畢業(yè)設(shè)計----濾清器的開發(fā)與設(shè)計

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　油液質(zhì)量對液壓系統(tǒng)工作性能影響極大，很多故障的根源都源于它，所以防止油液污染是液壓（泵）系統(tǒng)使用與維護的重要內(nèi)容，在防止油液污染中，過濾器的性能直接影響到油液的純度，若油液混入切屑、焊渣、銹片以及泵閥磨耗的金屬粉末等，會嚴重影響系統(tǒng)的工作性能，降低元件的使用壽命，當含量較大時油液要及時進行過濾或更換，所以在適當?shù)牡胤桨惭b過濾器

2、，可以截留油液不可溶的污染物，可以使油液保持清潔，保證油液系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　濾清器受工作環(huán)境影響很大，惡劣的工作環(huán)境會使過濾器加速損壞，此濾清器適用于惡劣的工作環(huán)境。首先從液壓油污染的危害談起，從濾清器的使用引入題中從工作的工作壓力、流量、精度、溫度及環(huán)境中進行選擇材料、尺寸設(shè)計，再從在從工作原理分析性能，進行理論與實踐測試，最后從安裝位置介紹濾清器的重要性，以清洗與維護來設(shè)計。</p&g

3、t;<p>　　在設(shè)計過程中，得到xx老師的精心指導(dǎo)和其他同學的共同努力。由于水平有限，錯誤和缺點難免存在，懇請老師和同學批評指正。</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　理論分析和實踐表明，液壓油的污染程度可直接影響到液壓元件和系統(tǒng)的正常工作及可靠性，據(jù)統(tǒng)計液壓系統(tǒng)中的故障至少有70%～80%是由于液壓油被污染而造成的，所以液壓

4、油的污染是一個極重要的問題，決不能掉以輕心。</p><p>　　1 液壓油的污染及危害</p><p>　　液壓油的污染就是異物混入液壓油中，通常是指在液壓油中混入水分、空氣、其他油品、機械顆粒和由于高溫氧化液壓油自身生成氧化物等類型的污染。</p><p>　　液壓油被污染后將會造成以下危害：</p><p>　　（１）油液被污染的顆粒進

5、入液壓元件中，加速元件的磨損，破壞密封，性能下降，壽命降低。</p><p>　?。ǎ玻┯鸵褐星秩肟諝猓挂簤合到y(tǒng)中造成噪聲和氣蝕，降低油液的彈性模量和潤滑性，使油液易于氧化。</p><p>　　（３）油液中混入水分后，加速油液的氧化，腐蝕金屬，也會降低潤滑性。</p><p>　?。ǎ矗┯鸵褐谢烊肫渌推?，改變了液壓油的化學成分，從而影響液壓系統(tǒng)的工作性能。&l

6、t;/p><p>　　（５）油液自身氧化生成的氧化物，使油液變質(zhì)，堵塞元件阻尼孔或節(jié)流孔，加速元件腐蝕使系統(tǒng)不能正常工作。</p><p><b>　　2、液壓油污染控制</b></p><p>　　為了保證液壓系統(tǒng)的正常工作和可靠性，必須對油液污染進行控制，通常采取以下措施：</p><p>　　對液壓元件和系統(tǒng)進行清洗、

7、凈化，液壓元件在加工過程中每一道工序后應(yīng)清洗凈化，裝配后經(jīng)嚴格清洗和檢驗；系統(tǒng)在組裝前，管道和油箱必須清洗，系統(tǒng)組裝后進行全面清洗，最后用系統(tǒng)工作時使用的同牌號油液清洗。</p><p>　　防止外界污染侵入，拆卸元件時，應(yīng)放在干凈的地方，嚴禁用棉紗擦洗，以免油泥、纖維等污染物進入液壓系統(tǒng)，為防止外界灰塵從油箱進入系統(tǒng)，油箱上蓋應(yīng)密封并安裝過濾器；因新油在分裝、運輸和存儲過程中受到各種污染，所以新油注入前必須過濾

8、；經(jīng)常檢驗和定期更換活塞桿端部的防塵密封。</p><p><b>　　選擇合適的濾清器。</b></p><p>　　定期檢查和更換液壓油，液壓系統(tǒng)工作一定時，需對液壓油進行抽樣檢驗，注意油的污染是否超過允許的使用范圍，若不符合要求應(yīng)立即更換。</p><p>　　近年來，有一種推廣使用高精度濾清器的觀點，研究表明液壓元件相對運動表面間隙大多

9、在范圍內(nèi)，因而工作中首先是這個范圍內(nèi)的污染物進入間隙中，引起磨損，擴大間隙，進而更大顆粒進入，造成表面磨損的“鏈式反應(yīng)”，因此，若能有效的控制的污染顆粒，則此反應(yīng)就不會發(fā)生。實驗和嚴格的檢驗證實了這個觀點，實踐證明，采用高精度濾清器可以延長液壓油和濾清器的壽命，減少事故發(fā)生。</p><p>　　液壓油作為液壓傳動的工作介質(zhì)，其質(zhì)量好壞對液壓元件的工作性能和使用壽命，對液壓系統(tǒng)的正常工作和可靠性都有很大影響，本設(shè)

10、計主要是濾清器的設(shè)計，使其在一定溫度和一定壓力下，保證油液的黏度，使系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　1 濾清器的作用和要求</p><p>　　1．1 濾清器的作用</p><p>　　濾清器的作用是過濾油液，液壓系統(tǒng)中不可避免的出現(xiàn)各種雜質(zhì)。其來源主要有：清洗后仍殘留在液壓系統(tǒng)中的機械雜質(zhì)，如水銹、鑄砂、焊渣、鐵屑、涂料、油漆皮和棉紗屑等，外部進入液壓系統(tǒng)的

11、雜質(zhì)，如經(jīng)加油口和防塵圈等處進入的灰塵；工作過程產(chǎn)生的雜質(zhì)，如密封件受液壓作用形成的碎片，運動作相對磨損產(chǎn)生的金屬粉末，油液因氧化變質(zhì)產(chǎn)生的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、炭渣等。上述雜質(zhì)混入液壓油后，隨著液壓油的循環(huán)作用，將到處起破壞作用，嚴重影響液壓系統(tǒng)的正常工作，如使液壓元件中相對運動部件之間的很小間隙（以計）以及節(jié)流小孔和縫隙卡死或堵塞；破壞相對運動部件之間的油膜，劃傷間隙表面，增大內(nèi)部泄露，降低效率，增加發(fā)熱，加劇油液的化學作用，使油液變質(zhì)。根

12、據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計，液壓系統(tǒng)中的故障的75%以上是由于液壓油中混入雜質(zhì)造成的，因此維護油液的清潔，防止油液的污染，對液壓系統(tǒng)是很重要的。</p><p>　　清洗混入液壓油中的雜質(zhì)是最有效的方法，除清除油箱沉淀一部分大顆粒雜質(zhì)外，主要利用各種濾清器來濾除，因此濾清器作為液壓系統(tǒng)必不可少的輔助元件，具有十分重要的地位。</p><p><b>　　1.2濾清器的要求</b>&l

13、t;/p><p>　　一般濾清器主要由濾芯（或濾網(wǎng)）和殼體（或骨架）構(gòu)成。由濾芯上的無數(shù)微小間隙或小孔構(gòu)成油液的流通面積，因此，當混入油液中的雜質(zhì)尺寸大于這些微小間隙或小孔時，被阻隔從油液中濾清出來。由于不同的液壓系統(tǒng)有著不同的要求，而要完全濾清混入油液中的雜質(zhì)是不可能的，有時也是不必苛求的。因此對濾清器的要求應(yīng)根據(jù)具體情況來定，基本要求只要包括：</p><p>　　1、 能滿足液壓系統(tǒng)對過

14、濾精度的要求</p><p>　　濾清器的過濾精度是指油液通過濾清器時，濾芯能夠濾除的最小雜質(zhì)顆粒度的大小，以其直徑的公稱尺寸（以mm為單位）表示，顆粒度越小，濾清器的過濾精度越高。一般將濾清器分為四類：粗的（d0.1mm），普通的（d0.01mm），精的（d0.005mm），特精的（d0.001mm），不同的液壓系統(tǒng)對濾清器的要求如表（１－１）所示（參考文獻３）</p><p>　　表１

15、－１各種液壓系統(tǒng)的過濾精度要求</p><p>　　2、 能滿足液壓系統(tǒng)對過濾能力的要求：</p><p>　　濾清器的過濾能力是指在一定的壓差下，允許通過濾清器的最大流量。一般采用濾清器的有效過濾面積（濾芯上能通過油液的總面積）來表示。對濾清器過濾能力的要求，應(yīng)結(jié)合濾清器在系統(tǒng)中的安裝位置來確定，如安裝在液壓泵吸油管路上的濾清器，其過濾能力應(yīng)為液壓泵流量的兩倍以上。</p>

16、<p>　?。?）濾清器材料應(yīng)具有一定的機械強度，保證在一定的工作壓力下不會因液壓力的作用而受到破壞。</p><p>　　（2）在一定的工作溫度下，應(yīng)保持性能穩(wěn)定；有足夠耐久性。</p><p>　?。?）有良好的抗腐性能力。</p><p>　　（4）結(jié)構(gòu)盡量簡單，尺寸緊湊。</p><p>　?。?）便于清洗維護，便于更換濾

17、芯。</p><p><b>　?。?）造價低廉。</b></p><p><b>　　2 濾清器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)液壓系統(tǒng)對濾清器的基本要求，選擇濾清器時主要考慮以下性能指標：</p><p>　　2.1 工作壓力的選擇</p><p>　　不同結(jié)

18、構(gòu)形式的濾清器允許的工作壓力不同，因此選擇時考慮到它的最高工作壓力。</p><p>　　如液壓回路的濾清器對油液流動來說是一種阻力，因而油液通過濾芯時，必然要出現(xiàn)壓力下降。所謂壓降特性是指濾清器進出口兩端的壓力差與其通過流量，液體黏度，工作時間以及過濾介質(zhì)的通道形狀和尺寸等因素的關(guān)系，其中更具實際意義的是壓差與工作時間的關(guān)系，其特性如圖（２－１）所示。（參考文獻５）</p><p>　　

19、圖2-1某過濾介質(zhì)的壓降-時間特性曲線</p><p>　　隨著濾清器工作時間的延長過濾介質(zhì)逐漸被污垢堵塞，壓降逐漸增加，當達到一定的工作時間后，壓差是增長速度急劇加快，迅速使過濾介質(zhì)破裂。圖中曲線的拐點表示過濾介質(zhì)嚴重堵塞，壓差急劇增長，開始的時間這點的壓差稱為飽和壓差，并將此值作為濾清器堵塞報警信號，預(yù)告應(yīng)當更換過濾元件了。濾清器的最大允許壓差略高于飽和壓差，而低于過濾介質(zhì)是破裂壓差。對于具有旁通閥的濾清器，

20、閥的開啟壓力比飽和壓力大10%z左右，由此可知本設(shè)計的濾清器工作壓力為21Mpa,則旁通閥的開啟壓力為23.1Mpa。</p><p>　　為了減少系統(tǒng)的能量損耗，濾清器的壓降盡量減小，其最大壓差通常由制造廠家根據(jù)過濾介質(zhì)的強度和元件的結(jié)構(gòu)給定，一般為（0.15～0.35）×pa.</p><p>　　2.2 額定工作壓力</p><p>　　額定工作壓

21、力是濾清器工作時允許的最大壓力，它主要取決于濾清器外殼的材料，根據(jù)潤滑系統(tǒng)的要求，工作壓力為21Mpa.</p><p><b>　　2.3 過濾精度</b></p><p>　　過濾精度是指濾清器對各種不同尺寸的污染物的濾除能力，用絕對過濾精度、過濾比和過濾效率來評定。</p><p>　　絕對過濾精度是指通過過濾芯的最大堅硬球狀顆粒的尺寸

22、，它反應(yīng)了過濾材料中最大的通孔尺寸，以表示，它可以用實驗的方法進行確定。</p><p>　　過濾比（β值）是指濾清器上游油液單位容積中大于某給定尺寸顆粒與下游油液單位面積中大于同一尺寸的顆粒數(shù)之比，（參考文獻5）即對于某一尺寸x的顆粒來說，其過濾比的表達式為</p><p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>　　式中-----

23、--上游油液中大于某一尺寸x 的顆粒濃度</p><p>　　-------下游油液中大于某一尺寸x 的顆粒濃度</p><p>　　以上式可以看出，愈大過濾顆粒越高，當過濾比的數(shù)值達到75時，即被認為是濾清器的絕對過濾精度。過濾比能夠確切的反映濾清器對不同尺寸顆粒污染物的過濾能力，已被國際標準化采納作評定，濾清器過濾精度的性能指標。</p><p><b&g

24、t;　　2.4 過濾效率</b></p><p>　　過濾效率，可以通過下式由過濾比值直接算出來</p><p><b>　　（式2-2）</b></p><p>　　濾清器對某一尺寸的顆粒（雜質(zhì)）的過濾效率定義為</p><p><b>　?。ㄊ?-3）</b></p>

25、<p>　　式中-------過濾的單位體積的油液中所含某一尺寸顆粒數(shù)目。</p><p>　　-------過濾后的單位體積的油液中所含某一尺寸顆粒數(shù)目。</p><p>　　在使用過程中，隨著雜質(zhì)在濾清器中的沉淀，濾清器對某一尺寸顆粒的過濾效率將逐漸提高。因此濾清器的過濾效率是指新濾清器而言的。</p><p><b>　　2.5額定過濾流

26、量</b></p><p>　　額定過濾流量是指一定壓差下允許的最大流量，（參考文獻5）可以通過下式計算</p><p><b>　?。ㄊ?-4）</b></p><p>　　式中--------濾芯的通油能力系數(shù)（）的值大小取決于濾芯的材料和結(jié)構(gòu)，常用的濾芯的K值為：</p><p><b>　　

27、網(wǎng)式濾芯 </b></p><p><b>　　線隙式濾芯 </b></p><p><b>　　紙式濾芯 </b></p><p><b>　　燒結(jié)式濾芯 </b></p><p>　　---------燒結(jié)顆粒的平均直徑</p>&l

28、t;p>　　--------濾清器的有效過濾面積，即濾芯上工作液體的過流斷面面積（）</p><p>　　------濾清器的允許壓差</p><p>　　--------工作液體的動力黏度</p><p>　　由式（2-4）計算出的額定過濾流量，對于液壓泵的吸油濾清器應(yīng)大于泵的流量兩倍以上，對于一般壓力管道或回液管路中的濾清器，應(yīng)大于管路所通過的最大流量。&

29、lt;/p><p>　　已知系統(tǒng)要求工作中最大流量為，壓降為選擇紙質(zhì)芯，則選用rh-10液壓油，則動力黏度μ為則：</p><p>　　為了保證一定的余量，為使液壓油中壓力不大于額定壓力，考慮到濾清器的系列化、通用性，則通油面積A選。</p><p><b>　　2.6納垢容量</b></p><p>　　濾芯的納垢容量是指

30、在一定的試驗條件下，當濾芯壓差達到規(guī)定的極限值時，截留的污染物總量，濾芯的納垢容量欲大其使用壽命愈長。</p><p>　　濾芯的納垢容量與濾芯的尺寸或過濾面積，以及過濾介質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。為提高納垢容量，可采取以下措施：</p><p>　　1、增大過濾面積，如圖（2-1）所示，為納垢容量增大倍數(shù)與過濾面積增大為4，由于流量密度降低納垢容量的增大倍數(shù)大約為5～7倍。</p>

31、<p>　　圖2-21納垢容量與過濾面積的關(guān)系</p><p><b>　　2、改進濾材結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　增大孔間隙度，采用孔徑由上游側(cè)向下游逐漸減小的梯度孔徑纖維結(jié)構(gòu)，粗徑纖維用細孔纖維的預(yù)過濾，可提高濾芯的納垢容量。</p><p>　　根據(jù)以上的性能比較，選擇紙式濾清器，型號定為ZL-H40×10，它

32、具有以下特點：</p><p>　　3、 結(jié)構(gòu)與線隙式相同，但濾芯為波紋的酚醛樹脂或木漿微孔濾紙制成的紙芯，為增大過濾面積，紙芯常制成波紋狀。 壓力損失約為（0.1～0.4）×pa。</p><p>　　4、 過濾精度高，但堵塞后無法清洗，必須更換紙芯。</p><p>　　5、 常用于精過濾。</p><p>　　3 濾清器的材

33、料的選擇和尺寸的設(shè)計</p><p>　　濾清器由殼體、濾芯和其它附件組成，選擇材料時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求分別選擇。</p><p>　　3.1 筒體和濾冒材料選擇，尺寸的設(shè)計</p><p>　　由于筒體和濾芯有一定的溫度和壓力的限制，如選用一般材料加工則強度夠，應(yīng)采用鍛件加工，后熱處理、調(diào)質(zhì)，滿足一定的強度承受壓力，表面進行鍍鋅處理，達到美觀效果。（參考文獻1）選筒體

34、的長度為，選內(nèi)徑d為，壁厚最小為，接頭處為，最大圓角為，鉛封孔為 </p><p>　　3.2 濾芯濾材的選擇</p><p>　　濾芯由實現(xiàn)過濾作用的濾材和保護濾材的支撐層所構(gòu)成，一般制成圓筒形，油液有外向內(nèi)選擇性通過濾材流動，濾芯是過濾器的關(guān)鍵部件。過濾性能主要取決于濾芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)和濾芯特

35、性，應(yīng)采用深度型濾材，它的作用是直接阻截，又有吸附作用，過濾作用發(fā)生在整個深度范圍內(nèi)，納垢容量大，但被濾除的污染物不容易被清洗掉，所以只能一次性使用。</p><p>　　濾芯選擇天津濾清器廠，濾紙采用國外進口紙TFX-10XH，其性能優(yōu)于國產(chǎn)濾紙，濾芯長度，直徑，波紋數(shù)為50,寬度為，骨架彈簧為，長度為95，過濾精度為。</p><p>　　3.3 其他輔助元件選擇</p>

36、<p>　　3.3.1 安全閥選擇 </p><p>　　濾清器的殼體有彎路連接的濾帽和裝有濾芯的筒體組成。濾清器在使用過程中，濾芯逐漸被污染物堵塞，濾芯的前后壓差逐漸增大，為了保護濾芯不被壓潰或破裂，通常在濾帽處設(shè)置安全閥（旁通閥），當濾芯前后壓力差達到一定數(shù)值時，安全閥打開，使油液繞過濾芯而直通出口，（查文獻1）選用XF3-14L型溢流閥，壓力等級為6.4Mpa，通徑為，安裝形式為管式（L），卸荷

37、壓力為0.45Mpa，開啟壓力為23.1Mpa。</p><p>　　3.3.2 管接頭的選擇</p><p>　　選管接頭材料為鋼管，其具有耐油耐高壓，強度高，工作可靠的特點，但裝配時不便彎曲，常裝在裝拆方便處作為壓力管道；管接頭必須在強度足夠的前提下，在壓力沖擊和震動下保持管路的密封性，連接牢固，外型尺寸，加工工藝性好，壓力損失小等要求。（查文獻6）選用擴口式彎接頭。（參考文獻1）選彎

38、接頭通徑D為，長度L為，小端螺紋為M16×1.5，大端螺紋為M18×2，側(cè)角為。</p><p>　　3.3.3 密封裝置的選擇</p><p>　　由于濾清器是壓力容器應(yīng)選用V型封閉圈（參考文獻5）如圖：</p><p>　　圖3-1 V型密封圈</p><p>　　密封圈由多層涂膠織物組成，由支撐環(huán)1和封閉環(huán)2

39、和壓環(huán)3組成，耐壓性能好，可在50Mpa以上的壓力下工作，隨著壓力的增大，可以增加壓力環(huán)的數(shù)目，耐久性也很好，當其長期工作磨損而產(chǎn)生滲透時，可以調(diào)整壓蓋，壓緊補償。缺點是安裝空間大，摩擦阻力大，安裝V型密封圈時，應(yīng)使唇邊朝向液體一方，用螺紋壓蓋壓緊。</p><p>　　3.3.4 管道尺寸設(shè)計 </p><p>　　管道尺寸是指管道的通徑，壁厚和長度。</p><p

40、>　　根據(jù)我過有關(guān)標準規(guī)定，耐油橡膠管以內(nèi)徑為標準，無縫鋼管以外徑為標準。因此對橡膠管，管的通徑和內(nèi)徑一般是相同的（通徑在以下相同，而在以上略有差別，選擇橡膠管只需注明通徑即可.對于鋼管，管路的通徑表示名義上的流通能力，與管子內(nèi)徑一般不一致，選擇管道是需注明外徑和壁厚，（參考文獻8）確定管路通徑，一般根據(jù)允許的液體速度計算，</p><p>　　即： （式3-1）</p><p&

41、gt;　　式中：—流經(jīng)管路的流量，單位為</p><p>　　—管路允許的流速，單位為，與管路的種類有關(guān)。</p><p><b>　　對吸油管路 </b></p><p><b>　　對回油管路 </b></p><p>　　對壓油管路，當壓力p2.5Mpa時，</p><p&

42、gt;　　當壓力p = 2.5~10Mpa時，</p><p>　　當壓力p10Mpa時，</p><p>　　對耐油橡膠軟管，允許的最大流速=0.5m/s</p><p>　　在計算通徑d后按照有關(guān)標準圓整，若為橡膠軟管應(yīng)按工作后的壓力選擇金屬絲的層數(shù)，若為金屬管，還要接受拉伸薄壁筒公式計算壁厚（參考文獻8）。</p><p>　　即

43、 （式3-2） </p><p>　　式中： — 油管內(nèi)液體的最大工作壓力</p><p><b>　　— 油管內(nèi)徑</b></p><p>　　— 許用拉伸力。對于鋼管=25Mpa</p><p>　　對于鋼管 ，</p&

44、gt;<p>　　為鋼管的抗拉強度，與鋼號無關(guān)。</p><p>　　為安全系數(shù)，與工作壓力有關(guān)。 p7Mp時，n=8; p17.5Mpa時，n=6; p17.5Mpa時，n=4。</p><p>　　計算出壁厚之后，金屬管的外徑Dd+28 ，根據(jù)式（3-1）</p><p>　　確定管路通徑，q為40ml/min，v取0.5m/s。</p

45、><p>　　則 </p><p>　　取為0.5Mpa，則壁厚為</p><p><b>　　則金屬管外徑為</b></p><p>　　圓整后取，（查文獻8） </p><p>　　管接頭選M18×1.5</p><p>　　3.3.5

46、螺塞的選擇</p><p>　?。▍⒖嘉墨I1）選螺塞長為，螺紋為M16×1.5，倒角為0.5×，材料為LY11-CZ，表面鍍鋅處理。</p><p>　　4 濾清器的工作原理</p><p>　　如圖（4-1）所示，濾清器工作原理簡圖液壓油從左邊進入管路到濾清器，從外濾芯流到內(nèi)芯，再從出口流出，當外濾芯堵塞時，壓力增大，達到溢流閥的開啟壓力時，

47、油液從溢流閥經(jīng)過，到內(nèi)芯，再從出口流出，外濾芯比內(nèi)濾芯的精度高，內(nèi)濾芯屬于粗過濾。</p><p>　　圖4-1濾清器工作原理圖</p><p>　　1. 濾清器外芯 2. 濾清器內(nèi)芯 3.溢流閥</p><p>　　5 濾清器的性能驗算</p><p><b>　　5.1理論法</b></p><

48、p>　　在液壓和潤滑系統(tǒng)中，濾清器的作用是控制系統(tǒng)油液的污染度在關(guān)鍵元件所允許的范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)工作可靠性和元件的使用壽命。系統(tǒng)的油液污染度和所采用的濾芯精度與侵入系統(tǒng)的污染物數(shù)量等諸多因素有關(guān)，要想精確地分析系統(tǒng)油液污染度與各因素之間的關(guān)系，必須建立過濾過程的數(shù)學模型，但因涉及因素較多，推導(dǎo)過程十分復(fù)雜。為了研究主要因素對過濾過程的影響，需將實際系統(tǒng)簡化，并假設(shè)：①污染物的侵入全部集中在油箱處，并且侵入率保持不變；②過程中濾清

49、器下游油液的容積與上游相比很少，因而，可以認為上游油液（主要為油管內(nèi)油液）的容積。</p><p>　　簡化過濾系統(tǒng)如圖（5-1）所示。假設(shè)系統(tǒng)開始工作時，油液具有一定的初始污染顆粒濃度。 </p><p>　　圖5-1簡化的過濾系統(tǒng)</p><p>　　1. 液壓泵 2. 濾清器</p><p>　　系統(tǒng)工作后，污染物以一定的侵入率R進入系

50、統(tǒng)油液。當上游油液以一定的流量流經(jīng)濾清器時，一部分污染物被濾清器濾除，未被濾除的污染物通過濾清器后，又回到濾清器上游。根據(jù)污染物數(shù)量的平衡關(guān)系，對于任一瞬間，上游油液中大于同一尺寸的顆粒數(shù)，再減去被過濾的大于同一尺寸的顆粒數(shù)，（參考文獻8）即</p><p><b>　　(式5-1)</b></p><p>　　其中—某一瞬間濾清器上游油液中大于某一給定尺寸的初始顆粒

51、濃度（即單位容積油液中的顆粒數(shù)）。</p><p>　　--濾清器上游油液中大于同一給定尺寸的初始顆粒濃度。</p><p>　　—濾清器下游油液中大于同一給定尺寸的顆粒濃度。</p><p>　　---系統(tǒng)內(nèi)的油液容積</p><p>　　---污染物的浸入率，即單位時間內(nèi)進入系統(tǒng)油液中的大于同一給定尺寸的顆粒數(shù)。</p>&

52、lt;p>　　--流經(jīng)濾清器的流量</p><p><b>　　—時間</b></p><p>　　按照過濾比的定義∶,將式（5-1）中的代換為并解方程，最后得到過濾系統(tǒng)：,將式（5-1）中的Nu代換為βN并解方程，最后得到過濾系統(tǒng)污染控制的一般方程式：</p><p><b>　?。ㄊ?-2）</b></p&

53、gt;<p>　　圖（5-2）污染度與時間關(guān)系</p><p>　　方程（式5-2）反映了在過濾過程中，濾清器下游油液污染度Nd隨時間的變化規(guī)律，可用圖（式5-2）描述,由曲線可知過濾過程中濾清器下游油液隨過濾時間而增長,最終達到一個穩(wěn)定值。實驗時間并不長，只需要幾分鐘，另式（式5-2）中時趨向無窮大，可得到過濾是濾清器下游油液濃度穩(wěn)定值的表達式為:

54、 （式5-3）.</p><p>　　應(yīng)指出，以上分析是在一定假設(shè)和理想的條件下進行的，實際的過濾系統(tǒng)往往受到一些其他因素的影響。使濾清器性能下降 ，如有以下有兩種情況：</p><p>　　流量脈動對過濾性能的影響</p><p>　　實際系統(tǒng)中，由于閥的轉(zhuǎn)換，液壓缸的往復(fù)動作，以及高壓油液

55、突然卸載等原因，經(jīng)常引起系統(tǒng)內(nèi)的流量脈動，有時出現(xiàn)瞬時流量沖擊，試驗表明，在流量脈動的影響下，濾清器對顆粒污染物的過濾能力顯著下降，使原來被濾芯吸附的一些污染顆?？赡苡直粵_刷到下游。因此，每出現(xiàn)一次流量脈動下游油液中將增加一些附加的污染顆粒，如果僅產(chǎn)生一次流量脈動，則增加的附加顆粒很快被濾除，因而流量脈動的影響隨即消失，如連續(xù)出現(xiàn)流量脈動，且后一次脈動產(chǎn)生在前一次脈動的影響之前，則油液中由于流量脈動產(chǎn)生的 附加污染顆粒將逐漸增加，使系統(tǒng)

56、油液的污染度增大。</p><p>　　流量脈動對系統(tǒng)油液污染度的影響與流量脈動的頻率和幅值有關(guān)，隨著脈動頻率和幅值增加，過濾的有效精度顯著下降。</p><p>　　旁通泄漏對過濾性能的影響</p><p>　　若濾清器濾芯與殼體之間密封嚴密，或濾芯有裂紋和 破損等缺陷，或旁通泄漏閥在正常情況下關(guān)閉不嚴，則將有部分未經(jīng)過濾掉的顆粒使下游油液污染度增加，從而降低濾清

57、器的有效過濾性能。</p><p>　　對于有旁通閥泄漏的情況，設(shè)流經(jīng)過濾的總流量,不經(jīng)過濾泄漏流量,此時，濾清器的有效過濾比可用下式計算（參考文獻8）</p><p>　　式中 ---過濾的有效過濾比</p><p>　　---濾清器無旁通泄漏時的過濾比</p><p><b>　　---旁通流量比</b></

58、p><p>　　由上式可知，當無旁通泄漏時。=0; =當有旁通泄漏時，<值愈小，濾清器的有效過濾比愈大。</p><p><b>　　5.2 實驗法</b></p><p>　　5.2.1 實驗方法和內(nèi)容：</p><p>　　目前，世界各國已經(jīng)普遍采用國際標準ISO4572評定“液壓濾芯過濾性能的多次通過法”，實驗內(nèi)

59、容包括確定濾芯，對不同尺寸的過濾比（β值）堵塞過程的壓差特性以及納垢容量。</p><p>　　多次通過法模擬濾清器在液壓系統(tǒng)中的實際工況，污染物不斷侵入系統(tǒng)油液，并不斷被濾清器濾除，而未能濾除的顆粒物又回到油箱，并再次通過濾清器。</p><p>　　圖5-3多次通過實驗系統(tǒng)簡圖</p><p>　　1 液壓泵 2 油箱 3 流量計 4 上游取樣閥

60、 5 壓差表</p><p>　　6 被試濾清器 7 下游取樣閥</p><p>　　如圖（5-3）為多次通過實驗的系統(tǒng)簡圖，實驗時流量調(diào)至被測濾清器的額定流量，并保持穩(wěn)定。連續(xù)向油箱注入實驗粉塵，通過壓差表監(jiān)測濾清器的壓差，按一定的時間間隔同時從上游和下游取樣，用自動顆粒計數(shù)器按給定的顆粒尺寸進行記數(shù)，直到濾芯壓差達到規(guī)定的極限值為止。</p><p>　　為

61、適應(yīng)高精度濾清器性能評定的需要，以及由于試驗粉塵的改變和自動顆粒計數(shù)器新校準方法的采用，近年來對ISO4572進行了修改和完善，修改后多次通過試驗法采用新的標準號ISO16889。</p><p>　　5.2.2 過濾比的評定：</p><p>　　ISO16889規(guī)定采用在線顆粒記數(shù)的方法，要求每隔相等的時間間隔（/min）同時從上，下游取樣進行在線顆粒記數(shù)，直到濾芯達到壓差規(guī)定的極限值

62、為止，記錄試驗總的時間。</p><p>　　將總試驗的時間分為10等份，計算每個等份時間內(nèi)各個顆粒尺寸范圍的上游和下游顆粒濃度的平均值，并計算相應(yīng)的過濾比，然后計算10個等份時間的顆粒濃度平均值和總的平均過濾比。</p><p>　　如表（5-1）所示為某過濾多次通過的實驗結(jié)果</p><p>　　表（5-1）列出了在總實驗時間內(nèi)各個顆粒尺寸范圍上、下游平均過濾比

63、（β值），圖（5-4）根據(jù)表（5-1）數(shù)據(jù)繪制的平均過濾比（β值）與顆粒尺寸的關(guān)系曲線。</p><p>　　圖（5-4）平均過濾比（β值）與顆粒尺寸的關(guān)系曲線</p><p>　　根據(jù)圖（5-4）的數(shù)據(jù)可以用插入法確定平均過濾比為2、10、75、100、200以及1000的各個顆粒尺寸微未值，如表（5-2）所示</p><p>　　表5-2平均過濾比與尺寸顆粒&l

64、t;/p><p>　　由表中數(shù)據(jù)可以確定該濾清器的過濾精度為。</p><p>　　5.2.3 納垢容量的確定</p><p><b>　　（1）視在納垢容量</b></p><p>　　從實驗開始到濾芯壓差達到規(guī)定極限值時的整個實驗過程中向?qū)嶒炏到y(tǒng)中注入實驗粉塵的總量（單位g）,如圖（5-5）所示（參考文獻10）</

65、p><p>　?。?）納垢容量（截留污染物量）</p><p>　　濾芯的實際納垢容量為視在納垢容量減去未被濾芯濾除而殘留在實驗系統(tǒng)油液中的和隨取樣油液排出的部分。</p><p>　　圖5-5壓差—污染物注入量曲線</p><p>　　6 濾清器的安裝位置</p><p>　　濾清器在系統(tǒng)中的位置對污染控制的效果有很大

66、影響。在液壓系統(tǒng)中，濾清器可以根據(jù)需要安裝在吸油路，壓力油路和回油路中，也可以安裝在主系統(tǒng)外，組成單獨的過濾系統(tǒng)，如圖（6-1）表示，濾清器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置。</p><p>　　圖6-1濾清器的安裝位置</p><p>　　1吸油口 2吸油管路 3壓力油路 4回油路 5系統(tǒng)外 6油箱</p><p><b>　　6.1 吸油路過濾&

67、lt;/b></p><p>　　為防止污染物進入泵內(nèi)，一般在吸油口或吸油管路中安裝吸油濾清器。吸油口濾清器浸沒在油箱底部，極易被污染物堵塞而又維護困難，因此，在吸油口一般采用不帶殼體的網(wǎng)式或線隙式濾清器，過濾精度為，其作用是阻止大顆粒污染物進入泵內(nèi)。安裝在吸油管路中的濾清器的精度可稍高些，但其壓差受液壓泵的限制，如濾清器壓差過大，容易導(dǎo)致泵吸入空氣產(chǎn)生氣蝕。因此要求吸油路濾清器的出使壓差不大于0.02Mp

68、a，由于受壓差的限制，吸油路的精度不可能很高，其過濾比一般不超過2，絕對精度最高為，但濾清器尺寸應(yīng)該比較大。</p><p>　　對于使用燃油的系統(tǒng)，在確定吸油路濾清器精度時，應(yīng)特別注意泵的吸入特性，由于難燃液的密度比礦物油大，需要更大的壓差才能迫使其進入泵內(nèi)，加之水基液的汽化壓力較高，很容易產(chǎn)生氣蝕，這就要求對吸油濾清器的壓差加以嚴格限制。為了改進泵的吸入特性，通常將油箱抬高，或用增壓泵。</p>

69、<p>　　6.2 壓力油路過濾</p><p>　　在壓力油路安裝的過濾器，主要用來保護泵下游的液壓元件。作為系統(tǒng)的主要濾清器，其過濾精度應(yīng)能保證系統(tǒng)對油液清潔度的要求。壓力油路濾清器在壓差方面的限制不是很嚴格，因而可選用高精度濾清器。最大允許壓差一般為0.35～0.5Mpa,初始壓差0.07～0.14Mpa</p><p>　　壓力油路濾清器的強度需要能承受系統(tǒng)最大工作壓力

70、和頻繁出現(xiàn)的壓力變化及壓力峰值。</p><p>　　壓力油路濾清器可安裝在溢流閥下游或上游。對于無旁通閥的濾清器一般應(yīng)裝設(shè)在溢流閥的下游，當濾清器壓差過大時，溢流閥對濾清器能起保護作用。但是，在這種情況下，流過濾清器的流量通常是變化的。為了保護濾清器的流量穩(wěn)定，一般將濾清器安裝在溢流閥上游接近泵口處，這時濾清器對溢流閥起保護作用。</p><p>　　另一類壓力油路濾清器的作用是用來保護

71、系統(tǒng)中關(guān)鍵元件包括：①直接影響安全性能的元件；如車輛操作系統(tǒng)，起動機，制動閥等，②容易發(fā)生污染物淤積或堵塞的液壓控制元件，如伺服閥等；③位于管路盲端或不經(jīng)常工作的元件，如安全閥等；④元件上游可能產(chǎn)生大顆粒污染源，如銹蝕油箱和管道及高壓軟管等。這種過濾器應(yīng)安裝在靠近所需保護元件上游的較大尺寸的危險顆粒，防止發(fā)生突發(fā)性事故，因而精度要求不是很高，一般采用的濾網(wǎng)或網(wǎng)式濾芯。</p><p><b>　　6.3

72、 回油路過濾</b></p><p>　　從安裝位置來說，在系統(tǒng)回油路中安裝濾清器是比較理想的，因為在系統(tǒng)油液進入油管之前，濾清器將浸入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的顆粒污染物清除，為系統(tǒng)提供清潔油液。然而由于液壓馬達和液壓缸在回油路內(nèi)引起流量脈動，使濾清器的過濾性能降低。特別是大容積液壓缸，當在高壓下突然接通回油路，油液突然卸壓，由此產(chǎn)生的瞬間流量沖擊很大，不僅使過濾效果顯著降低，而且容易使濾芯破裂。因此只有

73、在系統(tǒng)比較穩(wěn)定的情況下，回油路過濾才能達到預(yù)期效果。另外，回油路過濾不能除浸入油箱的污染物，應(yīng)特別注意系統(tǒng)運動前油箱的清洗和采用有效措施防止污染物浸入油箱。回油路過濾可以采用精度高的濾清器，其初始壓差一般0.035～0.05Mpa，最大允許壓差為0.2～0.35Mpa。</p><p>　　另外，從液壓泵、馬達或某些閥泄露的油液應(yīng)分別流回油箱，而不應(yīng)該經(jīng)過回油路濾清器，這是為了避免以上元件受回油路壓力脈動的影響。

74、為了防止液壓泵泄露，油液將泵的磨屑帶回油箱，可在泄露回路上裝一精濾清器。</p><p><b>　　6.4 系統(tǒng)外過濾</b></p><p>　　前面提到，在壓力油路的過濾系統(tǒng)中，過濾性能都有不同程度的受流量和壓力脈動的影響，過濾效果顯著降低。為了消除流量和壓力脈動的影響，可以采用系統(tǒng)外過濾。即在主液壓之外，設(shè)置一個獨立的過濾系統(tǒng)，這個系統(tǒng)采用單獨的油泵對油箱內(nèi)油

75、液進行循環(huán)過濾，為了提高過濾效果，其吸油口和排油口應(yīng)相互隔開，吸油口系統(tǒng)回油口，排油口應(yīng)靠近主系統(tǒng)的吸油口，在外過濾系統(tǒng)中，可以采用高精度過濾芯，外過濾系統(tǒng)的壓力很低，一般為0.2～0.35Mpa，流量于工作環(huán)境相關(guān)，若環(huán)境較臟，過濾系統(tǒng)油液流量為油箱容積的20%左右。環(huán)境較清潔，取5%，一般情況下取10%左右。</p><p>　　外過濾系統(tǒng)的優(yōu)點很多：①能消除系統(tǒng)流量，壓力脈動對濾清器系統(tǒng)的不良影響；②可以在

76、任何時候更換濾芯而不影響主系統(tǒng)工作；③可以在主系統(tǒng)啟動之前使過濾系統(tǒng)工作，降低油箱油液的污染度，有效地保護液壓泵；④在變量泵系統(tǒng)中，當泵在小流量大工作時，濾清器效率很低，而外過濾系統(tǒng)則不受主泵流量大小的影響；⑤外過濾系統(tǒng)可以與油液脫氣，除水，加熱和冷卻等裝置結(jié)合在一起，實現(xiàn)對系統(tǒng)油液的調(diào)節(jié)與控制。</p><p>　　7 元件的清洗與保護</p><p><b>　　7.1 元

77、件的凈化</b></p><p>　　元件在加工，裝配或維修過程的每一工藝環(huán)節(jié)后，不可避免地殘留有污染物，因此，必須采用有效的凈化措施，使元件達到要求的清潔度。</p><p>　　清潔度不符合要求的元件裝入系統(tǒng)后，在系統(tǒng)油液沖刷和機械振動等的作用下，將使元件內(nèi)部殘留有污染物，而這往往是造成元件初期損壞或產(chǎn)生故障的主要原因，如導(dǎo)致表面劃傷，控制孔堵塞和運動件卡死等。</p

78、><p>　　元件的凈化應(yīng)從元件生產(chǎn)的最初工序開始，每一工藝過程后都應(yīng)采取相應(yīng)的凈化措施，包括鑄件的凈化，零部件的清洗和精洗等。零部件經(jīng)凈化后，一般應(yīng)立即進行裝配，元件的裝配應(yīng)在清潔的環(huán)境下進行。裝配好的元件應(yīng)在性能實驗臺或?qū)Ｓ们逑磁_上進行最后清洗，使其達到清潔度要求。</p><p>　　7.2 液壓系統(tǒng)的清洗</p><p>　　油箱和管道是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，

79、液壓系統(tǒng)組裝之前，必須對油箱和管道進行徹底清洗。表面殘留的焊渣和銹蝕物一般可用機械方法清除，管道內(nèi)壁的污染物可采用向管內(nèi)通入壓縮空氣或蒸氣的方法清除。對于牢固地粘附在油管和箱體內(nèi)壁的氧化物則需要通過酸洗才能清除。</p><p>　　液壓系統(tǒng)組裝完畢后，需采用流通法進行全面的清洗用以清除在系統(tǒng)組裝的過程中帶入的污染物。清洗時可以利用液壓系統(tǒng)的油箱和泵，也可以采用專用的清洗裝置。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，可分為幾個回路進行清

80、洗。對于系統(tǒng)中污染敏感度很高的元件或?qū)σ毫魉俣扔邢拗频脑?，在清洗時應(yīng)將這些元件用管件旁路。液壓系統(tǒng)的濾清器可接入系統(tǒng)但不裝濾芯，清洗時采用專門的清洗濾清器。</p><p>　　采用清洗液應(yīng)于系統(tǒng)內(nèi)所有元件（特別是密封件）相容，并且要于系統(tǒng)將要使用的工作介質(zhì)相容，系統(tǒng)清洗一般采用黏度低的油液，但不允許使用煤油等溶劑。</p><p>　　在清洗過程中，要定時從系統(tǒng)中抽取油樣進行污染度測定

81、，系統(tǒng)一直要清洗到內(nèi)部油液污染度達到規(guī)定要求為止，清洗完后排盡系統(tǒng)內(nèi)部油液，然后注入清潔的工作液。</p><p>　　7.3 防止污染物的侵入</p><p>　　液壓系統(tǒng)工作過程中，外界污染物將通過油箱呼吸和活塞桿密封等渠道不斷地侵入系統(tǒng)油液，此外，向系統(tǒng)注油和維修過程中，容易將污染物帶入系統(tǒng)，因此必須采用有效措施嚴格控制污染物的侵入，包括新油必須過濾。在油箱呼吸孔上裝設(shè)精度的空氣濾清

82、器，在油缸活塞桿壓力密封外端裝置防塵密封等。</p><p>　　7.4 固體污染物的排除</p><p>　　為了保持油液的清潔，主要措施是利用濾清器不斷地濾除液壓系統(tǒng)中殘存的和不斷侵入和生成的污染物。因此，要特別注意對過濾系統(tǒng)的合理設(shè)計，使用和維護。</p><p>　　7.5 防止水，液和空氣混入系統(tǒng)</p><p>　　雖然濾清器濾除

83、的是固體顆粒物，但對于水，各種潤滑冷卻液和空氣混入液壓系統(tǒng)后所造成的危害也應(yīng)給予足夠的重視，在液壓系統(tǒng)設(shè)計，運行和維護中，要特別注意采取措施，防止這些污染物進入系統(tǒng)油液中。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》，作者： 楊培元 ，朱福年，出版社，機械工業(yè)出版社，1995</p><p>

84、;　　【2】《液壓與氣動》，作者：姚新 ，劉民鋼，出版社，中國人民大學出版社 ，2000</p><p>　　【3】《液壓元件》，作者：何存興 ，出版社， 機械工業(yè)出版社 ， 1994</p><p>　　【4】《機械設(shè)計》，作者： 徐錦康，出版社 ，機械工業(yè)出版社， 2000</p><p>　　【5】《液壓傳動》，作者： 隗金文， 王惠 ，出版社，東北大學出版

85、社， 2000</p><p>　　【6】《液壓與氣壓傳動》，作者： 許福玲，出版社， 機械工業(yè)出版社 ， 1999</p><p>　　【7】《材料力學》，作者： 張大倫，出版社， 同濟大學出版社， 2001</p><p>　　【8】《液壓元件與系統(tǒng)》，作者： 李壯云等 ，出版社， 機械工業(yè)出版社 ，2000</p><p>　　【9】

86、《液壓氣動技術(shù)手冊》，作者： 路甬祥，出版社， 機械工業(yè)出版社， 2000</p><p>　　【10】《物理清洗》，作者： 任建新 ，出版社，化學工業(yè)出版社 ，1999</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在*老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)心下完成的，*老師在論文選題、設(shè)計過程及論文撰寫等方面給予細致的指導(dǎo)和極大的參

87、與，花費了大量心血。他嚴謹求實的科研態(tài)度、執(zhí)著追求的敬業(yè)精神、奮發(fā)向上的人生態(tài)度以及平易近人的工作作風，給我們留下了深刻的印象，使我受益終生。本論文完成之際，我謹向付出了巨大心血和辛勤勞動的恩師——*老師表示衷心的感謝和深深的敬意！在設(shè)計過程中，得到了*老師的精心指導(dǎo)，對本設(shè)計提出很多建設(shè)性意見。在此，我深深地感謝xx老師！</p><p>　　同時還要感謝那些給我寶貴知識的老師、輔導(dǎo)過我的老師、系里的老師以及關(guān)