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土方机械液压回路的一种自清洗过滤技术 曾庆聪 厦门厦工机械股份有限公司 关键词 液压系统； 回油过滤； 自清洗 液压 技术在 土方机械上 的应用越 来越显示 出 普遍性和重要性。随着液压系统压力不断提高， 以 及元件的制造精度和系统的控制精度的提高， 液压 系统对于油液的清洁度越来越敏感。尤其是土方机 械 ， 由于作业环境差 ， 污染源多， 更容易因油液清洁 度问题而引发机器故障。国外有关 资料表明 液压 系统 7 0 ％以上的故障源 自油液的清洁度问题。可 见， 解决液压系统的清洁度问题 ， 是避免液压系统 故障的关键措施之一。 通常，为了保证机械设备液压系统的清洁， 首 先要保证装配前， 所有零部件包括所加入液压油的 清洁度满足要求。此外， 在使用中也需要依靠 自身 的过滤来保障液压系统的清洁。在液压系统油路 中， 通常设计两道油液过滤。第一道是泵吸油过滤， 为避免泵 吸空 ， 吸油过滤一般为粗滤 ， 用 于阻止颗 粒较大的污染物进入系统；第二道是回油过滤， 是 在液压油经过工作循环后回到油箱前的一道过滤， 回油过滤一般为精滤 ， 是液压系统最 主要 、 最关键 的过滤环节。由于回油过滤精细， 滤网密度大， 容易 堵塞， 引起回油压力升高， 严重时滤网被冲破， 造成 更严重的二次污染和系统故障。因此， 真正解决液 压系统清洁度问题，除了装配时要保证清洁外， 关 键在于液压系统 的回油过滤 ， 也就是说 解决 问题 的关键在于如何使回油过滤既保证过滤精度又畅 通无阻又不需经常更换滤芯。 图 1 所示为传统的回油过滤器结构示意图。这 种过滤器主要由端盖、 壳体和滤芯组成， 其中， 壳体 1 ． 端盖2 ． 滤芯3 ． 壳体 图 1 传统的回油过滤器结构示意图 和滤芯均以螺纹连接同端盖紧固在一起。其工作原 理是 液压 回油从 A 口流人 ， 经过滤芯过滤 ， 干净的 油从 B口流出。随着回油过滤的不断进行， 越来越 多的颗粒、 杂质等污染物被滤芯阻隔在壳体与滤芯 之间的容腔内， 有的悬浮在油液中， 有的沉淀在容 腔底部 ， 有的吸附在滤芯表面上， 有的挤塞在滤芯 网眼中。当堵塞和吸附物过多时， 滤芯通流量降低， 流阻增大。此时， 如果不及时更换滤芯， 将引起机器 工作效率下降或滤网被冲破， 造成严重后果。 从传统过滤器的工作原理不难看出， 只要不断 作者简介 曾庆聪 1 9 5 5 一 ， 男， 高级工程师， 研究方向 产品研发， 液压试验设备及试验方法研究。 一 3 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 清洗滤芯表面 的附着物和堵塞物 ， 就能让滤芯不堵 塞或少堵塞 ； 只要让悬浮的污染物沉淀在一个静流 区内， 不再进入待滤油中， 就有可能实现滤芯不被 堵塞。 图 2 是笔者设计的一种可以 自动清洗的液压 回油过滤装置的结构示意图，该装置主要 由左端 盖、 外壳体、 0形密封圈、 滤芯、 右端盖和导流板等组 成。其中，滤芯支撑在左右端盖的支撑台上 ， 以 H 9 ／ f 8的配合关系形成动配合。滤芯可以绕支撑台 旋转， 其间隙由0形密封圈密封。左右端盖通过螺 栓与外壳体连接， 导流板焊接在外壳体上。工作时， 液压 回油从 C口进入 ， 受导流板的引流 ， 沿滤芯轴 向分流并从滤芯与外壳体之间的缝隙流入， 经过滤 芯过滤，干净的油从 D口流出，完成过滤。在图2 E E剖视 图上可以看 出 ， C油 口中心与滤芯轴线偏 离一定距离， 导流板迫使 c口流人的油从滤芯的一 侧流过， 这样， 滤芯的一侧始终受来 自C口液压回 油的重力和液压力的作用。由于这些力以及力的 作用点与滤芯的回转中心有一偏心距 ，因此构成 了一个回转力矩，推动滤芯不断绕着左右端盖的 支撑台旋转。 旋转中的滤芯， 上部表面受到进油的 冲刷 ， 下部表面在油液中漂洗， 滤芯表面的附着物 或颗粒及时被清洗脱离， 保持了滤芯不被堵塞， 畅 通无阻。图中的存污区是设计用来储存被过滤留 下的污物。由于所设计的存污区为角落静流区， 油 液中的颗粒和杂物在该处静止、 沉淀， 不再进入滤 油 中。必要 时可以在存污区设置永久磁铁 ， 加强对 金属颗粒的吸存。 6 7 1 ． 左端盖2 ． 外壳体3 ． 0形密封圈4 ． 滤芯5 ． 右端盖6 ． 导流板7 ． 存污区 图2 自清洗液压回油过滤装置结构示意图 上述典型装置的结构设计和工作原理可以表 明， 液压回路自清洗技术利用液压回油 自身的重力 和流体动力 ，能够实现滤芯的自动旋转和清洗 ， 改 善传统过滤器滤芯容易被堵塞的不足。同时， 利用 拐角静流原理， 让污染物沉积在存污区不再进入滤 油 中， 保证 了滤芯不堵塞 ， 常畅通。 采用 了新技术 的过滤装 置不仅在结构 上具有 先进性 ， 在性能方面 ， 与传统过滤器相 比， 具有 以下 几方面的优越性 1 过滤精度 在相同的滤网面积情况下， 新型 过滤装置因不堵塞， 通流裕量可取得较小 ， 进而提 高过滤精度。又因采用了圆筒式滤芯结构和环流技 术， 可适合如玻璃纤维、 复合纤维等精细而不耐皱 折和液压冲击的滤网， 过滤精度可达到 5 m以下。 2 压差流量特性 新型过滤装置在工作中一 直随液压油的流动而自动清洗 ， 滤网上几乎没有堵 塞物 ， 保持着足够的通流面积， 因此液压油在通过 滤网时，只是受到自身液黏阻力等微小的影响， 根 据 流体 力学原理 ， 该 流动是层流恒 速流动 ， 具有较 好 的流动稳定性。 3 纳垢容量 新型过滤装置设计 有一个较大 的存污区， 纳垢量大。 4 抗疲劳、 抗破裂性能 新型过滤装 置通过 自 动清洗保证了滤网畅通 ，流动压差很小且稳定， 因 此， 滤网包括整个过滤装置， 没有受到较大载荷和 交变应力的作用 ， 也不存在高速流体的冲刷， 具有 较好的抗疲劳和抗破裂性能。 5 经济性 经业内专家测算 ， 与同类传统过滤 一 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 器 相 比 ，新 型 过 滤 装 置 的 成 本 增 加 约 8％ ，售 价 提 高 先 进 可 行 。 至 少 35％ ，具 有 较 高 的 经 济 价 值 。 随 着 不 断 完 善 和 提 高 ，该 技 术 将 很 快 成 为 老 产 I 2 0 1 1 年 期间， 为了 验 证 该新 技 术 方 案的 可 行 品 技 术改 进的 首 选 ，更是新产品设计的首选， 它不 性，在两台全新 5 t 级装载机上分别装上了同规格 仅适用于土方机械， 还可成为其他液压设备回油过 的新型过滤装置和传统的过滤器样品， 进行了同条 滤器升级换代的理想选择 ， 该技术已申请国家专利 件下的工业性对比试验。 经过 6 8 0 h 作业后， 传统过 专利号 Z L 2 0 0 9 2 0 2 7 3 9 2 1 ．x 。 滤器的发讯器报警， 此时， 发讯器显示滤油阻力为 0 ． 3 MP a ，而新 型 过滤 装 置 的发讯 器 压力 为 0 ． o 5 参考文献 M P a ， 与开始时相同。拆卸传统过滤器滤芯， 发现滤 【 l 】 雷天觉． 新编液压工程手册【 ． 北京 北京理工大学出 网表面污物堵塞严重， 有明显凹陷现象。拆开新型 版 社， 1 9 9 8 过滤装置检查， 滤网表面完好无损， 表面只见少许 【2 】 云龙， 洪文鹏． 工程流体力学【M 】 北京 中国电 力出 版 纤维状织物挂在网眼， 存污区积存有清洗下来的污 社， 2 0 0 8 物。 试验结果表明 新型自 清洗过滤装置， 实现了设 通 信地址厦门市集美区灌口南路 6 碣 号之八 If ] l工棚 计 目标， 也进一步证明， 本文所述 自清洗过滤技术 械股份有限 公司 技术中 心 3 6 l o 2 3 收稿日 期 2 0 1 2 - 0 8 2 8 ] 基于模块化的工程机械液压元件及系统试验平台开发 王福山’ ， 雷江河 ， 万箭波 ， 王苏卿 。 ， 朱熙耕 z ， 周 然 ， 陈建长 z ， 李军营2 1 ． 天津工程机械研究院； 2 ． 天津市精研工程机械传动有限公司 ，- 。 ◆ ◆。 ◆。 ◆ 。 。 ◆ 。 。 。 ◆。 ◆ ‘ ◆。 ◆’ ◆ 。 。 。 。 ◆。 ◆。 ◆ 。 ◆。 。 。 ◆- ◆ - ◆ - ◆ ◆- 一 一 ◆ ◆ 、 ； 摘 要 在分析T 程机械液压元件及系 统试验需求、 基本构造的 基础上， 基于 模块化设计理念设计 1 1 液压试验平台的总体 结构和 功能模块， 研制出 工程机械液压元件 及系 统多功能、 柔性、 开放 式试验研究平 ； t 台。 介绍液压试 验平台 试验过程控制和测量系统的实 现方法与原理。 ’●。‘ ● 。◆。●。◆ ●’ ●。◆’◆。◆。◆。◆。 ●-◆-●。 ●。◆。●。◆。●-● ◆。◆。◆。◆‘◆。●-●● ●‘● ‘ _ _ -● 关键词 模块化设计； 液压元件及系统； 试验平台； 柔性； 开放 目前国内生产挖掘机用轴向柱塞泵， 马达、 多路 一流的多学科试验室， 打造面向全行业的工程机械 阀的制造企业有 9 家之多， 但由于产品可靠性得不 整机检测、 再制造技术、 传动技术公共协同试验研 萄l 从 I --T-． 膏 l li l 鄱 春壮士 n 甘姻 ’ }晤 且 泫妊 艋 肃亚 厶 甘r f 1 _ T ．扭士 n妯上 士 挂 圈 舟 域的基础研究、共性技术研究和应用技术研究薄 弱， 加强流体传动机理、 液压元件可靠性、 液压系统 耦合节能、 数字式液压控制及液压系统适应性等技 术研究是解决问题的关键。上述研究需建立在大量 的试验基础之上， 必须有原理性试验、 部件试验和 系统验证试验作为支撑。 天津工程机械研究院以增强试验手段， 促进产 业升级和技术创新 ， 提升产品信息化、 智能化和科 研开发现代化水平为目的， 建设了面积为 8 万 m 2 的 台中液压元件及系统试验平台 以下简称“ 液压试 验平台” 为多功能 、 柔性 、 开放式试验研究平 台， 旨 在满足新型传动元件产品质量监督检测需要的同 时， 形成新型工程机械液压元件及系统研发试验基 地 ， 促进我国工程机械行业的跨越式发展 ， 带动整 个行业的科技进步和市场竞争能力的提高。 1 液压试验平台的要求 自2 0世纪 9 0 年代以来， 工程机械产品向多样 基金项目 国家重大科技成果转化项目 工程机械用高压轴向柱塞泵， 马达关键技术成果转化 作者简介 王福山 1 9 6 1 一 ， 男， 天津人， 教授级高级工程师。 研究方向 工程机械液压传动技术。 一 3 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m