既不希望也不意于将本发明的主题限制为所示结构的具体细节中的任意一些或全部，除了因为它们被认为是对权利要求必要的。

具体实施方式

图1图示具有相互协作以完成任务的各种系统和部件的示例性机器10。机器10可以实施为执行与诸如采矿、建筑、农业、运输的产业或本领域中已知的另外的产业相关联的一些操作类型的固定或移动式机器。例如，机器10可以是诸如挖掘机或动力铲、推土机、装载机、反向铲、机动平地机、自卸卡车的运土机器或另外的运土机器。

参照图1，机器10可以包括在驱动系统14上可动的主体12、以及执行系统16。主体12包括动力源18和驾驶室20。动力源18可以包括燃烧发动机，诸如往复式压缩点火发动机、往复式火花点火发动机、燃气轮机、或本领域中已知的其它类型的燃烧发动机。可以设想到，动力源18可以替代地包括非燃烧动力源，诸如燃料电池、储能装置、或本领域中已知的另外的动力源。动力源18可以产生机械或电力输出，其随后可以转换为用于使驱动系统14和/或执行系统16的致动器运动的液压动力。动力源18可以包括进气部22和排气部24。

进气部22可以包括预滤器30。预滤器30包括入口32和出口34。入口32能够接收来自大气的气流。出口34例如经由导管36与进气部22流体连通。预滤器30能够在气流进入进气部22之前过滤气流。为了减少进入入口32的碎屑量，入口32可以设置在碎屑最少的位置。在所示的特定示例中，入口32设置在驾驶室20上方且面向机器10的后部。但是，在其它示例中，入口32可以设置在驾驶室20上方或下方、面向前、面向另一侧、或面向下和/或可以在机器10上更向前或更向后。

执行系统16包括枢转地联接至主体12的臂40以及作业工具42。一组致动器44能够响应于来自驾驶室20内的操作者的指令来使作业 工具42运动。在其它示例中，该组致动器44和/或驱动系统14可以被自主地或远程地控制。根据本发明的示例性方面，该组致动器44是双作用缸，能够在相应活塞的两端上接收液压流体。附加致动器(例如，电动马达或液压马达)可以用以经由驱动系统14推进机器10。

众多不同的作业工具42可以附接至机器10并且由操作者控制。作业工具42可以包括用以执行特定任务的任何装置，诸如推板(图1中所示)、叉装置、铲斗、铁铲、粗齿锯、倾卸床、扫帚、除雪器、推进装置、切割装置、抓取装置、或本领域中已知的任何其它任务执行装置。虽然图1中图示的方面示出能够相对于主体12沿竖直方向枢转的作业工具42，将理解的是作业工具42可以替代地或附加地相对于执行系统16旋转、滑动、打开和闭合、或以本领域中已知的任何其它方式运动。

驱动系统14可以包括被供以动力以推进机器10的一个或多个牵引装置。如图1中图示的，驱动系统14可以包括位于机器10的一侧的左侧履带50(未示出)，和位于机器10的相对侧的右侧履带52。左侧履带50可以由左侧行进主传动器54(未示出)驱动，并且右侧履带52可以由右侧行进主传动器56驱动。可以设想到，驱动系统14可以替代地包括除了履带之外的牵引装置，诸如轮、皮带、或其它已知的牵引装置。机器10可以通过在左侧行进主传动器54和右侧行进主传动器56之间产生速度和/或旋转方向差来转向，而直线行进可以通过产生左侧行进主传动器54和右侧行进主传动器56的基本相等的输出速度和旋转方向来执行。

图2示出根据本发明的一方面的预滤器30。如图2中所示，预滤器30包括壳体58、第一级60、第二级62和第三级64。通常，进入预滤器30的气流46包括悬浮颗粒48或碎屑或各种尺寸物质，并且在各级增量，逐渐变细的颗粒被移除。在特定示例中，第一级60可以被构造为移除>50微米(μm)的颗粒，第二级62可以被构造为移除>10μm的颗粒，并且第三级64可以被构造为移除>5μm的颗粒。注意的是，所提及的颗粒尺寸当作示例并且仅提供用于举例说明在每 一级处过滤的尺寸逐渐变细的颗粒。

可选地，预滤器30包括罩66和/或粗孔筛68。如果包括的话，罩66被构造为防护入口32不受作业环境中可能存在的雨水和/或诸如植物物质、纸、泡沫和其它废物等大碎屑的影响。如果包括的话，粗孔筛68可以被构造为防止或减少大于约1平方厘米的大碎屑以及动物进入。如果包括可选的罩66，粗孔筛68可以与平行于罩66的开口成角度地设置。

第一级60包括筛70和刷72。筛70和刷72能够经由诸如马达的致动器74相对于彼此运动。在各种示例中，筛70和刷72可以相对于彼此扫掠、摆动、边对边、旋转运动和/或其它这种运动。在特定示例中，致动器74是能够使筛70或刷72旋转的无刷、直流(dc)电动马达。例如，刷72和致动器74可以安装至壳体58，筛70可以安装至致动器74的旋转构件，并且筛70可以响应于致动器74的旋转而相对于刷72旋转。替代地，筛70和致动器74可以安装至壳体58，刷72可以安装至致动器74的旋转构件，并且刷72可以响应于致动器74的旋转而相对于筛70旋转。经由刷72从筛70清出的碎屑可以由第一级碎屑口76收集，该第一级碎屑口76被构造为提供用于收集的碎屑的出口。

第二级62包括一个或多个离心分离器78。如图5更清楚所示，每个离心分离器78包括第二级入口80、一个或多个叶片82、环形碎屑口84和第二级出口86。随着气流46进入离心分离器78，空气及任何被带入的颗粒48被迫使响应于流过或流经叶片82而旋转。该旋转使颗粒48从中心线88径向向外且相对于离心分离器78的内侧壁90向上加速。随着颗粒48继续由气流46向前载运，颗粒48经由环形碎屑口84离开。可选地，在环形碎屑口84中或附近，可以设置附加叶片82以进一步迫使气流46旋转。第二级出口86流体地连接至能够配合在内侧壁90内的锥形部分或锥体92。锥体92能够抽吸气流46中靠近中心线88的部分。气流46中靠近中心线88的该部分响应于颗粒48经由环形碎屑口84被移除而包括较少颗粒48。经由环形碎 屑口84移除的颗粒48能够进入第二级碎屑腔室94。

返回图2，第二级碎屑腔室94与能够收集进入第二级碎屑腔室94的颗粒48的第二级碎屑口96流体连通。可选地，预滤器30包括吹风机98，其能够产生足以抽吸已在第一级碎屑口76和/或第二级碎屑口96处收集的颗粒48的吸力。如果包括的话，吹风机98可以与第一级碎屑口76和/或第二级碎屑口96流体连接并且可以经由电动马达等供以动力。在其它示例中，吹风机98可以被省略，并且碎屑能够从第一级碎屑口76和/或第二级碎屑口96落下。

第三级64包括过滤介质100。如通常已知的，过滤介质100可以打褶或以其它方式布置以增大过滤介质100的表面面积。过滤介质100可以包括用于过滤空气或其它流体的任何适当材料。适当材料的示例包括：纸或其它天然材料；人造棉织物、毡制品、或编制天然或人造纤维；聚合物泡沫；及类似物。在特定示例中，过滤介质100包括毡制聚酯纤维的卡片纸。该卡片纸能够被切割、刻痕、折叠并且能够保留皱褶。特别地，过滤介质100的卡片纸能够保留折叠在其中的活褶。第三级64被示出为安装在预滤器30内，但是在其它示例中，第三级64可以设置在预滤器30的外侧。例如，第三级64可以安装成更靠近机器10上的表面以便于容易更换。如通常已知的，过滤介质被构造为包括特定尺寸的孔以便滤出比孔尺寸大的颗粒。根据应用，过滤介质100中的孔可以被制成更大或更小。典型地，较小的孔降低经过过滤介质的流体的流速。这样，对应于从流体过滤的颗粒尺寸的孔尺寸是基于特定应用确定的。对于内燃发动机，孔和颗粒的预定尺寸可以为约5μm。但是，在其它示例中，预定尺寸可以为从小于0.5μm至大于10μm。

为了将预滤器30安装至驾驶室20，预滤器30可以包括一个或多个安装件102。安装件102或支架可以可释放地紧固至预滤器30以便于维护和/或更换。替代地，预滤器30可以直接安装至驾驶室20或机器10上的其它位置。

图3示出根据本发明的一方面具有预滤器系统和可选的笼110的 示例性机器。如图3中所示，可选的笼110围绕预滤器30设置以保护预滤器30并进一步降低在入口32处出现堵塞的发生率。例如，笼110能够有利于气流46进入入口32，即使其由织物、底垫、或可在垃圾堆和其它产业作业地点找到的其它这种碎屑覆盖。

图4示出根据本发明的另一方面的预滤器120。该方面的预滤器120类似于图2中所示的方面的预滤器30，并且因此为了简化，已描述的这些元件将不再进行说明。如图4中所示，该方面的预滤器120包括在第一级124中的离心分离器122。相对于第二级62中的离心分离器78，第一级124中的离心分离器122较大以利于移除比在第二级62中由离心分离器78移除的颗粒48大的颗粒48。在所示的特定示例中，第一级124中的离心分离器122是单个单元，而第二级62中的离心分离器78可以包括十二个至几十个独立的离心分离器78。

工业实用性

本发明可以应用于从气流移除颗粒的任何机器。本发明的预滤器系统和方法的方面可以促进过滤器系统的维护减少、功能性增强、操作灵活性、性能和能量效率以及发动机性能。

根据本发明的一方面，参照图1和2，机器10是推土机，其可以在具有会降低传统空气过滤系统性能的大负荷被带入的气载颗粒和飞行碎屑的环境中运行。这种环境的示例包括农业场地、垃圾堆等。在这种环境中，遇到具有大于10平方厘米至大于1平方米的表面面积的碎屑可能是常见的。

这里描述的预滤器30和预滤器120能够在这种环境中提供过滤的空气。最初，通过将预滤器30和预滤器120定位在高位，其中入口32指向机器10的后部，碎屑负荷可以降低，因为大碎屑趋于比较小碎屑更快速地从空气落出。另外，入口32比出口34和进气部分22相对大。入口32的该较大表面积有利于入口32处的空气速度降低。该降低的空气速度允许较大的碎屑落离粗孔筛68并且减少通过流动空气的静压被保持在粗孔筛68上的碎屑的量。

一旦带颗粒空气进入预滤器30和预滤器120，第一级60和第一级124能够移除尺寸相较于剩余颗粒48更大的颗粒48。再次，在进入预滤器30之前悬浮在空气中的颗粒48的尺寸可以变化。第一级60和第一级124能够移除颗粒48中尺寸最大的部分。为了过滤这些大颗粒，第一级60和第一级124分别包括筛70或离心分离器78。在第一级60中，刷72能够将颗粒48从筛70刷掉，并且被刷掉的颗粒经由第一级碎屑口76离开预滤器30。在第一级124中，又响应于第一级124中的旋转气流经由环形碎屑口84从气流46抽吸较大的颗粒48。空气的这种旋转由叶片82引起。

之后，已由第一级60和第一级124过滤的气流46继续至第二级62。第二级62包括多个离心分离器78。在各种示例中，第二级62可以包括排列为双板或双壁的10至几十个离心分离器78，其中第二级入口形成一个壁中的开口，并且第二级出口86形成另一壁中的开口。在离心分离器78内，叶片82引起气流46的旋转，其使颗粒48向内侧壁90加速并且接着从环形碎屑口84离开。在离心分离器78之间提供足够的空间，其中颗粒48落下并且收集在第二级碎屑口96中。

为了防止外部空气进入预滤器30和预滤器120并且有利于从第一级碎屑口76和第二级碎屑口96移除颗粒，吹风机98可以流体地连接至第一级碎屑口76和第二级碎屑口96并且能够产生向外的排气流以将收集的颗粒48输送到预滤器30和预滤器120之外。

气流46接着通过第三级64，在该处，较小的颗粒被移除。这种多级系统的优点在于过滤介质100的寿命通过在第一级60和第二级62处移除较大颗粒而延长。

将理解的是，前述说明提供了本发明系统和技术的示例。但是，可以设想到，本发明的其它执行方式可以在细节上与前述示例不同。对本发明或其示例的所有引用意于引用在那点讨论的特定示例，而不意于暗示对本发明范围更一般的任何限制。关于特定特征的区别和轻视的所有语言都意于指示这些特征不是优选的，而不是将其从本发明 范围整体排除，除非另外指明。

这里值的范围的记载仅意于用作单独地引用落入范围内的每个独立值的速记方法，除非这里另外指明，并且每个独立值就像其单独地在这里记载那样并入说明书中。这里描述的所有方法能够以任何适当的顺序执行，除非这里另外指明或者上下文以其它方式清楚否定。

在整个说明书中，类似的附图标记指示这里的相似元件，除非另外指明。