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国内外过滤器及相关产品标准现状和发展

行业聚焦点中国仪表网2008年12月13日 11:22人气:5183

  液压过滤器是液压系统中用以控制油液污染度的重要元件,它的作用是滤除油液中的固体颗粒污染物,使油液的污染度控制在关键液压元件能够耐受的限度以内,以保证液压系统的工作可靠性和延长元件的寿命。一般,人们认为具有过滤装置的液压系统是安全的,其实不然,这往往也造成对液压系统故障判断的一个误区,不能忽略过滤器本身质量对系统的影响。在液压系统中正确地选择污染控制元件以实现系统目标清洁度,可直接提高系统性能、延长元件和油液的寿命以及减少维修,并且能够避免80%以上液压系统的故障。

  随着工业自动化程度的提高,人们对作为其不可缺少的液压系统污染控制元件—过滤器的性能要求——也越来越高。因此,国际标准化组织也不断的推出新的产品技术标准和产品检测标准,以满足过滤器厂商生产制造需要和用户使用需求。

  1液压过滤产品标准及现状

  液压过滤产品主要有过滤器和滤芯。过滤器按安装位置,过滤器可分为:吸油过滤器、回油过滤器、压力管路过滤器。①吸油过滤器:安装在吸油管路上的过滤器。②回油过滤器:安装在油箱回油口和回油管路上的过滤器。③压力管路过滤器:安装在压力管路上的过滤器。

  滤芯按安装位置,滤芯可分为:吸油滤芯、回油滤芯、压力管路滤芯。①吸油滤芯:安装在油箱内吸油口或吸油过滤器中的滤芯。②回油滤芯:安装在油箱内回油口或回油过滤器中的滤芯。③压力管路滤芯:安装在压力管路过滤器中的滤芯。

  按选用滤材,滤芯可分为:无机纤维复合滤芯、纸质滤芯、金属网滤芯。①无机纤维复合滤芯:过滤材料为无机纤维复合滤材。②纸质滤芯:过滤材料为植物纤维滤纸。③金属网滤芯:过滤材料为金属丝编织网。

  目前,我国液压过滤产品及其技术要求标准主要有3个。

  自从20世纪80年代初以来,随着液压污染控制技术的引进,我国液压过滤产品产量日益增大。近年来,由于过滤产品暴露的质量问题比较严重,特别是过滤元件,与工业发达国家产品相比差距很大,因而对过滤产品的技术要求问题就引起广大用户及生产厂的重视。

  从表1可看出,我国在1996年由航空工业制订出了一个行业标准HB5825-1996,也可能各生产厂有各自自己的企业标准,而我国对过滤器要求的国家标准GB/T20079-2006和GB/T20080-2006是在2006年才制订出来。

  1.1GB/T20079-2006《液压过滤器技术条件》

  GB/T20079-2006主要从技术要求、试验要求、检验要求、标志、包装、贮存等方面对过滤器作出要求:

  (1)对过滤器主要从基本参数、材料、性能、设计制造几方面提出技术要求,其中:

  1)基本参数有:过滤精度,额定流量,公称压力,纳污容量,发讯压降,旁通阀开启压降,旁通阀密封性能,旁通阀关闭压降,旁通阀压降流量,过滤器初始压降,过滤器压降流量曲线。

  2)性能上的要求有:低压密封性,高压密封性,爆破压力,压降流量特性。

  (2)试验要求主要有12项试验:过滤精度试验、纳垢容量试验、发讯压降试验、旁通阀开启压降试验、旁通阀关闭压降试验、旁通阀压降流量试验、过滤器初始压降试验、相容性试验、过滤器低压密封性试验、过滤器高压密封性试验、过滤器爆破压力试验、过滤器压降流量特性试验。

  1.2GB/T20080-2006《液压滤芯技术条件》

  GB/T20080-2006主要从技术要求、试验要求、检验要求、标志、包装、贮存等几个方面对滤芯作出要求:

  (1)对滤芯是从基本参数、材料、性能、设计制造几方面提出的技术要求,其中:

  1)对液压滤芯要求的基本参数有:过滤精度,纳垢容量,滤芯额定流量,清洁滤芯压降,极限滤芯压降,旁通阀开启压降,旁通阀密封性能,旁通阀关闭压降,旁通阀压降流量,结构完整性。

  2)性能上的要求有:滤芯结构强度:(轴向强度、压扁强度),压降流量特性,流动疲劳特性。

  (2)试验要求

  主要有11项试验:过滤精度试验、纳垢容量试验、压降流量特性试验、结构完整性试验、结构强度试验、流动疲劳特性试验、相容性试验、旁通阀开启压降试验、旁通阀关闭压降试验、旁通阀压降流量试验、清洁滤芯压降试验。

  1.3HB5825-1996《航空液压过滤器通用技术条件》

  该标准是针对航空液压过滤器提出的一般技术要求、试验方法和检验等规则,是1996年由航空工业提出的一个行业标准。从标准内容上看,该标准既是一个产品标准,又是一个试验方法标准。由于航空系统的特殊性,该标准对航空液压过滤器和滤芯同时作了规定,具有更严酷的技术要求和试验方法。

  (1)技术要求

  技术要求从材料、表面处理、标记、设计和结构、可靠性、维修性、性能、环境要求等方面作了详细规定。

  其中,在性能上对滤芯有11项要求:结构完整性、最大孔径、初始过滤比、平均过滤比、纳污容量、相容性、冷启动、流量疲劳循环、介质迁移、轴向强度、压扁强度。

  对过滤器有28项要求:外观,旁通阀气密性、开启压力、关闭压力、压降及寿命,自封装置泄漏及寿命,压差指示器指示压差、工作温度、寿命、压力脉冲、机械冲击,过滤器低压密封性、高压密封性、压降、污染度、高温压力冲击、极限压力、净重,环境要求有高温、低温、温度冲击、振动、冲击、湿热、盐雾、霉菌。

  (2)试验方法

  试验方法是根据产品技术要求中的每一项性能要求相应制定出每一项的试验程序及方法,共有39项试验。

  2液压过滤产品检验标准及现状

  液压过滤器应具有过滤效率高、压力损失小和纳污容量大等方面的特性,而这些性能需要通过一定的试验方法来评定。20世纪六七十年代,一些发达国家就提出了评定液压过滤器性能的试验方法,并制定出相应的国家或行业标准,后来逐步被国际标准化组织所采用而转化为国际标准,广泛的被世界各个国家液压过滤产品试验所采用。

  2.1ISO2941和GB/T14041.3液压滤芯抗破裂性检验方法

  这个试验的目的是评定滤芯结构耐压差的能力。当液压系统在低温启动或滤芯被污染物完全堵塞,以及流量发生冲击时,在滤芯的两端将产生很大的压差,将会对滤芯的结构产生破坏,因此,须进行此项目的检验。

  在试验过程中,系统流量要保持在滤芯的额定流量,然后在系统中加入污染物,使滤芯两端压差逐渐增大,直至规定的耐破裂压差值;取出滤芯,通过ISO2942滤芯结构完整性检验,则滤芯合格。

  2.2ISO2942和GB/T14041.1液压滤芯结构完整性检验方法

  这个标准的试验目的主要是检验滤芯在加工过程中的缺陷和储运中可能造成的损坏,如滤芯介质破裂,端盖粘结缺陷和裂缝等。

  试验方法是将清洁滤芯装在试验装置上,浸入异丙醇液面下12.5mm处,向滤芯内通入给定压力的压缩空气,绕轴线360°旋转,滤芯表面应无连续明显气泡出现,即认为滤芯结构完整性合格。

  2.3ISO2943和GB/T14041.2液压滤芯材料与液体相容性检验方法

  这个试验是用以评定一定温度的工作液体对滤芯材料的影响,滤芯材料是否发生变脆、发胀变软和分解等性能变化。

  在这个试验中规定的试验温度要高出滤芯厂商规定的最高工作温度15℃,但是要注意安全,不得超过工作液体的闪点。试验72h后,必须通过ISO2941滤芯抗破裂性检验,才算合格。

  2.4ISO3723和GB/T14041.4液压滤芯额定轴向载荷检验方法

  在使用中,滤芯端部液压力和安装施加力的作用,因而需要通过试验检验在端向负荷下滤芯是否会发生永久性变形或损坏。

  该试验是在滤芯相容性试验后进行,最后还需要通过ISO2941抗破裂性检验。

  2.5ISO3724和GB/T17488液压滤芯流动疲劳特性的验证

  过滤器在液压系统中经常处于压力和流量波动的作用下,因而滤芯材料容易产生疲劳而导致损坏和破裂。这种疲劳损坏一般发生在折叠式筒行滤芯的根部,受压力和流量波动的影响,折叠根部反复弯曲而引起疲劳损坏。

  该试验是模拟滤芯在工作中发生的周期性压差变化,检验过滤介质抗弯曲疲劳的能力。试验中,保持最大压差控制在滤芯极限压差的10%以内,是试验流量在零与最大值之间周期性循环变动,到规定的循环次数后,要求通过ISO2941滤芯抗破裂性检验,则滤芯合格。

  2.6ISO11170液压传动-滤芯-检验性能特性的程序

  滤芯是液压过滤器的主要功能元件,其性能是通过一系列的试验测得的,而该标准就规定了合理、有效地使用现有标准的试验方法检验滤芯的性能特性的程序步骤,以及采用最少的滤芯、最少的试验次数、最佳的排列组合完成8项全面反映滤芯结构性能、过滤性能的必做的试验内容。

  2.7ISO3968和GB/T17486液压过滤器压降流量特性的评定

  油液流经过滤器时,由于过滤介质对油液的阻力而产生一定的压力损失,因而在过滤器进出油口之间产生一定的压差。根据流体力学原理,流体流经过滤介质时产生的压力损失与通过的流量、流体的黏度、以及过滤介质的物理结构等因素有关。因此,为正确选取过滤器,使过滤器在液压系统中额定流量下的阻力最小,就需对过滤器进行压降流量特性的评定。

  该试验是模拟过滤器的实际使用状态,在试验介质黏度一定的前提下,试验流量从零到额定流量的10%之间选取10个点进行压差测量,从而找出最佳工作区域。

  2.8ISO16889、ISO4572和GB/T18853、GJB

  3820液压传动过滤器评定过滤性能的多次通过方法多次通过试验系统的油液是循环的,试验粉尘连续从上游加入试验系统内,未被试验过滤器滤除的试验粉尘又回到试验油箱内,在试验系统内循环并多次通过过滤器,因而其上游污染物浓度是变化的。

  多次通过试验法模拟过滤器在液压系统中的实际工作状况,污染物不断地从外界浸入并在内部产生,过滤器不断滤除其中部分污染物,而未被滤除的部分在系统内循环并多次通过过滤器。因此,多次通过法比较接近过滤器的实际工况,而被国际标准化组织所采纳。

  多次通过试验的内容包括:评定过滤器对不同颗粒尺寸的过滤比,压差特性,以及纳污容量。试验时试验系统的流量保持一定,连续向试验油箱注入污染物,用压差计监测过滤器两端的压差,并同时从过滤器的上下游采取油样,用在线液体自动颗粒计数器对油样进行颗粒计数分析,统计出规定时间、规定压差时的颗粒数量,计算出其过滤比、过滤精度、纳污容量,评定出过滤器的过滤性能。

  3过滤器试验项目与标准应用的关系

  为评定液压过滤产品的性能及对产品质量进行控制,需要对过滤产品进行一系列的试验,如图1所示,参考新制定的国家标准GB/T20079和GB/T20080所要求的检验项目,相应选用的方法标准如表4所示。由于HB5825具有较为严酷的技术要求及检验条件,所以该标准主要用于航空液压过滤产品。如果需要,其他行业也可参照执行。

  在这些检验标准中,有一部分标准是互相引用套用的。如结构完整性试验(GB/T14041.1、ISO2942)在许多试验方法中都要采用:在多次通过试验(GB/T18853、GJB3820、ISO16889、ISO4572)前后、相容性试验(GB/T14041.2、ISO2943)、流动疲劳试验(GB/T17488、ISO3724)、结构强度试验中的抗破裂试验(GB/T14041.3、ISO2941)和端向负荷试验(GB/T14041.4、ISO3723)。可见结构完整性试验(GB/T14041.1、ISO2942)标准的重要性是最基本的检验项目。

  为合理、有效的使用这些标准试验方法检验滤芯的性能,ISO11170规定了滤芯检验的程序,如图1所示。该标准在确定需要全面检验某一批滤芯性能特性的要求下,制定出最少需要选择3个滤芯就可完成整个试验程序。因此,在对滤芯检验时,可以参考该程序方法。目前,该标准正在转化为国标。

  4国际、国内标准的发展

  4.1国际标准的发展

  随着科技工业自动化程度的提高,液压传动技术在国际上得到了广泛的应用,为了使液压传动系统工作的更加安全、可靠、高效,相应的关键性元器件—过滤产——品的技术要求及检验标准也不断地推陈更新。2006年3月,国际标准化组织ISO/TC131/SC6N441在奥兰多会议上讨论了37项标准,其中有12项标准已确定今后有效期限,有6项为现行标准,有6项正在讨论,其他的提案没有通过或被删除。标准起草进度表如表5所示。

  4.2国内标准的发展

  随着近年来国内液压污染控制和检测技术的发展,以及检测设备、仪器的不断更新,在全国液压气动标准化技术委员会的组织下,广泛推广及制修订了许多液压污染控制标准,以及相关的过滤材料检验标准。

  目前,现行的国内液压污染标准共20项,其中国家标准17项(15项采用ISO标准);行业标准3项。正在修订的6项标准,国标4项,行标2项。有4项计划采标,其中国标GB/T14041.3-1993《液压滤芯抗破裂性检验方法》已有修订计划,因其采用的ISO标准ISO2941正在修订中,所以还没实施。拟制定的行业标准《液压滤芯滤材验收规范》,已于2006年11月底完成计划申报,计划2007年启动。国内标准的发展与采标情况如表6所示。

  5小结

  在一个液压系统中,过滤器是保证系统净化、提高系统工作的可靠性、延长设备使用寿命的关键组成部分。而如何正确的设计、选择液压系统过滤器,就需要根据其实际工作状态如安装位置、作用类型,采用合适的产品技术标准设计制造出恰当的过滤产品,满足系统要求。在完成设计制造、进行产品检验的过程中,还需要根据不同的产品类型选择相应的合适的试验标准,以全面、合理的评价其的性能指标。

  因此,为了促进我国过滤产品技术发展,需要不断的汲取国际上先进的科学技术,参照国际标准,取人之长、补己之短,编制出适合我国国情的、具有科学性、先进性、可操作性的产品技术标准和检验标准,以达到既提高我国过滤产品质量,又能够与国际上过滤产品技术指标接轨的目的。限位报警装置。

  1.3功能试验

  由于首次尝试采用泵送液压油的方式来直接驱动水银移动,所以有必要对水银和液压油的相容性进行研究,以确认两者可以很好地分隔开来;另外,为确保系统运行的安全性,有必要对水银是否会泵送过头而进入油路系统进行实际考核。

  静态相容性试验结果表明:液压油和水银能很好地分离开来,水银比重大在下面,液压油比重小在上面。

  动态安全性试验结果表明:当所有水银都在一个罐子里时,继续泵送液压油,液压油将穿过水银往上冒,往上冒的液压油不带有水银珠子,水银不会混入到油路系统中去,系统安全性没有问题。泵送停止后,静止约2h,水银液位能保持得住,证明机器人的纵倾姿态调整好后可以稳定得住。

  通过以上试验,证实了液压油泵送水银式纵倾调节系统的可行性和安全性,该系统可满足水下机器人姿态调整的需要,系统综合性能满足要求。

  2小结与展望

  本课题开展了液压油泵送水银式纵倾调节系统的设计和研究,并进行了静态相容性试验和动态安全性试验。研究结果表明:利用液压油泵送水银的姿态调节系统完全是可行的;根据配置的水银重量合适设计水银罐容积,系统安全性也是可以保证的。

  事实上,无论是液压油系统还是水银系统,水下使用时均不能保证它与海水完全隔绝,绝对的零泄漏是不存在的。同时,液态水银很难密封,且又有剧毒,水银的泄漏会造成对环境的污染和对人体的伤害。为了消除这种不良影响,人们已在开展直接以大流量的海水液压系统来实现水下机器人姿态调整方面的研究开发工作。但是,随着工作深度增加对海水泵压力要求的提高,要保证海水泵的大流量目前还是相当困难的课题。

  据可靠消息,目前国内海水泵成熟技术已达到14MPa,100L/min。美国正在研制的"NewAlvin"号6500m深海载人潜水器上将采用海水液压系统实现大幅度的浮力及姿态调节。

  目前我国材料学科发展非常迅速,各种新型工程材料(如工程陶瓷、高分子材料和耐蚀合金等)不断涌现,精密加工技术日益进步以及海水液压技术日趋成熟,海水液压系统会在将来的水下机器人上得到越来越广泛的应用。

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