工作液體的污染直接影響系統(tǒng)工作可靠性和元件壽命。有關(guān)統(tǒng)計表明,液壓系統(tǒng)70%以上潤滑液壓系統(tǒng)的故障源于液壓油液的顆粒污染,隨著液壓工業(yè)的發(fā)展,液壓系統(tǒng)的污染控制已經(jīng)成為液壓技術(shù)界的重要技術(shù)課題。
　　軍用車輛傳動油液中的主要污染物是摩擦元件和其他零件的磨損產(chǎn)物,以及生產(chǎn)或維修之后殘留在傳動裝置內(nèi)的異物,這些污染物嚴重縮短了液壓各系統(tǒng)元件的使用壽命,造成液壓系統(tǒng)的功能失靈等故障。因此,恰當?shù)剡x用油液過濾器是保證液壓系統(tǒng)的性能和提高液壓系統(tǒng)與有關(guān)部件正常使用壽命的必要手段,對保障軍用車輛傳動裝置的正常工作和戰(zhàn)技指標的正常起著重要作用。目前,在歐美國家和我國的傳動裝置液壓系統(tǒng)中,通常采用過濾介質(zhì)的過濾器,其體積大,濾芯因不易清洗一般為一次性使用,并且使用周期短,成本高。而液力渦流過濾器是靠離心力進行分離雜質(zhì)的,具有尺寸小,質(zhì)量輕,成本低等優(yōu)點,已經(jīng)在國內(nèi)外一些軍用車輛上使用,然而在國內(nèi)對其相關(guān)的研究很少。文中在實際使用條件下,對過濾器的過濾性能進行試驗研究。

1、主要結(jié)構(gòu)與分離機理
　1.1　結(jié)構(gòu)概述
　　液力渦流過濾器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,主要結(jié)構(gòu)在圖中標出,溢流口上端與液壓系統(tǒng)管道相接,底流口下端與集塵室相接,其中圓錐段是過濾器的關(guān)鍵部位,顆粒的分離主要在其內(nèi)部進行。過濾器各個組成部分均為固定元件,當潤滑油以一定的初速度進入過濾器的內(nèi)部,便會在離心力和重力的作用下形成螺旋流,最后從溢流口和底流口流出。這種過濾器的公稱直徑D=35 mm,Do和Du分別為過濾器上部溢流和下部底流口的直徑,Do=0.43D,Du=0.17D,圓柱段長度h1=0.97D,圓錐段h2=3.31D,錐角β=8°。
　1.2　分離機理
　　為考核濾清效果,選取的是使用了400 h的潤滑油,其中固體雜質(zhì)體積含量小于0.5%,液相中的固相濃度較低時,固相顆粒間的距離較大,相互間的作用及影響很小,尺寸和密度不同的顆粒各自以自己不同的速度沉降,這時固相顆粒處于自由沉降狀態(tài),顆粒沿徑向沉降,離心沉降的速度隨著位置半徑的增大而不斷增大。　　

　　固液兩相同時進入過濾器,在圓錐段形成螺旋流,在渦流中的各種不同質(zhì)量的物質(zhì),所受的離心力不同;顯然,在單位體積內(nèi)固體(金屬)雜質(zhì)的密度遠大于液相的密度,因此,在螺旋流中固體顆粒所受的離心力比油液的大,在離心力的作用下,質(zhì)量越大的固體越容易向渦流的外層運動,最終沿著過濾器的器壁流入集塵室,達到過濾效果。由過濾機理可以得到顆粒在過濾器橫截面上的運動軌跡,如圖2所示。

2、試驗臺架和試驗方法
　2.1　試驗臺架
　　試驗件是液力渦流過濾器,相應的配套設(shè)備還包括:轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器ZJ-2000、便攜式顆粒計數(shù)器、流量計、加溫器、節(jié)流閥、標準壓力傳感器、電動機、取樣閥、金屬探針點溫計和紅外點溫計等。試驗臺布置見圖3。由于試驗系統(tǒng)沒有帶負載,因此,通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力。在節(jié)流閥的下游有一流量計,通過調(diào)速電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)齒輪泵的轉(zhuǎn)速,達到實際的流量。在過濾器的上下游各安裝了標準壓力傳感器和取樣閥,用來實時監(jiān)測過濾器進出口壓力和試驗中取樣,然后對油樣進行分析,最后求得這種過濾器的過濾效率。

　2.2　試驗方法
　　2.2.1　進出口壓力
　　通過控制節(jié)流閥,使液力渦流過濾器溢流口處的壓力為某一實際工況值不變,改變進口流量和溫度,測試進口壓力的變化。
　　2.2.2　過濾效率
　　試驗的最終目的是監(jiān)測這種過濾器的過濾性能,過濾效率是衡量過濾器過濾能力的一個重要指標。過濾效率定義為進口油液單位體積中大于某一x尺寸的顆粒數(shù)與溢流口油液中的顆粒數(shù)之差,再和進口油液顆粒數(shù)目之比,用ηx表示,其表達式:　　

　　其中顆粒的數(shù)目是由該試驗中采用的便攜式顆粒計數(shù)器(PODS)得出。便攜式顆粒計數(shù)器監(jiān)測的顆粒尺寸范圍:(4~100)μm(ISO-MTD),是世界上第一臺按照最新的ISO11171:1999標準使用ISO-MTD,在出廠標定時使用美國國家標準技術(shù)局(NIST)測試粉末SRM2806,其大小和濃度分布重復性好,計數(shù)的精度高。便攜式顆粒計數(shù)器在本試驗中用于測量污染物的數(shù)量,從而計算得出過濾效率。實物如圖4所示。

3、試驗結(jié)果分析
　　試驗開始之前,在油箱中加入CD 15W/40多用途潤滑油,加溫至40℃,調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速,使通過過濾器的流量為100 L/min,調(diào)節(jié)節(jié)流閥,控制溢流口處壓力為1.35 MPa,測量進出口壓力,過濾器進出口壓力隨時間的變化如下。
　　圖5是在流量為100 L/min時得到的壓力隨油溫的變化圖,從圖中可以看出,液力渦流過濾器進出口壓力之差隨油溫的增加而增大,由于流量的脈動較大,使進出口的壓差有所波動。

　　調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,使流量控制在110 L/min左右,在不同溫度下從進出口取樣,溫度為62℃時取油樣1;65.1℃時取油樣2;67.5℃時取油樣3;73.4℃時取得油樣4。測得不同油樣每10mL中污染顆粒的含量如表1所示。從表中可以看出,對于粒徑在4.0μm和6.0μm之間的顆粒出口數(shù)目比進口時還要多,其原因:油液雖然經(jīng)過了超聲波振蕩,大的氣泡已經(jīng)破碎,但油液中還是會含有大量的微小氣泡,這樣會使顆粒計數(shù)器在計算顆粒數(shù)目時產(chǎn)生誤差;同時也可能是計數(shù)器的分析誤差造成這種現(xiàn)象。
　　由表1做出了不同油樣的過濾效率圖,如圖6。從圖中可以看出,這種過濾器對固體顆粒的分離起到了一定的效果,隨著油溫的增加,油液的粘度降低,過濾器的過濾效率增加;同時發(fā)現(xiàn)大顆粒的過濾效果有所降低,這是由于單位體積的油液中含有的固體顆粒數(shù)目很少,計算結(jié)果會有偏差。

4、結(jié)論
　　(1)液力渦流過濾器的過濾性能受溫度和流量的影響很大,溫度越高流量越大,其過濾性能越好;
　　(2)當油溫超過65℃時,這種過濾器對10μm以上的顆粒過濾效果較好,能夠保證潤滑油的清潔度要求;
　　(3)在高溫高壓下對液力渦流過濾器進行試驗,試驗結(jié)果較好,說明了這種過濾器可靠性高;
　　(4)與介質(zhì)型濾油器相比,不存在污染物阻塞濾網(wǎng)而使過濾性能下降的情況,并且這種過濾器采用金屬材質(zhì),在使用期間,過濾性能變化不大,使用的壽命長。
　　(5)試驗表明液力渦流過濾器能夠較好地滿足車輛液壓系統(tǒng)對濾油器的性能要求。