液压滤清器使用过程中过滤比下降原因的初步分析.pdf

2 0 1 5年 5月 第 4 3卷 第 1 O期 机床与液压 MACHI NE T 0OL HYDRAULI CS Mfd v 2 01 5 Vo 1 ． 43 No ． 1 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 1 0 ． 0 2 4 液压滤清器使用过程中过滤比下降原因的初步分析 朱吕 ，梁云 ，刘勇 1 ．华南理工大学制浆造纸国家重点实验 室，广东广州 5 1 0 6 4 0 ； 2 ．九江七所精 密机 电科技有限公司，江西九江 3 3 2 0 0 0 摘要 通过研究不同的液压滤材及使用后滤芯，分析液压滤材在使用过程中过滤比下降的原因。研究发现后期对滤 材的加工处理可能会破坏滤材的结构 ，以及滤材在工作过程中其人流面和出流面逐渐增加的压差也可能会影响滤材的结构 稳定性 无纺布复合可以使滤材维持较高的过滤比； 在对滤材施胶时 ， 理想的树脂应该在适应液压系统环境的同时也可以 使纤维之间有更好的结合 ，从而保证滤材在工作期间维持较高的过滤比。 关键词液压滤材 ；过滤比；压差；无纺布；打折加工 中图分类号 T Q 0 5 0 ． 4 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 1 0 - 0 7 6 - 5 I ni t i a l Ana l y s i s o f t h e De c l i ne Re a s o ns o f Hy d r a ul i c Fi l t e r F ．i l t r a t i o n Ra t i o i n Us i ng Pr o c e s s ZHU L v ， L I ANG Yu n ， LI U Yo ng 1 ． S t a t e K e y L a b o f P u l p P a p e r E n g i n e e r i n g ，S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Gu a n g z h o u Gua n g d o n g 5 1 0 6 4 0， Chi na； 2 ． J i u j i a n g 7 0 7 I n s t i t u t e o f P r e c i s i o n M e c h a t r o n i c s S C I T E C H C o ． ，L t d ． ， J i u j i a n g J i a n g x i 3 3 2 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t T h e d e c l i n e r e a s o n s o f h y d r a u l i c fi l t e r fi l t r a t i o n r a t i o i n u s i n g p r o c e s s w e r e a n a l y z e d b y s t u d y i n g d i f f e r e n t h y d r a u l i c fi l - t e r me d i a a n d u s e d fi l t e r ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e fi l t e r ma t e r i a l p r o c e s s i n g i n l a t e r s t a g e wi l l d a ma g e t h e s t r u c t u r e o f t h e fi l t e r me d i a ； i n t h e wo r k i n g p r o c e s s ， t h e i n c r e a s i n g p r e s s u r e d i ff e r e n c e b e t we e n t h e i n flo w f a c e a n d o u t fl o w f a c e ma y a l s o a f f e c t t h e s t ruc t u r a l s t a b i l i t y o f t h e fi l t e r me d i a； n o n wo v e n c o mp o s i t e c a n ma k e fi l t e r me d i a ma i n t a i n h i g h e r fi l t r a t i o n r a t i o ； w h e n g l u i n g o n t h e fi l t e r me d i a ， i d e al r e s i n n o t o n l y s h o u l d b e a d a p t t o t h e h y d r a u l i c s y s t e m b u t a l s o c a n make b e t t e r c o mb i n a t i o n b e t we e n t h e fi b e r s ，t o e n s u r e t h a t t h e fi l t e r me d i a ma i n t a i n s h i g h e r fi h r a t i o n r a t i o d u r i n g t h e wo r k ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c fi h e r me d i a ； F i l t r a t i o n r a t i o；Pr e s s u r e d i f f e r e n c e ； No n - wo v e n； F o l d i n g p r o c e s s i n g 由于受到各方面的污染 ，液压系统油液中含有较 多的污染物。必须借助于过滤或净化装置去除油液中 的污染物 ．通常会设计过滤系统对 自身液 压油进行净 化 『 1 ] 。我 国从 2 0世纪 8 O年代初在各工业部门逐步推 行 液压污染控制技术和管理措施 ，在液压污染控 制方 面取得了一定的成效。但是，与国外主要发达国家相 比．还有相当大的差距 ；由于受认识观念、设备管理 制度和一些市场导向的影响，使得污染控制技术的发 展受到了极大的限制 ] 。 近几年．在实际应用液压滤材时 。发现国产滤清 器在整个工作过程中，其过滤比[ 3 下降的幅度较大， 而原装进口的滤清器过滤比下降的幅度较小。这说明 国产滤芯在过滤工作后期．其过滤效率逐渐下降，工 作效率明显降低，此时滤芯的过滤作用已大大减弱 ， 液压系统油液污染加重，进而影响工程机械的整体工 作性 能 ，甚 至会 引起 工程 机 械 的故 障乃 至报 废 。因 此 ，对工程机械液压系统 内部 的液压元件 、液压油进 行污染控制十分重要。 液压滤材 主要 由玻璃纤维构成 ．玻纤滤材具有 良 好的过滤性能，可以达到很高的过滤精度 小至 1 I x m [ 4 - 5 ] ，但是滤材后期 的打折 加工 、无 纺布复 合层 和滤材的结构都会对滤材的精度产生影响。作者对以 上因素进行了分析和研究 ．以此为液压滤材的使用加 工及优化提供了一些依据。 1 实验 1 ． 1 实验 样 品与仪 器 1 ． 1 ． I 样 品 实际使用后液压滤芯 分别编号为 x 1 和 X 2 。九 江七所精密机电科技有限公司提供。 洁净 的液压 滤材 分别 编 号 为 c 1 ，c 2 ，c 3 ， c 4 ，其 中 C l 、C 2和 C 3为玻纤 滤材 ，没有无 纺 布复 合 层 ，C 4为 C 3滤材的表面复合了一层无 纺布 ，九江 七所精密机电科技有限公司提供。 打折加工后 的洁 净玻 纤滤材 c 5 ，九 江七所 精密 机电科技有限公司提供。 无纺布定量为 3 0 m m ，纺粘无纺布，九江七 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 7 - 2 8 作者简介朱吕 1 9 9 1 一 ，男 ，硕士研究生，研究方向为高性能纸基复合材料。E - m a i l 8 4 5 2 0 2 5 7 6 q q ． c o m。 8 0 机床与液压 第 4 3卷 可以看出c 1 样品滤材其胶液分布不均匀。其 纤维所构成的孔隙也较 小 ，结构较为致 密 ，与 C 2 样 品滤材相 比而 言 。C 1 样 品滤材 的孔在 较大程 度上 被 堵塞 ，降低了滤材的过滤空 间 ，这对滤材 的过滤作用 有严重的影响，可能会造成滤材在工作的过程中流阻 较大；C 2 样品滤材施胶相对均匀，且胶液并没有造 成 明显地堵塞滤材 内部的孑 L 。 表 3是 C 1 和 C 2 滤 材基本物 理性能 的检测结果 ， 图 1 7和 图 1 8 是 C 1 和 C 2滤材的多通测试 结果。 表 3 物理性能 5 0 0 4 5 0 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 S O l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 t l rai n 图 1 7 滤材压差曲线 图 1 8 1 0 Ix m颗粒过滤比 从表 3可以看出两种滤材的定量相差不大，但 是 c 1 样品的平均孔径是C 2 样品平均孔径的 1 ． 7 倍左 右 ，说明在 c 1 样 品的结构中，其孔隙较大 ；同样 ， 从透气度这一指标可看出 c 1 样品的透气度是 c 2样 品的 1 ． 8倍 。 图 1 7是 C l 和 C 2 样 品在整个 多通测试 过程 中滤 材压差的变化情况，c 1 样品在整个测试过程中，其 压差上升较快。从表 3中知道 c 1 样品的透气度是 c 2 样 品的 1 ． 8 倍 ，因此在 图 1 7中可 以看 到 C 1 样 品 的 初始压差 1 8 8 k P a 低 于 C 2样 品的初始 压差 1 9 5 k P a ；C 1 样品的初始压差在试验进行 1 8 r a i n开始上 升 ，在 t 2 7 m i n到达 4 8 0 k P a ，而 C 2样 品 的压 差在 试验进行 3 8 ra i n开始上升 ．到达 4 8 0 k P a的时间是 5 O m i n 。图 1 8 是 c 1和 C 2样 品在 整个 多通 测试 过程 中 1 0 I x m颗粒过 滤 比的变化 情况 ， ’ 可 以看 到 C 1 样 品 在 ￡ 1 8 m i n 左右时，其 1 0 m颗粒过滤比开始下降 ， 而 C 2样品对 1 0 tx m颗粒 的过滤 比在 t 3 2 v a i n左右开 始下降。结合上面的电镜照片可以看出由于树脂分 布的情况有较明显的差异，虽然两种滤材的透气度值 相差不大 ．但是其结构 的差异会对滤材两端压差和过 滤性能产生影响，在实际使用中 C 2样品滤材更有利 于延长滤材的寿命以及维持较高的过滤比；同时压差 快速的上升会严重影响滤材的工作寿命及造成滤材结 ， 构的不稳定，这样有可能使得已被截留的污染物再次 进入液压系统之中，造成滤材过滤比下降的现象。上 面的结果也说明了一些企业在选择和使用液压滤材 时，只看重滤材的物理指标是不全面的，因为仅仅依 靠物理指标无法评估出材料结构对滤材使用过程中性 能变化 的影 响。 2 ． 4 树 脂 对过 滤性 能的影 响 因为玻璃纤维本身无结合力 ，所以滤材都会用树 脂进行增强，从而使玻璃纤维更好地结合在一起。在 油液 过 滤 的滤 材 中，一 般使 用 酚醛 和 丙 烯 酸树 脂 ] 。目前应用较多的液压玻纤滤材一般使用丙烯 酸树脂 ] ，因为酚醛树脂会增加玻纤滤材的脆性 ，这 不利于滤材后期的打折加工同时不同的树脂其实际 应用性能是不同的，需要选择合适的树脂来适应不同 的实际应用环境 。 据国内外研究资料及实际应用液压滤材上胶量 一 般低 于 1 0 ％。上 胶量 过 大会 造成 孔 的堵 塞 ，从 而 影 响滤材 的过滤作用 ；上胶量过低则会造成纤维结合 力不足 ，导致滤材结构 的不稳定 。另外树脂在液压系 统高温高压的环境中有可能会发生溶出以及分解等现 象 ，这些溶 出物造成油液污染 的同时也导致滤材结构 的不稳定，这也会产生滤材过滤比下降的现象。因此 理想的树脂应该既能适应液压系统环境 。不会在工作 过程中产生上述的溶出和分解现象 ，又能使纤维更好 地结合在一起，使滤材有较好的结构稳定性 ．从而在 其寿命期间维持较高的过滤比。 3 结论 通过文中的研究 可以得 出以下结论 1 液压滤材后期的打折处理对滤材过滤性能 有着严重的影响。其折叠处的断裂会造成已被截留的 污染物重新进入液压系统。导致过滤比下降的现象； 2 无纺布复合层在对尺寸较大污染物进行过 滤 的同时 。也 在 一定 程度 上 维持 了滤 材结 构 的稳 定 性 。进一步维持了滤材的工作寿命，使得滤材在后期 的过滤比仍然有利于维持液压系统良好的工作环境； 3 滤材 的结构会对滤 材的过滤性 能造成 影 响 ， 在滤材工作的过程中，滤材的结构会对滤材两端的压 差产生严重的影响，将直接导致滤材工作寿命 的缩 短，同时会影响滤材的过滤性能。结合文中对 c 1 和 C 2样品 的研究 。在整个 测试过 程 中 。两种 滤材 达到 相同阻力 的时间相 差 了 l 倍 ．C 2样 品 的最高 1 0 l x m 颗粒过滤比是 C 1 样品最高 1 0 m颗粒过滤比的 2 ． 6 倍，因此滤材的结构对滤材的工作寿命和污染物颗粒 的过滤 比都有着严重的影响 4 树脂对于玻璃纤维之间的结合有着重要的作 用 ，在选用树脂时要考虑到对液压系统环境的适应性 ， 又能使纤维更好地结合在一起 。使滤材有较好的结构 稳定性，从而使滤材在其寿命期间维持较高的过滤比。 下转第 8 6页 8 6 机床与液压 第 4 3 卷 8 9 姜 出 ； 4 O 35 目 3 0 朝 餐 1 5 震 1 0 5 0 1 一 油腔El 2 一 油腔E 2 和E1 0 卜 油腔E 3 和E 9 4 一 油腔E 6 5 _ 油腔E5 和E7 6 一 油腔E 4 E 8 曲线 1 一 油腔F4 和F5 2 一 油腔F I 和F 8 3 一 油 腔F 3 和F6 4 一 油 腔F 2 和F 7 曲线 l 一 油腔E 1 2 一 油腔E2 和E1 0 3 一 油腔E3 和E9 4 一 油腔E6 5 一 油腔E 5 和E 7 6 _ 油腔E 4 和E 8 2 ． 1 ． 5 ． 1 ． 0 ． 5 0 0 ． 5 1 1 ． 5 2 偏载位置／ m c 主 导轨 油腔 油 膜厚 度变 化 曲线 油腔 F 4 F 5 油 腔F 1 和 F 8 油 腔F 3 和F 6 油 腔F 2 和F 7 偏 载 位 置， m d 辅导轨油腔油膜厚度变化曲线 图 6 油腔压力及油膜厚度随偏载位置的变化曲线 4计算结果分析 从 图 6可 以看 出载荷距 中心距 离越大 ．在载荷 位置同侧的主导轨油腔的压力越高，另一侧的主导轨 油腔的压 力越小 ，而辅导轨油腔 的压力变化与主导轨 油腔的压力变化 正好相反 。当载荷距 中心距离不大于 1 0 0 0 m m时 在静压圆导轨区域内 ，无论是 主导轨 还是辅导轨其各油腔的压力均非 常平缓 ，在正常 的压 力范 围内变化 ，如图 6 a 和 b 所 示 ；而当载荷 距 中心距 离 大 于 1 0 0 0 m m 时 在 静 压 圆导 轨 区域 外 ，随着偏载距离 的增加油 腔压力会 迅速增 大 ，而 且偏载位置 同侧距离偏载位置较近 的油腔 的压力会超 出导轨正 常的压力范 围 ．而辅导轨油腔压力 的变化正 好 相 反 ，如 图 6 a 中 的 油 腔 E 1 、E 2 、E 5 、E 6 、 E 7 、E l 0和图 6 b 中的油腔 F 1 、F 4 、F 5 、F 8 。 由图 6 C 和 d 可知 无 论是 主导 轨还 是 辅导轨其各油腔的油膜厚度 随偏载位置变化 的曲线均 接近于直线 ，载荷距 中心距 离越大 ，偏载位置 同侧 的 主导轨油腔的油膜厚度越小 、辅导 轨油腔 的油膜 厚度 越大 ．而另一侧的主导轨油腔的油膜厚度 越大 、辅 导 轨油腔 的油膜厚度越小 。 5结束语 综合上面 的分析 ，在加工大 、重型工件时 ，工件 的载荷 中心应尽量靠近工作 台的几何 中心 ，并确保载 荷中心不偏 出静压 圆导轨 的半径 区域 ，这样能够保证 导轨各 油腔的压力及 油膜厚度在正 常工作范 围内 而 在静压导轨的设计 阶段 ．可 以通过增加 圆形静压导轨 的半径 、油垫的数量 以及各 油垫 的有效承 载面积来提 高工作台承受偏载的能力。 参考文献 [ 1 ]蒋朝霞． 一种新型的精密加工机床 [ J ] ． 模具制造技术， 2 0 0 7 7 8 0 8 1 ． [ 2 ]邱勇． 工作 台导轨静压改造 [ J ] ． 重型机械科技， 2 0 0 5 1 2 3 - 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