液壓過濾器多次通過試驗技術現狀與發展

杜立鵬

(航空工業過濾產品質量監督檢測中心(新鄉)，河南新鄉453019)

液壓過濾器用于控制液壓系統中循環的污染顆粒數量，以滿足系統的污染等級要求。為了評定過濾器產品的性能及對產品質量進行控制，需要采用相應的試驗方法對其進行試驗評估，多次通過試驗方法是目前了解液壓過濾器過濾性能最直接、最有效的一種方法，為液壓過濾器的設計應用提供了有效依據。近年來，隨著產品主體和系統設計以及用戶對性能精確度的需求逐步提高，國際上先進的試驗技術快速發展，帶來了試驗方法的不斷改進，其發展趨勢是:試驗條件更加貼近產品使用工況，采用數據仿真、計算機模擬技術;數據采集更加貼近真實，實現在線檢測。

1 多次通過試驗技術

1.1 試驗原理

多次通過試驗法模擬過濾器在液壓系統中的實際工作狀況，污染物不斷地從外界侵入并在內部產生，過濾器不斷濾除其中部分污染物，而未被濾除的部分在系統內循環并多次通過過濾器。多次通過試驗系統主要由過濾器試驗系統、污染物注入系統和在線顆粒計數系統等分系統組成。其工作原理如圖1所示。試驗時，在穩定流量下，經試驗油箱連續向試驗系統注入污染物，監測被試過濾器兩端的壓降，并按照一定的取樣間隔，從過濾器的上、下游取樣點取樣，進行顆粒計數分析，統計顆粒數量，直至被試濾芯壓降達到規定的極限壓降時試驗結束。通過對試驗數據的分析與計算，得出被試濾芯的過濾比、壓降流量特性和納污容量等過濾性能參數。

圖1 多次通過試驗系統原理圖

1.2 試驗方法

目前，國內液壓行業常用的多次通過試驗標準包括:ISO 4572、ISO 16889 和GB/T 18853。其中，ISO 16889 是ISO 4572 的技術修訂版，國際上已經廢止了ISO 4572，但由于歷史原因，國內有些廠家仍在繼續使用ISO 4572;GB/T 18853 是對ISO 16689 等同采標轉化而來的。

按照標準要求，在進行正式試驗前，這些子系統應按照相應的標準進行校準或驗證，以保證它們達到規定的使用要求。

正式試驗前，按照標準程序要求，完成試驗準備工作，然后采用多次通過試驗法來檢測被試過濾器的過濾性能。試驗準備和正式試驗程序如圖2所示。

圖2 液壓過濾器多次通過試驗程序圖

1.3 在線顆粒計數技術

隨著現代科技的發展和測試技術的進步，在線檢測技術廣泛用于國防、民用工業各個領域，是保證測試結果準確性的一種重要的手段。目前，該技術在液體過濾系統污染檢測和過濾器性能評定方面也有著相當成熟的應用經驗。如圖3 是多次通過試驗用在線顆粒計數系統原理圖。

圖3 多次通過試驗用在線顆粒計數系統原理圖

在線顆粒計數系統主要由自動顆粒計數器和流量控制器組成，自動顆粒計數器與流量控制器配合使用，可對流體系統進行在線顆粒分析。它配備兩個遮光型傳感器，用以同時測定過濾器上游和下游液體的污染度，并自動計算出上、下游顆粒濃度的比值(即過濾比)。從過濾器的上游和下游分流一小部分流量，分別流經上、下游傳感器，兩傳感器的輸出電壓脈沖信號傳輸到計數器，計數器對上、下游油液的顆粒濃度同時進行測定，然后計算出過濾比。由于在線顆粒分析是按時間取樣，要求通過傳感器的流量穩定。流量控制器直接連接在系統管路中，用以控制和調節流經傳感器的流量。

在線顆粒計數技術具有以下優點:

(1)在線顆粒計數法是對油液樣品直接測試，不需要對油樣進行固體顆粒的收集等處理，具有操作簡便、計數速度快等優點。

(2)體積和顆粒分布的測試均采用自動控制，消除人為誤差，成功避免了二次污染的引入，保證了計數測試的準確性。

(3)在線檢測具有實時性，能夠真實、準確地反映過濾器的工作狀態和參數的變化。

(4)對過濾器過濾精度的檢測結果準確到了顆粒的尺寸，相較于采用重量法計算效率的方法更加科學準確，使過濾器檢測的檢測結果更貼近實際工況中的過濾性能。

2 多次通過試驗技術的變化和發展

隨著國際上先進試驗技術的不斷提高，試驗方法更新速度加快，隨之頒布相應的新的國際標準，舊的標準也在修訂。目前，關于多次通過試驗技術的變化和發展趨勢主要有以下幾方面:

(1)系統要求

試驗方法的設計原則，越來越注重模擬被測產品的實際工況，如，檢測要求實現“在線實時檢測”，靜態性能要求測量“動態性能”，試驗工況由穩定流量下測量發展到脈動流量下測量。

對試驗系統控制原理要求實現機電一體化的數字自動控制，試驗結果的處理采用計算機數據采集與處理程序，對試驗結果處理程序化，規范化。

試驗程序中增加了系統驗證(準確度)，通過增加系統有效性驗證程序，加強了對系統的準確性要求，引入了計量的概念，大大提高了試驗結果的一致性和準確度。

(2)參數要求

通過對比多次通過試驗技術的發展過程，可以看出試驗參數的變化如表1所示。

表1 參數要求的發展趨勢

(3)標準試驗粉塵

在過去相當長的一段時間里，空氣過濾器精細試驗粉塵(Air Clearer Fine Test Dust)，簡稱ACFTD，被公認為典型液壓系統中具有代表性的污染物，是液壓污染控制領域各實驗室通用的標準粉塵，這一點也體現在了ISO 標準中，在ISO 4572 中作為試驗粉塵用于評定過濾器的過濾性能。然而，由于種種原因，這種粉塵已經停止生產。取而代之的是由ISO 組織推出的ISO 中級試驗粉塵(ISO Medium Test Dust)，簡稱ISO MTD，被ISO 16889 采用為試驗粉塵。由于這兩種粉塵所采用的校準標準不同，為避免混淆，使用ISO MTD 測得的結果，其粒徑符號后均注明角標“c”。試驗粉塵的不同，以及由此帶來的校準方法的改變，使得采用ISO 4572 與ISO 16889 測得的過濾器性能也不相同。

(4)新的試驗方法

在脈動流量下評定液壓濾芯的過濾性能，是目前國際上研究的一項新課題，也是多次通過試驗技術發展的一個新方向。工業液壓系統中普遍存在著規律性的流量脈動，工業應用中的許多實例都表明，當濾芯受到系統脈動流量條件影響時，其過濾能力會嚴重降低。那么，如何模擬液壓系統的流量脈動，以考察脈動流量下濾芯過濾性能的變化規律呢?為此，國際標準化組織提出了一項新的液壓過濾器過濾性能評定方法，并制定了相應的標準草案ISO/CD 23369 《液壓傳動過濾器—在脈動流量條件下評定濾芯過濾性能的多次通過方法》。

該方法在符合一定規律的脈動流量條件下，完成液壓濾芯的多次通過試驗程序。為了有效評定流量脈動對濾芯過濾性能的影響，ISO/CD 23369 采用了按矩形波規律周期變化的脈動循環流量進行試驗，流量變化頻率為0.1 Hz，試驗流量周期性地從濾芯額定流量變化為額定流量的25%。試驗過程中連續向試驗系統注入污染物，測試濾芯的過濾效率、壓降流量特性和納污容量，當被試濾芯壓降達到規定的極限壓降時試驗結束。

(5)新的試驗需求

近年來，大納污能力濾芯的過濾性能檢測需求快速增長。這類濾芯多用于內燃機車、船舶、濾油車的油液系統中，相比傳統濾芯，具有體積龐大、納污容量超大的特點，如果按照原來的檢測方法進行試驗，試驗時間會十幾倍、幾十倍地增加，對人力、物力的損耗巨大，且試驗成本高、周期長，亟待提出新的試驗方法，以有效解決大納污量濾芯的過濾性能評定問題。

濾材的過濾性能參數對于了解濾材基本性能、指導新型濾材的研制至關重要。然而，目前還沒有針對濾材的過濾性能評定標準，一般參照液壓濾芯的多次通過方法進行試驗評定。一般情況下，相比于結構完整的濾芯，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，若采用濾芯的多次通過試驗條件進行濾材試驗，會造成諸如試驗時間短、試驗濾材中途破裂等異常現象，導致無法采集有效試驗數據，甚至試驗中止。因此，為了使試驗結果具有可比性，有必要制定濾材的過濾性能評定方法，對濾材的試驗流量、上游基本質量污染度等試驗條件，對濾材的取樣面積、裝夾位置等技術細節作出統一的規定和技術要求。

新型過濾元件也提出了過濾性能評定的要求。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、抗堵塞能力及節流孔隙隨壓力連續可調性能是其他多孔材料所無法比擬的，這種新型材料已經開始應用到液壓系統中作為過濾元件使用。由于金屬橡膠元件的外形和內部結構特殊，不同于普通濾芯，不能簡單套用普通濾芯的試驗方法，如何有效應用多次通過試驗技術評定其過濾性能是一個新的研究課題。

3 結束語

為了適應我國液壓過濾器行業科學和快速發展的要求，特提出以下幾點建議:

(1)隨著先進檢測技術的快速發展及檢測儀器的不斷更新，采用新標準的試驗方法勢在必行!同時，老的標準還在使用，這就要求用戶:一方面在有關的產品試驗報告及宣傳品上，應該清楚標明所采用的試驗標準;另一方面，在對比過濾器的過濾性能時，必須采用同一種試驗方法對得到的結果進行對比。

(2)根據目前掌握的信息，關于過濾器性能試驗結果準確度問題已經對產品的質量評定、交付和驗收產生不同程度的影響，為此，建議盡快開展專用測試設備的校準或聯合比對，以便提高設備的準確度和一致性。

【1】中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 18853－2002.液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多次通過方法［S］.北京:中國標準出版社，2003.

【2】Technical Committee ISO/TC 131，Fluid 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，Fluid 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.液壓系統污染控制［M］.北京:機械工業出版社，1992.