液壓設備高壓濾芯損傷問題分析及改進

張曉松，楊 斌，任國強

（1. 上海海岳液壓機電工程有限公司，上海 200031；2. 中冶南方連鑄技術工程有限責任公司，武漢 430073）

0 引言

工作液高壓過濾器是液壓設備清潔度保障所常用的回路輔件，可保證液壓系統(tǒng)油液顆粒度處于正常使用要求范圍內，降低液壓系統(tǒng)元部件磨損，減少故障率，延長使用壽命[1-2]。目前液壓系統(tǒng)常用的高壓過濾器濾芯，其可用程度一般為堵塞超壓差發(fā)訊檢測，濾芯異常瞬時壓潰和損傷時往往不能實時獲取異常狀態(tài)，需通過人工拆檢方可發(fā)現(xiàn)故障。

本文通過對某型高壓大流量的液壓設備的濾芯故障進行分析，通過建模仿真對反向壓力沖擊動態(tài)過程進行研究，改進二通插裝閥液壓控制回路，提高設備的運行可靠性，避免高壓濾芯的損傷及設備故障[3-7]。

1 高壓過濾器濾芯損傷原因分析及改進措施

1.1 高壓過濾器濾芯損傷檢查

某型高壓大流量液壓設備在初期投入使用過程中多次出現(xiàn)故障，發(fā)生液壓系統(tǒng)一路泵源壓力無法正常起壓問題，經對液壓設備的拆檢，發(fā)現(xiàn)該泵源回路溢流閥卡死，存在不明金屬物，進一步拆檢檢查發(fā)現(xiàn)該回路中高壓過濾器濾芯出現(xiàn)異常損壞，見圖1。

圖1 溢流閥金屬物及故障高壓濾芯圖

1.2 液壓回路工況說明

液壓設備高壓濾器相關部分原理回路簡圖見圖2，主要相關技術參數(shù)如下：

1）工作壓力為30 MPa；泵源流量2 000 L/min。

2）泵源總出口壓力管線直徑DN80 m，長度為50 m。

3）主泵-電機組流量4×500 L/min，功率4×250 kW。

如圖2所示，液壓設備正常運行時，泵源回路4臺比例泵-電機組共同為設備提供高壓液壓油，YVH1得電后，泵源為回路提供驅動用高壓液壓油，實現(xiàn)回路中液壓缸的變速往復運動。設備停機時，4臺泵-電機組錯時泄壓后，電機停止運行。泵源出口壓力管線通過電磁溢流閥YVH2得電泄壓。

圖2 溢流閥金屬物及故障高壓濾芯圖

1.3 高壓濾芯損傷原因檢查與分析

根據(jù)濾器損傷情況初步判斷，高壓濾器應為異常反向高壓沖擊造成損壞，重點懷疑回路單向閥組件故障，但拆檢時未發(fā)現(xiàn)有污染物引起的閥芯卡滯，主油道反向泄漏檢查亦正常無異常泄漏，復裝后，試運行未發(fā)現(xiàn)任何異常，濾芯故障未再現(xiàn)，多次運行后拆檢濾芯也未發(fā)現(xiàn)起鼓或損壞情況。后續(xù)設備投入正常工作后約3周，又出現(xiàn)濾芯沖擊損壞情況。再次對設備進行運行跟蹤檢查發(fā)現(xiàn)，設備在多次啟動和停機過程中，該設備出現(xiàn)故障的2#泵源回路壓力表偶然出現(xiàn)一次瞬時壓力低幅值跳擺情況。進一步檢查，并和其他泵源回路元件進行對比分析，該回路單向功能插裝閥實際安裝的復位彈簧略軟，開啟壓力為0.1 MPa彈簧，其他回路安裝的復位彈簧均為0.2 MPa彈簧，測量檢查該回路插裝閥安裝腔孔尺寸和形位公差接近設計極限值，且較其他腔孔加工尺寸略小。

初步判斷由于單向閥復位彈簧力較小，在某些特定條件下（如單動檢查、急停等工況），克服閥芯歸位阻力后剩余加速復位力不足，存在偶發(fā)的復位關閉時間較長情況，會造成系統(tǒng)總線壓力反沖，引起高壓濾芯損壞。

1.4 改進方案

通過以上分析，擬定液壓系統(tǒng)改進方案為：將原理回路圖2中序號7中單向插件更換為開啟壓力為0.2 MPa的彈簧，適當加長特定工況下泵-電機組錯時啟動、停止時間間隔。

2 仿真分析研究

2.1 仿真回路圖

對該回路搭建簡化仿真模型，仿真模型圖見圖3。

圖3 仿真回路簡圖

2.2 仿真驗證結果

仿真驗證分別對啟泵、停機卸荷、運行中急停工況進行了回路仿真分析。其中，運行過程中急停工況的仿真驗證結果見圖4。圖4中插裝閥彈簧力參數(shù)對應插裝閥開啟壓力分別為0.05 MPa、0.1 MPa和0.2 MPa。由圖4可知：在彈簧力為0.2 MPa時，插裝閥關閉較快，對高壓濾器的反向沖擊壓力較低。

圖4 單向插裝閥不同開啟壓力濾芯壓降

在單向插裝閥的閥芯異?？陂_度50%和100%的極端情況下，仿真分析結果見圖5，由圖5可以看出：最高反向沖擊壓力達2 MPa以上。會對濾芯造成嚴重破壞。

圖5 單向插裝閥異?？V芯壓降

由于高壓過濾器濾芯單向支撐的結構特點，反向瞬態(tài)壓力沖擊超過一定幅值時會造成過濾器濾芯鼓肚，過大的反向瞬態(tài)壓力沖擊將造成濾芯金屬骨架等破壞。由仿真計算結果可知，適當采用開啟壓力較高插裝閥彈簧有助于防止閥芯卡滯，降低反向壓降，避免高壓濾器濾芯損傷故障。

3 試驗與驗證

按本文研究內容改進方案，對液壓設備高壓過濾器相關回路進行改進和驗證，并連續(xù)進行3個月的運行維護檢查。該型液壓設備所使用的高壓濾芯未重復出現(xiàn)濾芯損壞故障，高壓濾芯更換頻率實現(xiàn)正常維護，液壓設備長期穩(wěn)定運行。

4 結論

通過上文的分析和驗證，可以得出以下結論：

1）提升高壓濾器出口單向閥開啟壓力有利于防止高壓濾芯損傷。

2）增設高壓濾器濾芯壓差的異常低壓監(jiān)測有利于設備的主動維護。

3）液壓系統(tǒng)高壓流場沖擊應在設計時加以重視和避免。

以上措施在液壓系統(tǒng)的應用可降低新型液壓設備的研制風險，提高液壓設備的可靠性，降低設備故障率，延長設備的使用壽命。