本發(fā)明整體涉及過濾器系統(tǒng)，更具體地，涉及一種用于過濾器系統(tǒng)的預(yù)凈機。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)、建筑、采礦、發(fā)電及其它類似產(chǎn)業(yè)中使用的機器通常包括支撐內(nèi)燃發(fā)動機的框架、可動地連接至框架的作業(yè)工具、和連接在框架與作業(yè)工具之間并且由發(fā)動機驅(qū)動的至少一個液壓缸。這種機器典型地在以大量氣載塵埃、污垢和碎屑為特征的惡劣環(huán)境中運行。在這樣的環(huán)境中，希望的是在將空氣引至發(fā)動機之前從空氣移除這些碎屑。為了輔助這個過程，這些機器典型地包括能夠在發(fā)動機的上游移除氣載碎屑的進(jìn)氣過濾器或其它類似的凈氣機。另外，為了輔助延長這種凈氣機的使用壽命，一些機器也可以包括能夠在利用凈氣機清潔進(jìn)氣之前從進(jìn)氣流移除相對大的碎屑的預(yù)凈機。

2012年5月15日授權(quán)的美國專利No.8177872(“’872專利”)公開了一種采用預(yù)凈機的示例性進(jìn)氣系統(tǒng)?！?72專利中教導(dǎo)的預(yù)凈機包括設(shè)置在殼體內(nèi)的多個慣性分離器，該殼體在發(fā)動機凈氣機的上游流體地連接。隨著進(jìn)氣被吸入殼體中，慣性分離器從空氣移除相對大的碎屑顆粒并且將它們沉積在殼體內(nèi)。這些顆粒隨后經(jīng)由流體地連接至發(fā)動機的排氣系統(tǒng)的排氣管從殼體移除。

雖然’872專利的系統(tǒng)可以被構(gòu)造為從進(jìn)氣移除相對大的碎屑顆粒，但這種系統(tǒng)具有若干缺陷是已知的。例如，在相對大量碎屑的環(huán)境中，這種系統(tǒng)中使用的慣性分離器很容易阻塞。一旦阻塞，這些分離器由于它們的尺寸、位置和構(gòu)造而難于清潔。另外，隨著這些分離器變得阻塞，經(jīng)過預(yù)凈機的氣流減少。如果任其發(fā)展，這種氣流的減少會在預(yù)凈機內(nèi)形成低壓區(qū)域，其足夠強以將高溫排氣吸入預(yù)凈機。 這種高溫排氣能損壞預(yù)凈機并且會對發(fā)動機內(nèi)的燃燒過程產(chǎn)生不利作用。

此外，’872專利中公開的類型的排氣管通常難以移除已被收集在預(yù)凈機殼體內(nèi)的碎屑。由于經(jīng)過這種排氣管的真空流典型地聽命于發(fā)動機速度，這種排氣管的碎屑移除能力會在以相對低發(fā)動機速度為特征的發(fā)動機怠速或其它發(fā)動機運行模式下顯著降低。結(jié)果，收集的碎屑會隨著時間累積在殼體內(nèi)。由于這種預(yù)凈機采用的慣性分離器的數(shù)量和極為貼近的布置，操作者很難手動地從預(yù)凈機殼體移除這些積累的碎屑，并且這些累積的碎屑會降低預(yù)凈機的效率。

因此，需要改進(jìn)的預(yù)凈機系統(tǒng)以解決上面描述的問題和/或由其它常規(guī)方式帶來的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的各方面能夠提供改進(jìn)的預(yù)清理。

本發(fā)明的一方面涉及一種預(yù)濾器。預(yù)濾器包括第一級、第二級和第三級。第一級包括第一級篩、靠著第一級篩設(shè)置的刷、和使刷和第一級篩相對于彼此運動的致動器。第二級包括離心分離器。第三級包括過濾介質(zhì)，其具有預(yù)定尺寸的孔。

本發(fā)明的另一方面涉及一種機器。該機器包括發(fā)動機、用于發(fā)動機的進(jìn)氣部、和流體地聯(lián)接至進(jìn)氣部的預(yù)濾器。預(yù)濾器包括第一級、第二級和第三級。第一級包括第一級篩、刷和致動器。第一級篩能夠從氣流過濾出懸浮在氣流中的顆粒的第一部分。刷能夠從第一級篩移除所述顆粒的第一部分。致動器能夠使刷和第一級篩相對于彼此運動。第二級包括離心分離器，其能夠迫使氣流旋轉(zhuǎn)。氣流的旋轉(zhuǎn)迫使懸浮在氣流中的顆粒的第二部分從旋轉(zhuǎn)氣流的中心線徑向向外運動，并且經(jīng)由圍繞離心分離器設(shè)置的環(huán)形碎屑口離開離心分離器。第三級包括過濾介質(zhì)，過濾介質(zhì)具有預(yù)定尺寸的孔以移除顆粒的第三部分。所述顆粒的第三部分比所述預(yù)定尺寸大。

本發(fā)明的又一方面涉及一種預(yù)濾器。預(yù)濾器包括第一級、第二級 和第三級。第一級包括能夠從氣流過濾出懸浮在氣流中的顆粒的第一部分的第一級離心分離器，第一級離心分離器包括第一級入口、第一級柱形殼體、能夠迫使氣流在第一級柱形殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的多個第一級葉片、第一級環(huán)形碎屑口、和第一級出口。氣流進(jìn)入第一級入口并且響應(yīng)于通過多個第一級葉片而旋轉(zhuǎn)。顆粒的第一部分自第一級中心線徑向向外加速并且經(jīng)由第一級環(huán)形碎屑口排出，并且氣流經(jīng)由第一級出口離開。第二級包括多個第二級離心分離器。每個第二級離心分離器能夠迫使氣流旋轉(zhuǎn)。空氣的旋轉(zhuǎn)迫使懸浮在氣流中的顆粒的第二部分自旋轉(zhuǎn)氣流的中心線徑向向外運動，并且經(jīng)由圍繞離心分離器設(shè)置的相應(yīng)的第二級環(huán)形碎屑口離開離心分離器。第三級包括具有預(yù)定尺寸的孔的過濾介質(zhì)，以移除顆粒的第三部分。顆粒的第三部分比所述預(yù)定尺寸大。

將理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用中并不限于下述說明中提及或附圖中圖示的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明的裝置和方法能夠是除了這些描述之外的方面，并且以各種方式實踐和執(zhí)行。同樣，也將理解的是，這里采用的技術(shù)以及摘要用于說明的目的并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制。

這樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明所基于的構(gòu)思可以容易地用作用于執(zhí)行各個方面的若干目的的其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計的基礎(chǔ)。因此，權(quán)利要求將被認(rèn)為包括這種等效的結(jié)構(gòu)，因為它們不脫離各個方面的精神和范圍。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一方面具有預(yù)濾器系統(tǒng)的示例性機器。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的預(yù)濾器系統(tǒng)。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一方面具有預(yù)濾器系統(tǒng)和可選的籠的示例性機器。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一方面的預(yù)濾器系統(tǒng)。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一方面適于與預(yù)濾器系統(tǒng)一起使用的離心分離器的截面圖。

所提供的附圖僅用于圖示并且因此既不希望也不意于將本發(fā)明的主題限制為所示結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)中的任意一些或全部，除了因為它們被認(rèn)為是對權(quán)利要求必要的。

具體實施方式

圖1圖示具有相互協(xié)作以完成任務(wù)的各種系統(tǒng)和部件的示例性機器10。機器10可以實施為執(zhí)行與諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、運輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)或本領(lǐng)域中已知的另外的產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián)的一些操作類型的固定或移動式機器。例如，機器10可以是諸如挖掘機或動力鏟、推土機、裝載機、反向鏟、機動平地機、自卸卡車的運土機器或另外的運土機器。

參照圖1，機器10可以包括在驅(qū)動系統(tǒng)14上可動的主體12、以及執(zhí)行系統(tǒng)16。主體12包括動力源18和駕駛室20。動力源18可以包括燃燒發(fā)動機，諸如往復(fù)式壓縮點火發(fā)動機、往復(fù)式火花點火發(fā)動機、燃?xì)廨啓C、或本領(lǐng)域中已知的其它類型的燃燒發(fā)動機。可以設(shè)想到，動力源18可以替代地包括非燃燒動力源，諸如燃料電池、儲能裝置、或本領(lǐng)域中已知的另外的動力源。動力源18可以產(chǎn)生機械或電力輸出，其隨后可以轉(zhuǎn)換為用于使驅(qū)動系統(tǒng)14和/或執(zhí)行系統(tǒng)16的致動器運動的液壓動力。動力源18可以包括進(jìn)氣部22和排氣部24。

進(jìn)氣部22可以包括預(yù)濾器30。預(yù)濾器30包括入口32和出口34。入口32能夠接收來自大氣的氣流。出口34例如經(jīng)由導(dǎo)管36與進(jìn)氣部22流體連通。預(yù)濾器30能夠在氣流進(jìn)入進(jìn)氣部22之前過濾氣流。為了減少進(jìn)入入口32的碎屑量，入口32可以設(shè)置在碎屑最少的位置。在所示的特定示例中，入口32設(shè)置在駕駛室20上方且面向機器10的后部。但是，在其它示例中，入口32可以設(shè)置在駕駛室20上方或下方、面向前、面向另一側(cè)、或面向下和/或可以在機器10上更向前或更向后。

執(zhí)行系統(tǒng)16包括樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至主體12的臂40以及作業(yè)工具42。一組致動器44能夠響應(yīng)于來自駕駛室20內(nèi)的操作者的指令來使作業(yè) 工具42運動。在其它示例中，該組致動器44和/或驅(qū)動系統(tǒng)14可以被自主地或遠(yuǎn)程地控制。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，該組致動器44是雙作用缸，能夠在相應(yīng)活塞的兩端上接收液壓流體。附加致動器(例如，電動馬達(dá)或液壓馬達(dá))可以用以經(jīng)由驅(qū)動系統(tǒng)14推進(jìn)機器10。

眾多不同的作業(yè)工具42可以附接至機器10并且由操作者控制。作業(yè)工具42可以包括用以執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置，諸如推板(圖1中所示)、叉裝置、鏟斗、鐵鏟、粗齒鋸、傾卸床、掃帚、除雪器、推進(jìn)裝置、切割裝置、抓取裝置、或本領(lǐng)域中已知的任何其它任務(wù)執(zhí)行裝置。雖然圖1中圖示的方面示出能夠相對于主體12沿豎直方向樞轉(zhuǎn)的作業(yè)工具42，將理解的是作業(yè)工具42可以替代地或附加地相對于執(zhí)行系統(tǒng)16旋轉(zhuǎn)、滑動、打開和閉合、或以本領(lǐng)域中已知的任何其它方式運動。

驅(qū)動系統(tǒng)14可以包括被供以動力以推進(jìn)機器10的一個或多個牽引裝置。如圖1中圖示的，驅(qū)動系統(tǒng)14可以包括位于機器10的一側(cè)的左側(cè)履帶50(未示出)，和位于機器10的相對側(cè)的右側(cè)履帶52。左側(cè)履帶50可以由左側(cè)行進(jìn)主傳動器54(未示出)驅(qū)動，并且右側(cè)履帶52可以由右側(cè)行進(jìn)主傳動器56驅(qū)動?？梢栽O(shè)想到，驅(qū)動系統(tǒng)14可以替代地包括除了履帶之外的牽引裝置，諸如輪、皮帶、或其它已知的牽引裝置。機器10可以通過在左側(cè)行進(jìn)主傳動器54和右側(cè)行進(jìn)主傳動器56之間產(chǎn)生速度和/或旋轉(zhuǎn)方向差來轉(zhuǎn)向，而直線行進(jìn)可以通過產(chǎn)生左側(cè)行進(jìn)主傳動器54和右側(cè)行進(jìn)主傳動器56的基本相等的輸出速度和旋轉(zhuǎn)方向來執(zhí)行。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的預(yù)濾器30。如圖2中所示，預(yù)濾器30包括殼體58、第一級60、第二級62和第三級64。通常，進(jìn)入預(yù)濾器30的氣流46包括懸浮顆粒48或碎屑或各種尺寸物質(zhì)，并且在各級增量，逐漸變細(xì)的顆粒被移除。在特定示例中，第一級60可以被構(gòu)造為移除>50微米(μm)的顆粒，第二級62可以被構(gòu)造為移除>10μm的顆粒，并且第三級64可以被構(gòu)造為移除>5μm的顆粒。注意的是，所提及的顆粒尺寸當(dāng)作示例并且僅提供用于舉例說明在每 一級處過濾的尺寸逐漸變細(xì)的顆粒。

可選地，預(yù)濾器30包括罩66和/或粗孔篩68。如果包括的話，罩66被構(gòu)造為防護(hù)入口32不受作業(yè)環(huán)境中可能存在的雨水和/或諸如植物物質(zhì)、紙、泡沫和其它廢物等大碎屑的影響。如果包括的話，粗孔篩68可以被構(gòu)造為防止或減少大于約1平方厘米的大碎屑以及動物進(jìn)入。如果包括可選的罩66，粗孔篩68可以與平行于罩66的開口成角度地設(shè)置。

第一級60包括篩70和刷72。篩70和刷72能夠經(jīng)由諸如馬達(dá)的致動器74相對于彼此運動。在各種示例中，篩70和刷72可以相對于彼此掃掠、擺動、邊對邊、旋轉(zhuǎn)運動和/或其它這種運動。在特定示例中，致動器74是能夠使篩70或刷72旋轉(zhuǎn)的無刷、直流(dc)電動馬達(dá)。例如，刷72和致動器74可以安裝至殼體58，篩70可以安裝至致動器74的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且篩70可以響應(yīng)于致動器74的旋轉(zhuǎn)而相對于刷72旋轉(zhuǎn)。替代地，篩70和致動器74可以安裝至殼體58，刷72可以安裝至致動器74的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且刷72可以響應(yīng)于致動器74的旋轉(zhuǎn)而相對于篩70旋轉(zhuǎn)。經(jīng)由刷72從篩70清出的碎屑可以由第一級碎屑口76收集，該第一級碎屑口76被構(gòu)造為提供用于收集的碎屑的出口。

第二級62包括一個或多個離心分離器78。如圖5更清楚所示，每個離心分離器78包括第二級入口80、一個或多個葉片82、環(huán)形碎屑口84和第二級出口86。隨著氣流46進(jìn)入離心分離器78，空氣及任何被帶入的顆粒48被迫使響應(yīng)于流過或流經(jīng)葉片82而旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)使顆粒48從中心線88徑向向外且相對于離心分離器78的內(nèi)側(cè)壁90向上加速。隨著顆粒48繼續(xù)由氣流46向前載運，顆粒48經(jīng)由環(huán)形碎屑口84離開?？蛇x地，在環(huán)形碎屑口84中或附近，可以設(shè)置附加葉片82以進(jìn)一步迫使氣流46旋轉(zhuǎn)。第二級出口86流體地連接至能夠配合在內(nèi)側(cè)壁90內(nèi)的錐形部分或錐體92。錐體92能夠抽吸氣流46中靠近中心線88的部分。氣流46中靠近中心線88的該部分響應(yīng)于顆粒48經(jīng)由環(huán)形碎屑口84被移除而包括較少顆粒48。經(jīng)由環(huán)形碎 屑口84移除的顆粒48能夠進(jìn)入第二級碎屑腔室94。

返回圖2，第二級碎屑腔室94與能夠收集進(jìn)入第二級碎屑腔室94的顆粒48的第二級碎屑口96流體連通?？蛇x地，預(yù)濾器30包括吹風(fēng)機98，其能夠產(chǎn)生足以抽吸已在第一級碎屑口76和/或第二級碎屑口96處收集的顆粒48的吸力。如果包括的話，吹風(fēng)機98可以與第一級碎屑口76和/或第二級碎屑口96流體連接并且可以經(jīng)由電動馬達(dá)等供以動力。在其它示例中，吹風(fēng)機98可以被省略，并且碎屑能夠從第一級碎屑口76和/或第二級碎屑口96落下。

第三級64包括過濾介質(zhì)100。如通常已知的，過濾介質(zhì)100可以打褶或以其它方式布置以增大過濾介質(zhì)100的表面面積。過濾介質(zhì)100可以包括用于過濾空氣或其它流體的任何適當(dāng)材料。適當(dāng)材料的示例包括：紙或其它天然材料；人造棉織物、氈制品、或編制天然或人造纖維；聚合物泡沫；及類似物。在特定示例中，過濾介質(zhì)100包括氈制聚酯纖維的卡片紙。該卡片紙能夠被切割、刻痕、折疊并且能夠保留皺褶。特別地，過濾介質(zhì)100的卡片紙能夠保留折疊在其中的活褶。第三級64被示出為安裝在預(yù)濾器30內(nèi)，但是在其它示例中，第三級64可以設(shè)置在預(yù)濾器30的外側(cè)。例如，第三級64可以安裝成更靠近機器10上的表面以便于容易更換。如通常已知的，過濾介質(zhì)被構(gòu)造為包括特定尺寸的孔以便濾出比孔尺寸大的顆粒。根據(jù)應(yīng)用，過濾介質(zhì)100中的孔可以被制成更大或更小。典型地，較小的孔降低經(jīng)過過濾介質(zhì)的流體的流速。這樣，對應(yīng)于從流體過濾的顆粒尺寸的孔尺寸是基于特定應(yīng)用確定的。對于內(nèi)燃發(fā)動機，孔和顆粒的預(yù)定尺寸可以為約5μm。但是，在其它示例中，預(yù)定尺寸可以為從小于0.5μm至大于10μm。

為了將預(yù)濾器30安裝至駕駛室20，預(yù)濾器30可以包括一個或多個安裝件102。安裝件102或支架可以可釋放地緊固至預(yù)濾器30以便于維護(hù)和/或更換。替代地，預(yù)濾器30可以直接安裝至駕駛室20或機器10上的其它位置。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一方面具有預(yù)濾器系統(tǒng)和可選的籠110的 示例性機器。如圖3中所示，可選的籠110圍繞預(yù)濾器30設(shè)置以保護(hù)預(yù)濾器30并進(jìn)一步降低在入口32處出現(xiàn)堵塞的發(fā)生率。例如，籠110能夠有利于氣流46進(jìn)入入口32，即使其由織物、底墊、或可在垃圾堆和其它產(chǎn)業(yè)作業(yè)地點找到的其它這種碎屑覆蓋。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一方面的預(yù)濾器120。該方面的預(yù)濾器120類似于圖2中所示的方面的預(yù)濾器30，并且因此為了簡化，已描述的這些元件將不再進(jìn)行說明。如圖4中所示，該方面的預(yù)濾器120包括在第一級124中的離心分離器122。相對于第二級62中的離心分離器78，第一級124中的離心分離器122較大以利于移除比在第二級62中由離心分離器78移除的顆粒48大的顆粒48。在所示的特定示例中，第一級124中的離心分離器122是單個單元，而第二級62中的離心分離器78可以包括十二個至幾十個獨立的離心分離器78。

工業(yè)實用性

本發(fā)明可以應(yīng)用于從氣流移除顆粒的任何機器。本發(fā)明的預(yù)濾器系統(tǒng)和方法的方面可以促進(jìn)過濾器系統(tǒng)的維護(hù)減少、功能性增強、操作靈活性、性能和能量效率以及發(fā)動機性能。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，參照圖1和2，機器10是推土機，其可以在具有會降低傳統(tǒng)空氣過濾系統(tǒng)性能的大負(fù)荷被帶入的氣載顆粒和飛行碎屑的環(huán)境中運行。這種環(huán)境的示例包括農(nóng)業(yè)場地、垃圾堆等。在這種環(huán)境中，遇到具有大于10平方厘米至大于1平方米的表面面積的碎屑可能是常見的。

這里描述的預(yù)濾器30和預(yù)濾器120能夠在這種環(huán)境中提供過濾的空氣。最初，通過將預(yù)濾器30和預(yù)濾器120定位在高位，其中入口32指向機器10的后部，碎屑負(fù)荷可以降低，因為大碎屑趨于比較小碎屑更快速地從空氣落出。另外，入口32比出口34和進(jìn)氣部分22相對大。入口32的該較大表面積有利于入口32處的空氣速度降低。該降低的空氣速度允許較大的碎屑落離粗孔篩68并且減少通過流動空氣的靜壓被保持在粗孔篩68上的碎屑的量。

一旦帶顆粒空氣進(jìn)入預(yù)濾器30和預(yù)濾器120，第一級60和第一級124能夠移除尺寸相較于剩余顆粒48更大的顆粒48。再次，在進(jìn)入預(yù)濾器30之前懸浮在空氣中的顆粒48的尺寸可以變化。第一級60和第一級124能夠移除顆粒48中尺寸最大的部分。為了過濾這些大顆粒，第一級60和第一級124分別包括篩70或離心分離器78。在第一級60中，刷72能夠?qū)㈩w粒48從篩70刷掉，并且被刷掉的顆粒經(jīng)由第一級碎屑口76離開預(yù)濾器30。在第一級124中，又響應(yīng)于第一級124中的旋轉(zhuǎn)氣流經(jīng)由環(huán)形碎屑口84從氣流46抽吸較大的顆粒48?？諝獾倪@種旋轉(zhuǎn)由葉片82引起。

之后，已由第一級60和第一級124過濾的氣流46繼續(xù)至第二級62。第二級62包括多個離心分離器78。在各種示例中，第二級62可以包括排列為雙板或雙壁的10至幾十個離心分離器78，其中第二級入口形成一個壁中的開口，并且第二級出口86形成另一壁中的開口。在離心分離器78內(nèi)，葉片82引起氣流46的旋轉(zhuǎn)，其使顆粒48向內(nèi)側(cè)壁90加速并且接著從環(huán)形碎屑口84離開。在離心分離器78之間提供足夠的空間，其中顆粒48落下并且收集在第二級碎屑口96中。

為了防止外部空氣進(jìn)入預(yù)濾器30和預(yù)濾器120并且有利于從第一級碎屑口76和第二級碎屑口96移除顆粒，吹風(fēng)機98可以流體地連接至第一級碎屑口76和第二級碎屑口96并且能夠產(chǎn)生向外的排氣流以將收集的顆粒48輸送到預(yù)濾器30和預(yù)濾器120之外。

氣流46接著通過第三級64，在該處，較小的顆粒被移除。這種多級系統(tǒng)的優(yōu)點在于過濾介質(zhì)100的壽命通過在第一級60和第二級62處移除較大顆粒而延長。

將理解的是，前述說明提供了本發(fā)明系統(tǒng)和技術(shù)的示例。但是，可以設(shè)想到，本發(fā)明的其它執(zhí)行方式可以在細(xì)節(jié)上與前述示例不同。對本發(fā)明或其示例的所有引用意于引用在那點討論的特定示例，而不意于暗示對本發(fā)明范圍更一般的任何限制。關(guān)于特定特征的區(qū)別和輕視的所有語言都意于指示這些特征不是優(yōu)選的，而不是將其從本發(fā)明 范圍整體排除，除非另外指明。

這里值的范圍的記載僅意于用作單獨地引用落入范圍內(nèi)的每個獨立值的速記方法，除非這里另外指明，并且每個獨立值就像其單獨地在這里記載那樣并入說明書中。這里描述的所有方法能夠以任何適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行，除非這里另外指明或者上下文以其它方式清楚否定。

在整個說明書中，類似的附圖標(biāo)記指示這里的相似元件，除非另外指明。