试验粉尘对液压过滤器性能评定结果的影响

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Impact of Test Dust on Hydraulic Filter Performance Test ResuitsHAO Xinyou(Filtration Product Quality Supervision and Test Center of AVIC，Xinxiang Henan 453019，China)Abstract：ISO MTD is the standard test dust that evaluates filtration performance of hydraulic filter presently. Main problemsbrought by this dust were discussed. By dim of test data of ISO round robin，impacts on filtration perform ance test results of hydraulicfilter using ISO MTD and ISO FTD were analyzed in detail. It was pointed that the selection of test dust should be based on its fine de·gree while evaluating filtration perform ance of hydraulic filter。

Keywords：Filter；ISO fine test dust；ISO medium test dust；Contamination contro1目前 ，评定液压过滤器过滤性能的主要方法是多次通过试验方法，它可以同时评定液压过滤器对不同尺寸颗粒的滤除能力 (过滤比或JB值)、压差流量特性和纳污容量 。这-试验方法通过模拟液压过滤器的实际工况，在实验室稳态条件下，向被试过滤器的上游连续添加污染物 (试验粉尘)，被试过滤器不断滤除其中的部分污染物，而未被滤除的污染物又反复多次循环通过被试过滤器，直至被试过滤器两端的压差达到极限压差 。在试验过程中，采用压差表不断监测并绘出被试过滤器两端压差的变化曲线，即为被试过滤器的堵塞曲线；同时采用在线液体自动颗粒计数器在被试过滤器的上下游连续取样检测不同颗粒尺寸的固体污染度，上游的颗粒浓度除以下游的颗粒浓度，即为被试过滤器的过滤比；在试验过程中添加的污染物的总量减去试验结束时系统中未被滤除的污染物的量，即为被试过滤器的纳污容量。从试验原理看，在试验过程中连续添加的试验粉尘的颗粒尺寸分布和形状将会对液压过滤器过滤性能的试验结果产生重要影响 。

1 ISO MTD取代 ACFI'D后的问题过去，评定液压过滤器过滤性能采用的试验粉尘主要是 ACFTD (Air Cleaner Fine Test Dust，空气滤清器精细试验粉末)。然而，1993年 ACFTD停产后，ISO MTD (ISO Medium Test Dust，ISO中级试验粉末，以下简称 MTD)由于物理化学特性与 ACFrD完全相同，批与批之间的变动性更小，颗粒尺寸分布更加准确 ，同时包含的信粒数量较少 ，更加易于在油中弥散，从而可以减信粒计数时的重合误差，因此被国际标准化组织选作标准材料取代ACFTD，用于液压过滤器过滤性能的评定 。目前液压过滤器过滤性能评定采用的试验粉尘主要是 MTD。

从理论上分析，ACFI'D小于5.5 Ixm的颗粒数量约占38%，小于 22 Ixm 的颗粒数量 约 占 71%，而MTD小于5 m的颗粒数量约占17%，小于20 m的颗粒数量约占67%，ISO FI'D (ISO Fine Test Dust，ISO细试验粉末，以下简称 FTD)小于5 m的颗粒数量约占33.5%，小于20 m的颗粒数量约占72%，因此，在颗粒尺寸分布上，FTD更接近 ACFTD，而非 MTD 。

另-方面，MTD由于 自身含有的小尺寸颗料少而大尺寸颗料多，在评定液压过滤器过滤性能的过程中，极易出现 滤饼效应”，即大尺寸颗粒堆积在被试过滤器的滤层表面，形成-层松散的试验粉尘结合体，相当于在被试过滤器的滤层表面复合了-层过滤介质，再次起到过滤作用 。因此 滤饼效应”- 旦出现，将会使堵塞曲线的上升趋势变缓，人为地收稿日期：2012-06-29作者简介：郝新友 (1971-)，男，工程硕士，高级工程师，主要从事液压系统污染控制的研究与检测工作。E-mail：zh。

· 8O· 机床与液压 第41卷改善被试过滤器的纳污容量和过滤效率试验结果，而且改善的程度会随着过滤器精细程度的增加而急剧增加。而液压过滤器在实际使用过程中，绝大多数不会出现 滤饼效应”。另外，试验中形成的 滤饼”是- 种不稳定的结构 ，极易受到流量波动、静电、振动等的影响，具有很高的变动性，试验结果往往无法再次复现。多次通过试验中间不能停机 ，-旦停机后再次启动，建立起来的压差将会发生急剧变化，其部分原因也是 滤饼效应”引起的。再者，滤饼效应”的出现，还会使过滤器在按ISO2941进行抗破裂试验时，压差曲线的斜率变形，得出错误的压溃压差参数。因此，滤饼效应”的存在将会导致试验结果出现较高的变动性 ，甚至产生不正确的试验结果。过去多次通过试验采用的试验粉尘为 ACFTD，由于它试验中很少会出现 滤饼效应”。

2 粉尘对试验结果的影响分析2010年底至2011年初，中、美、英和意大利的4个实验室对试验粉尘对过滤器性能试验结果的影响进行了国际联合验证试验。4个实验室选择了5种不同过滤效率的液压过滤器，分别采用MTD和FTD按ISO16889：2008进行了多次通过试验。为了减少误差来源，同时便于展现试验粉尘的影响，纳污容量的试验结果直接采用试验中注入的污染物的质量，而且试验时间间隔特意进行了加长，但每次须在同-时间采用MTD和 FTrD对同-种过滤器进行试验。其中，过滤器 A1分别采用不同的试验粉尘进行了4次试验 ，A2进行了3次 ，B进行了 6次 ，C进行了 3次，D进行了6次，所有试验结果均取平均值作为最终结含有的小尺寸颗粒数量较多，.因此若无静电的影响， 果。其试验数据如表1所示 。

表 1 国际联合验证试验结果汇总表2.1 对纳污容量试验结果的影响试验粉尘对液压过滤器纳污容量试验结果的影响如表 2所示∩见：相对于采用 FTD的试验结果 ，当采用 MTD时，5种过滤器的纳污容量均明显变大，变大的程度不-，最小 的增加 18%，最 大 的增加59% 。

表 2 试验粉尘对过滤性能的影响数据表另外，当采用MTD时，纳污容量试验结果随着过滤器精细程度的变化，出现基本-致的变化趋势，即：过滤器越精细，纳污容量试验结果的增加量越大；而过滤器越粗糙，纳污容量试验结果的增加量越第l5期 郝新友：试验粉尘对液压过滤器性能评定结果的影响 ·81·校由图1可见，对应于过滤比JB200的尺寸点，当采用.MTD时，5 m (c)过滤器的纳污容量试验结果约增加50%，而 11 m (c)过滤器的纳污容量试验结果仅约增加20%。理论上，如果试验中没有出现 滤饼效应”，对于滤材相同的液压过滤器，排除结构因素，若过滤精度越高，则纳污容量应越低，反之亦然 。因此，对于滤材相同的液压过滤器，若过滤效率试验结果提高的同时，纳污容量试验结果不降反升，必然说明在试验中产生了 滤饼效应”。

尺寸(MTD，口 200)/m(c)图 1 试验粉尘对纳污容量试验结果的影响由上可见：相对于采用 FTD的试验结果，当采用MTD时，过滤器的纳污容量试验结果将会明显变大，是由试验过程中的 滤饼效应”引起的。而且，纳污容量试验结果增加的程度将会随着过滤器精细程度的改善而增大，因此，对于精细的液压过滤器，当评定其纳污容量时，试验粉尘应当采用 FIT)，而非 MTD。

2.2 对过 滤比试验结果的影响由表2可见：相对于采用 FTD的试验结果，当采用MTD时，5种过滤器过滤比的试验结果均明显改善，改善的程度不-，最小的改善5%，最大的改善21%，而且改善的程度基本上与过滤器的精细程度成反比，即：过滤器越精细，采用 MTD时，过滤比试验结果的改善程度越小；而过滤器越粗糙 ，采用MTD时，过滤比试验结果的改善程度越大。这-变化趋势也可由图2明显可出。图2为不同试验粉尘对过滤器过滤比试验结果的影响趋势图，为便于比较，图中过滤比对应尺寸的变化量采用绝对值表示。由图2可见，对应于过滤比 200的尺寸点，当采用MTD时，过滤器 C由 13.5 m (C)改变为 了 10.5m (C)，改善量为 21%；而过滤器 D由4.2 m(C)改变为了约4 m (C)，改善量仅约为5%。

尺寸(MTD，口200)/1.tm(c)图 2 试验粉尘对过滤比试验结果的影响由上述分析可见：对于越精细的液压过滤器，相对于采用 FTD的试验结果，当采用 MTD时，其纳污容量的试验结果急剧增加，而过滤比的试验结果改善趋缓，这主要是由于MTD的大颗粒含量较多，在试验中产生了 滤饼效应”引起的；从纳污容量试验结果随过滤器精细程度增加的趋势可知，过滤器越精细，滤饼效应”越严重；对于越粗糙的液压过滤器，当采用MTD时，其纳污容量的试验结果增加趋缓，而过滤比的试验结果急剧改善，说明在试验过程中，滤饼效应”不明显 ，主要是 由于 MTD的颗粒尺寸分布比FrD较粗引起的。因此，在评定精细液压过滤器的性能时，应当采用 FTD，而在评定粗糙液压过滤器的性能时，应当采用 MTD，其分界点以15m (C)为宜，即：对于平均过滤比为200对应的尺寸小于或等于 15 m (C)的液压过滤器，宜采用FTD；而对于尺寸大于 15 m (C)的液压过滤器，宜采用 MTD。

2.3 对过滤器堵塞曲线的影响过滤器的堵塞曲线是指在试验过程中，过滤器两端的压差随试验时间或加入污染物量的变化曲线。根据试验中达到各个压差值的污染物的注入质量，可以绘出过滤器采用不同试验粉尘时的堵塞曲线，如图3所示∩见 ：相对于采 用 FTD 的试 验结果 ，采用MTD时，两只过滤器堵塞曲线的形状均相对变得比较平坦，压差上升趋势变缓，斜率变低；对于压差上升80% -90%的区间，斜率约降低 10% ～50%，而且过滤器越精细，其堵塞曲线上升的趋势变得越平缓。从图中可以明显看出：采用 FTD的堵塞曲线，更接近于指数曲线。

1-过滤器C FTD 2-过滤器C MTD3-过滤器D FTD 4-过滤器D MTD0.450.4O0.35o.30兰 0.25O.O50.0O图3 不同试验粉尘的过滤器堵塞曲线图图4是实际监测液压系统中某过滤器的真实堵塞曲线∩见：液压过滤器在实际工作当中，-开始压差上升极为缓慢，基本上长期呈现出直线状态，而在其工作后期，堵塞曲线的斜率陡升，基本上呈现出指数曲线形状 。从与图3中试验结果的比较来看，采用 FTD的堵塞曲线，更接近于实际液压系统中过滤器的真实状况。采用MTD的堵塞曲线之所以形状变· 82· 机床与液压 第4l卷得比较平坦，主要是由于试验过程中产生的 滤饼效应”引起的。过滤器越精细，堵塞曲线的形状越平坦，这也与前面分析的 过滤器越精细，滤饼效应 越严重”相-致。

0.350.3O时 O.25a-譬 0.20jI0.15出 O.100.O50图4 液压过滤器实际堵塞曲线图2.4 对试验结果变动性的影响试验结果的变动性 ，相当于重复性或复现性 ，它是试验结果的最大值与最小值之差与平均值之比的百分数。表3是国际联合验证 中5种不同液压过滤器试验结果变动性的汇总表∩见：相对于采用 FTD的结果，当采用MTD时，纳污容量试验结果的变动性增加 80.0%，过滤 比 75对应尺寸的变动性增加29.2% ， 100的变动性增加 19.4% ， 200的变动 性 增 加 11.3% ，JB1 000的 变 动 性 增 加0.3%。因此，采用 MTD时，由于 滤饼效应”的存在，试验中不确定因素增加，将会使液压过滤器性能评定结果的变动性增大，不同实验室间试验结果的-致性变差。

表 3 粉尘对试验结果变动性的影响数据表"ti变动性(COV值)纳污容 尺寸/%量/% 卢75 卢100 卢200 卢1 0003 结论综上所述，若按照目前液压过滤器的性能评定试验方法，采用MTD试验粉尘，在试验过程中将有可能产生 滤饼效应”，且 滤饼”的产生与其对试验结果的影响程度是不确定的，也是不可控的，因此滤饼”-旦产生，将会人为改善纳污容量和过滤效率的试验结果，造成试验结果变动性增大，实验室间的-致性变差，且试验结果与液压过滤器的实际使用效果不符。由此，作者建议，当前应修订液压过滤器的性能评定试验标准，对于平均过滤比为200的对应尺寸小于或等于 15 m (C)的液压过滤器，采用FTD试验粉尘，而对于尺寸大于 15 m (e)的液压过滤器，采用 MTD试验粉尘；同时，在将来制定或修订液压过滤器的性能评定试验标准时，如：过滤器的多次通过试验方法、滤芯抗破裂性的鉴定方法等，应采用FTD完全取代 MTD，以进-步提高试验结果的准确性和-致性。