從多次通過試驗(yàn)看液壓濾芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁艷

（新鄉(xiāng)市東風(fēng)過濾技術(shù)有限公司測(cè)試中心）

從多次通過試驗(yàn)看液壓濾芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁艷*

（新鄉(xiāng)市東風(fēng)過濾技術(shù)有限公司測(cè)試中心）

提高各類液壓機(jī)械的液壓系統(tǒng)可靠性，很重要的工作就是有效地控制液壓系統(tǒng)的污染物，而過濾器就是控制污染物的很重要的一環(huán)。通過相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間對(duì)液壓濾芯的多次通過試驗(yàn)，取得了許多頗有價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得到了一些關(guān)于濾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有益的認(rèn)識(shí)。

過濾 多次通過試驗(yàn) 液壓濾芯 過濾性能 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 濾芯的選擇

通常，在液壓系統(tǒng)中濾芯性能的優(yōu)劣以下述三項(xiàng)指標(biāo)來衡量：

①凈化效果。要求過濾污染物速度快，可以有效控制污染等級(jí)。

②壓降。要求壓降低，壓降上升平穩(wěn)。

③使用壽命。要求納污量大，且使用前后結(jié)構(gòu)完整，即使用壽命長(zhǎng)。

理想的過濾性能如圖1所示。

這三項(xiàng)理想的過濾性能能同時(shí)實(shí)現(xiàn)嗎？在實(shí)際工作環(huán)境中不可能有一種濾芯能同時(shí)完全滿足這三項(xiàng)性能指標(biāo)。但是這三項(xiàng)性能指標(biāo)可以優(yōu)化組合，優(yōu)先選擇某些性能指標(biāo)，以趨利避害。

圖1 理想的過濾性能

2 過濾試驗(yàn)

幾種濾芯設(shè)計(jì)例子如表1所示，其中，過濾精度A＞B＞C，納污量A＞B＞C（相同的標(biāo)稱精度），濾材層數(shù)A＞B＞C。表1是筆者所進(jìn)行的多次通過試驗(yàn)中積累的關(guān)于濾芯設(shè)計(jì)的例子和數(shù)據(jù)，在這里作一簡(jiǎn)要介紹，與大家共同討論。

由表1可見，濾芯A、B、C三種不同的設(shè)計(jì)，造就了三種不同的結(jié)果。好濾芯需要好濾材，好濾材需要好設(shè)計(jì)。濾芯A就是成功的典型例子，濾芯B是將國產(chǎn)濾材巧妙地進(jìn)行粗、精優(yōu)化組合，能起到絕佳的過濾效果。不是有了進(jìn)口濾材就能保證過濾性能，濾芯C就說明了這點(diǎn)。過濾器的設(shè)計(jì)要與其工作環(huán)境、過濾對(duì)象及凈化等級(jí)相適應(yīng)，但有些濾芯的設(shè)計(jì)卻違背了實(shí)際要求，走入了誤區(qū)。

2.1 單層濾材的表現(xiàn)

先將兩種標(biāo)稱精度等同的濾材一上一下 （國產(chǎn)5 μm玻纖在上、進(jìn)口5 μm玻纖在下）放置于濾材單次通過試驗(yàn)臺(tái)上循環(huán)60 min，然后取下濾材，對(duì)國產(chǎn)、進(jìn)口濾材的過濾性能作一比較，可見兩種濾材有明顯差異，如圖2所示。

表1 幾種濾芯設(shè)計(jì)例子

圖2 濾材性能差異

2.2 過濾結(jié)構(gòu)

過濾結(jié)構(gòu)可以用 “表面型濾材+深度型濾材+最后機(jī)會(huì)濾材”來描述。

表面型濾材靠的僅僅是網(wǎng)孔的攔截，粗大的顆粒攔截于濾材的表面，隨著污染物的累積，流量依然不變，污染物可能會(huì)突破網(wǎng)孔而逃逸。

深度型濾材過濾比單層濾材過濾效果好。因?yàn)樯疃刃蜑V材厚度大，孔道錯(cuò)綜復(fù)雜，造成了攔截和各種吸附效應(yīng)，即使是小于孔徑的顆粒也能被攔截或吸附在濾材的表面或?yàn)V層的纖維網(wǎng)中，納污量大，凈化效果好。

最后機(jī)會(huì)濾材，采用精度不高的金屬網(wǎng)置于精度較高的濾材之后，其作用是攔截油液中的逃脫顆粒。它的物理性能也很好，強(qiáng)度高，能起到一定的支撐保護(hù)作用，故而置其于后。

圖3為濾芯A的剖開圖，多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙的配合使得濾芯的過濾性能得以發(fā)揮到極致。試驗(yàn)前后其結(jié)構(gòu)完整度相同、性能相同，單位面積納污量大，壓降上升平緩，濾芯壽命長(zhǎng)。

圖3 典型濾芯結(jié)構(gòu)

表2 關(guān)于濾芯C的分析

表2為對(duì)濾芯C的分析。由表2可見，濾芯C的壓降上升速度過快，使得試驗(yàn)時(shí)間縮短，納污量少，過濾精度也無法顯現(xiàn)，這也是濾芯設(shè)計(jì)的典型例子。進(jìn)口5 μm玻纖濾材屬深度型濾材，納污容量大，油液凈化效果好，能過濾掉小于5 μm的顆粒。但是它的纖維特別纖細(xì)，制作成的濾芯易脆斷，因此需要其它強(qiáng)度好的粗過濾介質(zhì)來增強(qiáng)其挺度及韌性，以減輕5 μm玻纖的負(fù)擔(dān) （污染物、壓降），這樣才能達(dá)到優(yōu)化組合的理想效果。

表3是另一個(gè)例子。濾芯D采用的是濾芯A的設(shè)計(jì)理念，但是卻沒能超過濾芯A的過濾性能指標(biāo)，其濾芯結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)第一冒泡點(diǎn)壓力為4 500 Pa，但試驗(yàn)進(jìn)行到11 min時(shí)，β值急劇下降，疑似濾層破裂。在進(jìn)行多次通過試驗(yàn)后做完整性試驗(yàn)時(shí)證實(shí)了這個(gè)猜想。冒泡點(diǎn)均在濾材打折處。后來了解到濾芯D的制作除了加了兩層材料外，牙數(shù)、牙寬完全沒變。這樣，在同等流量下凈壓降濾芯A為40 kPa、濾芯D為68 kPa，試驗(yàn)濾芯A進(jìn)行了48 min，而濾芯D僅僅進(jìn)行了28 min，濾芯D壓降上升得特別快，從而縮短了使用壽命。條件變了，設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）濾芯實(shí)際使用時(shí)的最大流量和最小壓差；

（2）濾芯壽命期內(nèi)的最大納污量。

表3 關(guān)于濾芯D的分析

濾芯D的設(shè)計(jì)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，在濾材厚度加大的情況下，就要適當(dāng)降低牙寬，增大牙間距，減少牙數(shù)，使油液流通阻力減??；在膠結(jié)過程中，使濾材與端蓋膠結(jié)完全，保證濾芯的結(jié)構(gòu)完整度，使濾芯過濾性能得到最大發(fā)揮。

3 濾芯結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)

濾芯結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)貫穿整個(gè)多次通過試驗(yàn)始末，在試驗(yàn)中起到至關(guān)重要的作用，是多次通過試驗(yàn)中不可或缺的部分。

從試驗(yàn)過程中不難發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)前、后濾芯結(jié)構(gòu)完整性第一冒泡點(diǎn)壓力有差異，這是普遍現(xiàn)象，但是相同的現(xiàn)象出現(xiàn)了不同的結(jié)果，如表4所示。

表4 同一濾芯在不同階段的表現(xiàn)

通過試驗(yàn)，得到下面一些認(rèn)識(shí)：

（1）在進(jìn)行多次通過試驗(yàn)后，冒泡點(diǎn)壓力降低了，但是濾芯結(jié)構(gòu)依然完整 （濾芯經(jīng)受流體額定流量多次的沖刷，同時(shí)其攜帶的尺寸不同的污染顆粒不斷地?cái)D壓濾材孔道，以致孔徑變大，第一冒泡點(diǎn)壓力自然下降）。

（2）在進(jìn)行多次通過試驗(yàn)后再進(jìn)行第一冒泡點(diǎn)壓力試驗(yàn)，是為了驗(yàn)證濾芯結(jié)構(gòu)是否完整，如果從端蓋、合縫或?yàn)V材打折處冒泡 （濾材打折點(diǎn)的破損導(dǎo)致濾材纖維大量脫落，從而用于過濾的材料變成了又一污染源），那么就表明濾芯結(jié)構(gòu)不完整了。

（3）有些濾芯在做結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)時(shí)，第一冒泡點(diǎn)壓力超過濾材的初始冒泡壓力很多，在做多次通過試驗(yàn)時(shí)，清潔濾芯壓降也很大。如果濾芯壓降過快，壽命將縮短。這不但增加了濾芯更換的頻次，還有可能致使濾芯損壞，污染下游。造成這種情況的可能：誤用高精度濾材。GB/T 20080—2006液壓濾芯技術(shù)條件中明確規(guī)定：在產(chǎn)品技術(shù)文件中應(yīng)規(guī)定濾芯的初始冒泡壓力。如沒有規(guī)定，應(yīng)不低于所采用濾材初始冒泡壓力的80%。

4 總結(jié)

液壓系統(tǒng)濾芯的設(shè)計(jì)并不簡(jiǎn)單。從事濾芯設(shè)計(jì)的工作者，應(yīng)從液壓系統(tǒng)的實(shí)際工況和需求出發(fā)，多方面考慮，結(jié)合并利用有關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)出合格、優(yōu)質(zhì)的濾芯，為液壓系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。

[1]戴天翼.過濾器——設(shè)計(jì)、制造和使用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2] ISO 16889：1999.液壓傳動(dòng)-過濾器-測(cè)定過濾特性的多次通過法[S].

Discussion on Structure Design of Hydraulic Filter through Multi-pass Experiments

Liang Yan

The effective pollutants control is very important to improve the hydraulic system reliability of all kinds of hydraulic machinery,in which,the filter is the key link.Through multi-pass experiments of the hydraulic filter for a long period of time,the author got a lot of valuable experimental data,and got some useful knowledge on filter structure design.

Filtration;Mulit-pass experiments;Hydraulic filter;Filter performance;Structure design

TQ 051.8

*梁艷，女，1982年12月生，工程師。新鄉(xiāng)市，453002。

2011-04-18）