液壓過(guò)濾器多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

杜立鵬

(航空工業(yè)過(guò)濾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心(新鄉(xiāng))，河南新鄉(xiāng)453019)

液壓過(guò)濾器用于控制液壓系統(tǒng)中循環(huán)的污染顆粒數(shù)量，以滿足系統(tǒng)的污染等級(jí)要求。為了評(píng)定過(guò)濾器產(chǎn)品的性能及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，需要采用相應(yīng)的試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估，多次通過(guò)試驗(yàn)方法是目前了解液壓過(guò)濾器過(guò)濾性能最直接、最有效的一種方法，為液壓過(guò)濾器的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了有效依據(jù)。近年來(lái)，隨著產(chǎn)品主體和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及用戶對(duì)性能精確度的需求逐步提高，國(guó)際上先進(jìn)的試驗(yàn)技術(shù)快速發(fā)展，帶來(lái)了試驗(yàn)方法的不斷改進(jìn)，其發(fā)展趨勢(shì)是:試驗(yàn)條件更加貼近產(chǎn)品使用工況，采用數(shù)據(jù)仿真、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù);數(shù)據(jù)采集更加貼近真實(shí)，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。

1 多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)

1.1 試驗(yàn)原理

多次通過(guò)試驗(yàn)法模擬過(guò)濾器在液壓系統(tǒng)中的實(shí)際工作狀況，污染物不斷地從外界侵入并在內(nèi)部產(chǎn)生，過(guò)濾器不斷濾除其中部分污染物，而未被濾除的部分在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)并多次通過(guò)過(guò)濾器。多次通過(guò)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由過(guò)濾器試驗(yàn)系統(tǒng)、污染物注入系統(tǒng)和在線顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)等分系統(tǒng)組成。其工作原理如圖1所示。試驗(yàn)時(shí)，在穩(wěn)定流量下，經(jīng)試驗(yàn)油箱連續(xù)向試驗(yàn)系統(tǒng)注入污染物，監(jiān)測(cè)被試過(guò)濾器兩端的壓降，并按照一定的取樣間隔，從過(guò)濾器的上、下游取樣點(diǎn)取樣，進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)分析，統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)量，直至被試濾芯壓降達(dá)到規(guī)定的極限壓降時(shí)試驗(yàn)結(jié)束。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算，得出被試濾芯的過(guò)濾比、壓降流量特性和納污容量等過(guò)濾性能參數(shù)。

圖1 多次通過(guò)試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

1.2 試驗(yàn)方法

目前，國(guó)內(nèi)液壓行業(yè)常用的多次通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括:ISO 4572、ISO 16889 和GB/T 18853。其中，ISO 16889 是ISO 4572 的技術(shù)修訂版，國(guó)際上已經(jīng)廢止了ISO 4572，但由于歷史原因，國(guó)內(nèi)有些廠家仍在繼續(xù)使用ISO 4572;GB/T 18853 是對(duì)ISO 16689 等同采標(biāo)轉(zhuǎn)化而來(lái)的。

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，在進(jìn)行正式試驗(yàn)前，這些子系統(tǒng)應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)或驗(yàn)證，以保證它們達(dá)到規(guī)定的使用要求。

正式試驗(yàn)前，按照標(biāo)準(zhǔn)程序要求，完成試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，然后采用多次通過(guò)試驗(yàn)法來(lái)檢測(cè)被試過(guò)濾器的過(guò)濾性能。試驗(yàn)準(zhǔn)備和正式試驗(yàn)程序如圖2所示。

圖2 液壓過(guò)濾器多次通過(guò)試驗(yàn)程序圖

1.3 在線顆粒計(jì)數(shù)技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，在線檢測(cè)技術(shù)廣泛用于國(guó)防、民用工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，是保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的一種重要的手段。目前，該技術(shù)在液體過(guò)濾系統(tǒng)污染檢測(cè)和過(guò)濾器性能評(píng)定方面也有著相當(dāng)成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。如圖3 是多次通過(guò)試驗(yàn)用在線顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)原理圖。

圖3 多次通過(guò)試驗(yàn)用在線顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)原理圖

在線顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)主要由自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器和流量控制器組成，自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器與流量控制器配合使用，可對(duì)流體系統(tǒng)進(jìn)行在線顆粒分析。它配備兩個(gè)遮光型傳感器，用以同時(shí)測(cè)定過(guò)濾器上游和下游液體的污染度，并自動(dòng)計(jì)算出上、下游顆粒濃度的比值(即過(guò)濾比)。從過(guò)濾器的上游和下游分流一小部分流量，分別流經(jīng)上、下游傳感器，兩傳感器的輸出電壓脈沖信號(hào)傳輸?shù)接?jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器對(duì)上、下游油液的顆粒濃度同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，然后計(jì)算出過(guò)濾比。由于在線顆粒分析是按時(shí)間取樣，要求通過(guò)傳感器的流量穩(wěn)定。流量控制器直接連接在系統(tǒng)管路中，用以控制和調(diào)節(jié)流經(jīng)傳感器的流量。

在線顆粒計(jì)數(shù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)在線顆粒計(jì)數(shù)法是對(duì)油液樣品直接測(cè)試，不需要對(duì)油樣進(jìn)行固體顆粒的收集等處理，具有操作簡(jiǎn)便、計(jì)數(shù)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

(2)體積和顆粒分布的測(cè)試均采用自動(dòng)控制，消除人為誤差，成功避免了二次污染的引入，保證了計(jì)數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性。

(3)在線檢測(cè)具有實(shí)時(shí)性，能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反映過(guò)濾器的工作狀態(tài)和參數(shù)的變化。

(4)對(duì)過(guò)濾器過(guò)濾精度的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確到了顆粒的尺寸，相較于采用重量法計(jì)算效率的方法更加科學(xué)準(zhǔn)確，使過(guò)濾器檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果更貼近實(shí)際工況中的過(guò)濾性能。

2 多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)的變化和發(fā)展

隨著國(guó)際上先進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)的不斷提高，試驗(yàn)方法更新速度加快，隨之頒布相應(yīng)的新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，舊的標(biāo)準(zhǔn)也在修訂。目前，關(guān)于多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)的變化和發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面:

(1)系統(tǒng)要求

試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)原則，越來(lái)越注重模擬被測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際工況，如，檢測(cè)要求實(shí)現(xiàn)“在線實(shí)時(shí)檢測(cè)”，靜態(tài)性能要求測(cè)量“動(dòng)態(tài)性能”，試驗(yàn)工況由穩(wěn)定流量下測(cè)量發(fā)展到脈動(dòng)流量下測(cè)量。

對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)控制原理要求實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的數(shù)字自動(dòng)控制，試驗(yàn)結(jié)果的處理采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理程序，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果處理程序化，規(guī)范化。

試驗(yàn)程序中增加了系統(tǒng)驗(yàn)證(準(zhǔn)確度)，通過(guò)增加系統(tǒng)有效性驗(yàn)證程序，加強(qiáng)了對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性要求，引入了計(jì)量的概念，大大提高了試驗(yàn)結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確度。

(2)參數(shù)要求

通過(guò)對(duì)比多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，可以看出試驗(yàn)參數(shù)的變化如表1所示。

表1 參數(shù)要求的發(fā)展趨勢(shì)

(3)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)粉塵

在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，空氣過(guò)濾器精細(xì)試驗(yàn)粉塵(Air Clearer Fine Test Dust)，簡(jiǎn)稱ACFTD，被公認(rèn)為典型液壓系統(tǒng)中具有代表性的污染物，是液壓污染控制領(lǐng)域各實(shí)驗(yàn)室通用的標(biāo)準(zhǔn)粉塵，這一點(diǎn)也體現(xiàn)在了ISO 標(biāo)準(zhǔn)中，在ISO 4572 中作為試驗(yàn)粉塵用于評(píng)定過(guò)濾器的過(guò)濾性能。然而，由于種種原因，這種粉塵已經(jīng)停止生產(chǎn)。取而代之的是由ISO 組織推出的ISO 中級(jí)試驗(yàn)粉塵(ISO Medium Test Dust)，簡(jiǎn)稱ISO MTD，被ISO 16889 采用為試驗(yàn)粉塵。由于這兩種粉塵所采用的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)不同，為避免混淆，使用ISO MTD 測(cè)得的結(jié)果，其粒徑符號(hào)后均注明角標(biāo)“c”。試驗(yàn)粉塵的不同，以及由此帶來(lái)的校準(zhǔn)方法的改變，使得采用ISO 4572 與ISO 16889 測(cè)得的過(guò)濾器性能也不相同。

(4)新的試驗(yàn)方法

在脈動(dòng)流量下評(píng)定液壓濾芯的過(guò)濾性能，是目前國(guó)際上研究的一項(xiàng)新課題，也是多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。工業(yè)液壓系統(tǒng)中普遍存在著規(guī)律性的流量脈動(dòng)，工業(yè)應(yīng)用中的許多實(shí)例都表明，當(dāng)濾芯受到系統(tǒng)脈動(dòng)流量條件影響時(shí)，其過(guò)濾能力會(huì)嚴(yán)重降低。那么，如何模擬液壓系統(tǒng)的流量脈動(dòng)，以考察脈動(dòng)流量下濾芯過(guò)濾性能的變化規(guī)律呢?為此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了一項(xiàng)新的液壓過(guò)濾器過(guò)濾性能評(píng)定方法，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)草案ISO/CD 23369 《液壓傳動(dòng)過(guò)濾器—在脈動(dòng)流量條件下評(píng)定濾芯過(guò)濾性能的多次通過(guò)方法》。

該方法在符合一定規(guī)律的脈動(dòng)流量條件下，完成液壓濾芯的多次通過(guò)試驗(yàn)程序。為了有效評(píng)定流量脈動(dòng)對(duì)濾芯過(guò)濾性能的影響，ISO/CD 23369 采用了按矩形波規(guī)律周期變化的脈動(dòng)循環(huán)流量進(jìn)行試驗(yàn)，流量變化頻率為0.1 Hz，試驗(yàn)流量周期性地從濾芯額定流量變化為額定流量的25%。試驗(yàn)過(guò)程中連續(xù)向試驗(yàn)系統(tǒng)注入污染物，測(cè)試濾芯的過(guò)濾效率、壓降流量特性和納污容量，當(dāng)被試濾芯壓降達(dá)到規(guī)定的極限壓降時(shí)試驗(yàn)結(jié)束。

(5)新的試驗(yàn)需求

近年來(lái)，大納污能力濾芯的過(guò)濾性能檢測(cè)需求快速增長(zhǎng)。這類濾芯多用于內(nèi)燃機(jī)車、船舶、濾油車的油液系統(tǒng)中，相比傳統(tǒng)濾芯，具有體積龐大、納污容量超大的特點(diǎn)，如果按照原來(lái)的檢測(cè)方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間會(huì)十幾倍、幾十倍地增加，對(duì)人力、物力的損耗巨大，且試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)，亟待提出新的試驗(yàn)方法，以有效解決大納污量濾芯的過(guò)濾性能評(píng)定問(wèn)題。

濾材的過(guò)濾性能參數(shù)對(duì)于了解濾材基本性能、指導(dǎo)新型濾材的研制至關(guān)重要。然而，目前還沒(méi)有針對(duì)濾材的過(guò)濾性能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，一般參照液壓濾芯的多次通過(guò)方法進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定。一般情況下，相比于結(jié)構(gòu)完整的濾芯，濾材具有納污容量小、極限壓降低、污染耐受度低、流量疲勞耐受性差和抗破裂性差等特點(diǎn)，若采用濾芯的多次通過(guò)試驗(yàn)條件進(jìn)行濾材試驗(yàn)，會(huì)造成諸如試驗(yàn)時(shí)間短、試驗(yàn)濾材中途破裂等異常現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法采集有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)，甚至試驗(yàn)中止。因此，為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，有必要制定濾材的過(guò)濾性能評(píng)定方法，對(duì)濾材的試驗(yàn)流量、上游基本質(zhì)量污染度等試驗(yàn)條件，對(duì)濾材的取樣面積、裝夾位置等技術(shù)細(xì)節(jié)作出統(tǒng)一的規(guī)定和技術(shù)要求。

新型過(guò)濾元件也提出了過(guò)濾性能評(píng)定的要求。金屬橡膠是一種新型的彈性多孔材料，由金屬絲經(jīng)特殊制備工藝加工而成，其較高的承載能力、抗堵塞能力及節(jié)流孔隙隨壓力連續(xù)可調(diào)性能是其他多孔材料所無(wú)法比擬的，這種新型材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到液壓系統(tǒng)中作為過(guò)濾元件使用。由于金屬橡膠元件的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊，不同于普通濾芯，不能簡(jiǎn)單套用普通濾芯的試驗(yàn)方法，如何有效應(yīng)用多次通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)評(píng)定其過(guò)濾性能是一個(gè)新的研究課題。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了適應(yīng)我國(guó)液壓過(guò)濾器行業(yè)科學(xué)和快速發(fā)展的要求，特提出以下幾點(diǎn)建議:

(1)隨著先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展及檢測(cè)儀器的不斷更新，采用新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法勢(shì)在必行!同時(shí)，老的標(biāo)準(zhǔn)還在使用，這就要求用戶:一方面在有關(guān)的產(chǎn)品試驗(yàn)報(bào)告及宣傳品上，應(yīng)該清楚標(biāo)明所采用的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);另一方面，在對(duì)比過(guò)濾器的過(guò)濾性能時(shí)，必須采用同一種試驗(yàn)方法對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

(2)根據(jù)目前掌握的信息，關(guān)于過(guò)濾器性能試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度問(wèn)題已經(jīng)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)定、交付和驗(yàn)收產(chǎn)生不同程度的影響，為此，建議盡快開(kāi)展專用測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)或聯(lián)合比對(duì)，以便提高設(shè)備的準(zhǔn)確度和一致性。

【1】中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 18853－2002.液壓傳動(dòng)過(guò)濾器評(píng)定濾芯過(guò)濾性能的多次通過(guò)方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

【2】Technical Committee ISO/TC 131，F(xiàn)luid Power Systems，Subcommittee SC 6，Contamination Control.ISO 4572-1981.Hydraulic Fluid power-Filters-Multi-pass Method for Evaluating Filtration Performance［S］.Switzerland，1981.

【3】Technical Committee ISO/TC 131，F(xiàn)luid Power Systems，Subcommittee SC 6，Contamination Control.ISO 16889-2008.Hydraulic Fluid Power-Filters-Multi-pass Method for Evaluating Filtration Performance of a Filter Element［S］.Switzerland，2008.

【4】夏志新.液壓系統(tǒng)污染控制［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992.