浅谈液压系统过滤器的选择

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液压污染控制是指液压系统产生的颗粒污染物的形成、消除和控制过程的技术。液体介质在液压系统中传递动力并对液压元件中的运动件起润滑作用。为保证元件的密封性能，组成工作腔的运动件之间的配合间隙很小，而液压件内部控制通过阻尼小孔来实现。因此，液压介质的清洁度对液压元件和系统工作的可靠性和使用寿命有很大影响，过滤则成为污染控制技术中的主要内容。液压系统70%85%的故障是由于液压介质的污染造成的，同时会导致液压元件过早磨损以至损坏。因此，液压系统设计中正确选择液压过滤器是确保液压系统正常运行和延长液压设备使用寿命的关键。

2 液压介质的污染原因和危害2.1 污染来源组成液压系统的元件在制造、储存、运输、安装、跑合、运行和维修过程中所接触过的每件污染物都是系统液压介质污染的潜在源。主要可分为以下五类：(1)残留污染物液压元件在制造、储存、运输及安装过程中带人的沙粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片和灰尘，清洗不彻底。

(2)生成污染物生成污染物包括液压油氧化变质析出物、液压油中混入水份和空气及元件磨损、损坏生成的污染物。

(3)侵入污染物液压系统工作时，周围环境中的污染物通过-切可能的侵入点，如外露的往复运动的活塞杆、油箱进气孔或注油孔等侵入系统。

(4)生物污染物微生物可侵入液压介质并繁殖生长为粘质物，通常加杀菌剂或去除微生物繁殖的条件--水或营养物，以阻止生物污染的增长。

(5)逃脱污染物逃脱污染物来自过滤器附近的潜在液流通道(如不密封的溢流阀或旁通阀及滤材的裂口等)，以及使被截流颗粒上的粘性拖曳力大于过滤器纤维表面的吸附力的流量脉动。

2-2 污染危害系统中的污染物会直接影响液压系统的工作可靠性及使用寿命。例如：·使液压泵运转困难 ，产生气蚀和噪声；·堵塞元器件孔隙使控制动作失灵；·加速工作元件及密封件的磨损；·加速液压介质的氧化变质；·过多的含水量会使液压油乳浊化，使其润滑性能下降，对液压油的氧化起触媒作用，加剧污垢集积；·混入液压油中的空气还会增加油液的氧化作用，并引起液压系统的振动、爬行和气蚀等。

3 过滤器主要性能参数液压系统中主要采用过滤器对各类污染物进行过滤以实现液压污染控制。评定并选择过滤器时需考虑尺寸大型通过流量、工作压力和压力损失等参数。决定过滤器基本性能的主要参数有过滤精度、压差特性及纳垢容量。

3.1 过滤精度过滤精度指过滤器对不同尺寸颗粒污染物的滤除能力，直接决定系统的污染控制水平。过滤精度越高，系统油液的清洁度就越高，污染度则越低。评定过滤精度的方法有名义精度、绝对精度、平均孔径、过滤效率以及过滤比。

3.1.1 名义过滤精度名义过滤精度是美国军工部门采用的过滤精度的评定方法 (Mil，F-5504A)，用微米值表示。例如：名义精度为 10 m的过滤器，其精度的定义为：在过滤器上游油液中加入 AC细试验粉尘，该过滤器对大于1O m的颗粒滤除能可达到98%(按质量计)。该评定方法在污染浓度高的试验条件下进行，同过滤器的- 17- 重工与起重技术HEAVY INDUSTRIAL& HOISTING MACHINERY实际工作条件相差很大，因而评定结果不能确切反映过滤器的过滤性能。试验研究表明，这种评定方法在试验室测定的结果重珊生差。因此，名义精度的评定方法没有得到广泛的应用。

3.1.2 绝对精度绝对精度是指能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径，以微米表示。例如：绝对精度为 5txm的过滤器，能够通过的最大球形颗粒尺寸为 51xm。绝对精度比较确定地反映过滤器能够滤除和控制的最信粒尺寸。油液中的颗粒污染物并不都是球形，其外形通常为不规则的，因为长度尺寸大于绝对精度的扁长形颗粒有可能通过介质而到达下游。此外，绝对精度不反映过滤器对不同尺寸颗粒的滤除能力。

3.1.3 过滤效率过滤效率指被过滤器滤除的污染物的数量与加入到过滤器上游的污染物数量之比∩由下式求得： D100% (1)A 式中：点 过滤效率；- 过滤器上游加入的污染物总量；- 过滤器下游收集到的污染物总量。

3.1.4 过滤比过滤比评定法是目前国际上普遍采用的评定过滤器精度的性能指标，已被国际标准化组织采纳为评定过滤器精度的标准方法。指过滤器上游油液单位体积中大于某-给定尺寸的污染物颗粒数与下游油液单位体积中大于同-尺寸的颗粒数之比，用J8表示，即：，、，13x-1 tl (2)Vt1式中：- 对于某-颗粒尺寸X(txm)的过滤比；Ⅳu-单位体积上游油液中大于尺寸X的颗粒数；- 单位体积下游油液中大干尺寸X的颗粒数。

如过滤器上下游 1mL油液中大于 101xm的颗粒分别为 10000和5000，则过滤比为卢 。2。

过滤比可转换为过滤效率的形式，用颗粒数表示的过滤效率可由下式表示：E (3)过滤比与过滤效率间的具体换算实例见表 1。

由表 1可知，过滤比与过滤效率有确定的对应- l8-表 1 过滤比与过滤效率换算过滤比 l 2 lO 20 75 l0o 2cH0 l00过 0 O.5 0.9 O95 0987 o990 o.995 o999关系，但比过滤效率具有更高的分辨力。与过滤效率0.990和0.995对应的过滤比为 100和200，过滤效率相差甚微，而过滤比则相差 1倍。

过滤比评定法是以颗粒计数为基础的，随着自动颗粒计数器计数精确性的提高，过滤比更能较确切地反映过滤器对于不同尺寸颗粒的滤除能力。

3.2 压差特性油液流经过滤器时，由于油液运动和粘性阻力的作用，在过滤器进出油口之间产生-定的压差。根据流体力学原理，流体流经过滤介质时产生的压力损失与通过的流量、流体的黏度及过滤介质的物理结构等因素有关，由式 (4)表示。

AP： (4)A式中：△P-压力损失或压差；6-过滤介质的厚度；tr7-流体动力粘度；p- 流经过滤器介质的流量；- 过滤介质的透气性；A-过滤介质的有效面积。

过滤介质相同而精度不同的过滤器具有不同的压差流量特性。同时，过滤器在使用过程中由于不断滤除油液中的颗粒污染物，过滤元件逐渐被污染物堵塞，因而其压差逐渐增加。当达到某-压力值后，压差急剧增大直至过滤元件发生破裂。对于-次性使用的滤芯，极限压差是确定滤芯设计寿命的依据，该压差下过滤器的发信装置应发出堵塞报警信号。

3.3 纳垢容量理想过滤器可设想为能够滤除油液中的全部颗粒污染物而不产生任何压力损失，且能够容纳无限的污染物。由于被截留污染物对滤芯介质孔隙的堵塞，过滤元件两端的压差增大。当压差达到规定的最大极限压差时，过滤元件的使用寿命结束。使用期间被过滤元件截留的污染物总量即过滤元件的纳垢容量，以质量g表示。过滤元件的纳垢容量越大，其使用寿命越长。

过滤元件的纳垢容量与其尺寸或过滤面积以及 重工与起重技术HEAVY INDUSTRIAL& HOISTING MACHINERY过滤介质的孔隙度有关。有效过滤面积越大，孔隙度越高，则纳垢容量越大。纳垢容量与过滤面积的关系见式 (5)。

ClC-( )2- 、2式中：(5)- 过滤元件的纳垢容量；-4-过滤面积；，r-纳垢容量增加的因素。

纳垢容量增加的因素 n撒于过滤元件的结构和过滤介质特性，其值通常为 1.3～1.5。由式 (5)可知，若过滤面积增大倍数为 4，则纳垢容量的实际增大倍数大约为 6～8。对于外形尺寸-定的折叠式筒形滤芯，增大折叠数，油液的通道很窄，滤芯堵塞后压差上升很快，纳垢容量反而可能减少。因此，合理选择折叠参数对提高纳垢容量很重要。

4 过滤器的选择和配置选择过滤器时，过滤器尺寸和过滤精度的选择很重要。目前，国际上通常采用过滤器的 p值来表示过滤器的过滤效率。p值越大，该过滤器的过滤效率也越高。此外，还应考虑滤芯材质和结构工艺，应选择具有高压溃性且使用寿命长的产品。

4.1 过滤精度的选择该方法结合系统各方面的因素，按照不同情况规定相应指标，根据各项指数的总和确定过滤精度 ，具体考虑系统因素包括工作压力和负载特性、工作环境、元件污染敏感度、寿命、元件更换费用、停机损失费及安全性。

(1)工作压力和负载特性。根据压力变化幅度分为 五 个 等级 ：07MPa、7～15MPa、15～25MPa、25～35MPa、35MPa以上。根据负载特性按照压力变化幅度分为四个级别：轻、中等、重、极重。

(2)工作环境。根据工作环境的不同分为：良好、中等、不良、恶劣四个等级。

(3)元件污染敏感度。污染敏感性分为：极高、高、中等以上、中等、中等以下、低六个等级。

(4)寿命要求。根据寿命长短分为：0-1000h、1000～5000h、5000-10000h、10000～20000h、20000h五个级别。

(5)元件更换费用。根据元件更换费用可分为极高、高、中等、低四个等级。

(6)停机损失费。根据停机损失费用可分为：极高、高、中等、低四个等级。 (7)安全性。根据安全性的不同可分为高、中、低三个等级。

将上述七个因素的指数相加得出总指数，确定液压系统过滤所需要的精度。由于各因素指数的选取并非精确，因而给出-个过滤精度范围，如图 1所示。

图 1 过滤器精度与系统参数关系4.2 过滤器尺寸的确定过滤器尺寸与通过流量为对应关系。通常根据系统流量确定过滤器的通过流量，从而确定过滤器的尺寸。但仅按系统流量选择过滤器尺寸，滤芯的使用寿命会很短且需频繁更换滤芯，增加了停机时间和维护工作量。因此，实际选择过滤器尺寸时其额定流量-般大于系统流量，通过流量增大倍数来决定。

43 常用过滤器参数选择与配置过滤器在液压系统中的配置通常有如下几种，如图2所示。

(1)吸油过滤器过滤精度75～1251m，起保护泵的作用，为防止因堵塞而引起泵吸空，要求带 0.2bar的旁通阀。对过滤精度要求较高的轴向柱塞泵，也可选用单纸质或纸质磁性的进口精滤油器，其过滤精度可达 0.01～0.025mm，压力损失 0.2bar。为不影响液压泵的吸油能力，装在吸油管路上的滤油器的通流能力应大于液压泵流量的两倍。

(2)压力过滤器压油管路上可安装各种型式的精滤油器保护除液压泵以外的其它液压元件，过滤 (I 专第32- l9- 重工与起重技术HEAVY INDUSTRIAL& HOISTING MACHINERYTarctan 可知 、 、 三者的关系，可知在生产实践中，想要加工某倾斜角为Ot的工件时，可先根据公式/3arctan(1-2sina)中Ot和JB的关系，由所要加工的倾斜角度 得出斜轴的旋转角度。然后再根据公式yarctan 中卢和 的关系，由斜轴已旋转的角度来确定水平轴的旋转角度大校由公式中得出的数据可知，根据所得角度的正负，斜轴和水平轴的旋转方向相反，即比如若斜轴按顺时针旋转，则水平轴的旋转方向按逆时针方向。通过以上分析，这样就得出了具有指导意义的公式，根据公式，能够很精确、很方便的完成对万向角铣头的调整。

3 结论实践证明，在实际应用中，求证 与卢及 关系的两个公式很好地指导了生产过程中对万向铰铣头的调整，对生产具有很好的指导意义，避免了调整时的盲目性，大大减少了调整时间和工人劳动力，提高了工人对设备的认知程度及技术水平。

(匕接第 19页)图 2 过滤器在液压系统中的配置1.吸油过滤器 2.压力过滤器 3暇 油过滤器4.循环过滤器 5.空气滤清器精度 lOtxm，应用于可靠性要求比较高的系统中，尤其是带比例伺服阀的系统应选用 351.zm且压力差为AP21Obar的过滤器，不要求带旁通阀。

(3)回油过滤器安装在回油管路的精滤油器对流回油箱的油液起滤清作用，过滤精度 201xm，不会在主油路造成压力降，且不承受系统的工作压力。该安装方式间接地保护了整个液压系统。由于回油压力低，可用强度低的滤油器并带旁通阀。

(4)单独循环过滤器适用于大型液压系统，过滤精度 5-1Oixm，由专用泵和过滤器组成-个独立于液压系统的过滤回- 32-路，并可安装-个降低油温的水冷却器。

(5)空气滤清器过滤精度为 lOlxm，安装在油箱上防止空气中杂质进入。

5 结论随着液压技术的发展，液压系统对液压介质清洁度的要求也越来越高，对油液污染度进行控制的前提是液压系统设计时对过滤元件的合理选型和配置。因此，在进行液压系统设计时，动力元件、控制元件的配置固然重要，辅助元件中过滤元件的合理选型也是不容忽视的。在设计过滤系统和选用过滤器时，除考虑过滤器的尺寸及过滤精度外，还必须考虑液压系统的工作压力、负载特性、流量波动及过滤器的p值与p值的稳定性、压溃性和纳污量等，再结合过滤器制造厂家样本选择最合适的过滤器。这样可对油液污染度进行控制，大大减少液压系统的故障。