液压过滤系统中的清洁度控制

液压过滤系统中的清洁度控制

维护液压板系统是确保正常工作的必要先决条件。当油液遭受固体颗粒污染物污染时,系统中运动副表面会被划伤或磨损,各元件中的小孔、缝隙等处会被堵塞,随着油液污染度的提高,液压系统的工作性能会逐渐下降,直接影响液压系统的工作可靠性。据统计,机械设备的故障约有50%以上是由于润滑油遭受污染所造成,而液压系统中有70%以上的故障是由于液压油遭受污染所造成。所以对液压系统油液污染度的控制一直是液压设备管理人员所关心的一个技术问题,对油液的污染控制除了应在机械设备运行前进行认真系统清洗外,日常的油液净化也是非常重要的。目前,油液的净化除使用专门的净油装置之外,在大多数机械设备中仍以滤油器过滤为主,以下就液压系统中常用滤油器的性能与管理技术进行分析与讨论。1滤油器的组成结构液压系统中使用的滤油器按其滤芯材料的过滤机制来分,有表面型、深度型和吸附型滤油器三种。1)表面型滤油器整个过滤作用是由一个几何面实现的。滤下的污染杂质被截留在滤芯元件靠油液上游的一面。滤芯材料具有均匀的标定小孔,可以滤除比小孔尺寸大的杂质。由于污染杂质积聚在滤芯表面上,因此它很容易被阻塞。编网式滤油器、线隙式滤油器属于这种类型滤油器。编网式滤油器过滤精度与铜丝网层数及网孔大小有关。在压力管路上常采用100、150、200目的铜丝网,在液压泵吸油管路上采用20~40目铜丝网;压力损失不超过0.004MPa;结构简单,通流能力大,清洗方便。但过滤精度低,过滤精度有80、100、180μm。线隙式滤油器滤芯由绕在芯架上的一层金属线组成,依靠线间微小间隙阻挡油液中杂质的通过,它的压力损失约为0.03~0.06MPa;结构简单,通流能力大,过滤精度高,过滤精度有30、50、80μm三种等级;但滤芯材料强度低,不易清洗。用于低压管路中,如用在液压泵吸油管中时,它的流量规格宜选得比泵大。2)深度型滤油器滤芯材料为多孔可透性材料,内部具有曲折迂回的通道。大于表面孔径的杂质直接被截留在外表面,较小的污染杂质进入滤材内部,撞到通道壁上,由于吸附作用而得到滤除。滤材内部曲折的通道也有助于污染杂质的沉积。纸、毛毡、烧结金属、陶瓷和各种纤维制品等滤芯的滤油器属于这种类型。纸芯式滤油器结构与线隙式相同,但滤芯为平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成。其特点是:为了增大过滤面积,纸芯常制成折叠形;压力损失约为0.01~0.4MPa;过滤精度高,可达5~20μm;但堵塞后无法清洗,必须更换纸芯;为增加纸芯强度,通常在纸芯的内外侧用金属网加固。烧结式滤油器滤芯由金属粉末烧结而成,利用金属颗粒间的微孔挡住油液中杂质通过。改变金属粉末的颗粒大小可以制出不同过滤精度的滤芯;压力损失约为0.03~0.2MPa;滤芯能承受高压,适用于精过滤;过滤精度高,可达5~10μm;但金属颗粒易脱落,堵塞后不易清洗。3)吸附型滤油器这型滤油器的滤芯材料把油液中的杂质吸附在其表面上。磁性滤油器即属于此类。磁性滤油器滤芯由永久磁铁制成,能吸附住油液中的铁屑、铁粉或带磁性的磨料,通常与其它型式滤芯结合起来制成复合式滤油器。磁性滤油器除对液压与润滑系统中油液有净化作用外,还具有机械设备的磨损监测作用。2滤油器过滤精度的性能指标1)过滤精度滤油器的过滤精度是表示滤油器对各种不同尺寸的污染颗粒的滤除能力,用绝对过滤精度、过滤比和过滤效率等参数表示。绝对过滤精度是指通过滤芯的最大坚硬球状颗粒的尺寸(μm),它反映了过滤材料中最大的通孔尺寸,可以用试验的方法进行测定。滤油器的过滤比(β值)是指滤油器上游油液单位容积中大于给定尺寸的颗粒数与下游油液单位容积中大于同一尺寸的颗粒数之比,即对于某一尺寸x的颗粒来说,其过滤比βx的表达式为:式中,Nu为上游油液中大于某一尺寸x的颗粒浓度;Nd为下游油液中大于同一尺寸x的颗粒浓度。从上式可看出,βx愈大,过滤精度愈高。过滤比能确切地反映滤油器对不同尺寸颗粒污染物的过滤能力,它已被国际标准化组织采纳用作评定滤油器过滤精度的性能指标。过滤效率Ec可以通过下式由过滤比β值直接换算出来:当过滤比的数值达到75时,x即被认为是滤油器的绝对过滤精度。2)压降特性滤油器在系统中对油液流动来说是一种阻力,因而油液通过滤芯时必然要出现压力降。一般说来,在滤芯尺寸和流量一定的情况下,滤芯的过滤精度愈高,压力降愈大;在流量一定的情况下,滤芯的有效过滤面积愈大,压力降愈小;油液的粘度愈大,流经滤芯的压力降也愈大。滤芯所允许的最大压力降应以不使滤芯元件发生结构性破坏为原则。在高压系统中,滤芯在稳定状态下工作时承受到的仅仅是它那里的压力降,油液流经滤油器的压力降,大部分是通过试验或经验公式来确定的。3)纳垢容量这是指滤油器在压力降达到其规定限值之前可以滤除并容纳的污染物数量,这项性能指标可以通过多次性能试验来确定。滤油器的纳垢容量愈大,使用寿命愈长,所以它是反映滤油器寿命的重要指标。一般说来,滤芯尺寸愈大,即过滤面积愈大,纳垢容量就愈大。增大过滤面积,可以使纳垢容量至少成比例地增加。过滤面积A可按下式计算:式中,q为滤油器的额定流量(L/s);η为油液的运动粘度(Pa·s);∆p为压力降(Pa);α为滤油器单位面积通过能力(L/cm2),由实验确定。在20℃时,对特种滤网,α为0.003~0.006;纸质滤芯,α=10;一般网式滤芯,α=2。3滤油器的主要功能滤油器在机械设备中是一个非常重要的部件,但在实际使用中往往会被液压设备管理人员所忽视。它能通过油液的过滤,使油液的清洁度控制在运动部件所能承受的范围内,保证液压系统达到令人满意的性能与寿命。在液压系统中设置滤油器的主要功能有:1)滤除油液中的污垢颗粒,防止引起灾害性故障(如运动部件的卡死、划伤、油道堵塞等)的发生,提高机械设备的工作可靠性与稳定性;2)通过过滤去除油液中的细小颗粒杂质,为运动部件提供防止磨料性磨损的保护,从而增加运动部件的使用寿命。为此,滤油器的过滤精度应满足需要保护的滑动间隙;3)通过滤油器的过滤作用,不断清除系统中原有的污染物及新产生的磨损颗粒,达到动平衡。油液中的污染物低于运动部件所允许的污染度对于提高机械设备的完好率,延长油液的使用寿命,减少维修费用,具有非常重要意义;4)通过对滤油器中积留污染物种类的分析,可帮助管理人员查找运动部件磨损部位与进行故障隐患的分析,对机械设备的运行状况具有一定的监测作用。4滤油器的性能要求在为液压系统选择滤油器时,首先需参考滤油器制造商提供的产品样本,然后按具体的液压系统工作条件、对油液污染的敏感度、工作压力、负载特性以及环境条件等因素按下列要求选用:1)过滤精度应满足机械设备对油液清洁度的要求;2)具有足够的纳垢能力,使滤油器能在较长的时间内保持足够的通流能力;3)滤芯具有足够的强度,能够承受油液的压力冲击;4)滤芯的抗腐蚀性能好,能在规定的工作温度下持久地工作;5)滤芯的清洗或更换要方便;6)滤油器要附带污染指示器或污染发讯装置,以便于日常检查。滤油器过滤精度的合理选择对保证液压系统的工作可靠性和寿命十分重要。目前关于滤油器过滤精度等级的划分尚没有一个统一的标准,在选择油液系统主要滤油器时,其过滤精度的确定应考虑系统中关键设备能够耐受的油液污染度,系统污染物的侵入率,以及工作条件等因素。按实际经验,对于高压液压系统,滤油器的过滤精度为(绝对精度)10~20μm(β10~20=75);低压液压系统为30~40μm(β30~40=75);柴油机润滑系统一般控制在30μm(β30=75)以内。污染磨损控制理论认为,滤油器的过滤精度应能保证有效地滤除尺寸接近零部件运动副动态油膜厚度的颗粒。国外经验表明,如果能做到这一点,运动副与轴承的寿命可延长4~10倍,并可显著延长油液的使用寿命。5滤油器的安装1)安装在泵吸入管路上(吸入滤油器)这种安装方式一般使用过滤精度较低的网式或线隙式滤油器,滤去较大的污染物,保护液压泵。为保证液压泵吸入充分,不致产生气穴现象,要求其压力降不超过0.02MPa,流量应为泵流量的2倍以上。2)安装在压力管路上(进油滤油器)这种安装方式能够保护系统中除泵和安全阀以外的运动部件。由于滤油器承受高压和压力冲击,要求有足够的强度。为了防止滤油器堵塞引起泵过载或滤芯破坏,在滤油器上一般设置堵塞指示器或并联一个单向阀。单向阀开启压力略大于滤油器的最大允许压差。3)安装在回油管路上(回油滤油器)可以滤掉运动部件磨损后产生的金属屑和橡胶颗粒,防止油液系统遭受污染。回油管路上允许采用滤芯强度和刚度较低的滤油器,允许滤油器有较大的压降。起旁通作用的单向阀与滤油器并联,防止油液低温启动时,高粘度油通过滤芯或滤芯堵塞等引起的系统压力升高。滤油器必须通过油泵的全部流量。4)单独过滤系统在大型或高清洁度液压系统中,采用低压泵和滤油器组成单独过滤系统,可以不间断地清除油中污染物。油液系统中除了整个系统按需设置滤油器外,还常常在一些重要元件进口处安装一个专用的精滤油器来满足它们的特殊需要。6滤芯的清洗和更换滤油器是保证液压系统中油液清洁度的基本净化装置,除在油液系统中设置必要的滤油器外,正常的维护工作不可缺少。在正常情况下每500工作小时应清洗或更换滤芯一次;清洗或更换滤芯时,应对滤壳内部进行仔细的清洗;系统大修或油液遭受污染后可按具体情况缩短滤芯的清洗或更换周期;日常管理中要经常注意滤油器进出口压差,滤油器进出口压差过小有可能是滤芯已被击穿,滤芯安装不当造成滤油器