液压过滤器多次通过试验技术现状与发展

杜立鹏

(航空工业过滤产品质量监督检测中心(新乡)，河南新乡453019)

液压过滤器用于控制液压系统中循环的污染颗粒数量，以满足系统的污染等级要求。为了评定过滤器产品的性能及对产品质量进行控制，需要采用相应的试验方法对其进行试验评估，多次通过试验方法是目前了解液压过滤器过滤性能最直接、最有效的一种方法，为液压过滤器的设计应用提供了有效依据。近年来，随着产品主体和系统设计以及用户对性能精确度的需求逐步提高，国际上先进的试验技术快速发展，带来了试验方法的不断改进，其发展趋势是:试验条件更加贴近产品使用工况，采用数据仿真、计算机模拟技术;数据采集更加贴近真实，实现在线检测。

1 多次通过试验技术

1.1 试验原理

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侵入并在内部产生，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。多次通过试验系统主要由过滤器试验系统、污染物注入系统和在线颗粒计数系统等分系统组成。其工作原理如图1所示。试验时，在稳定流量下，经试验油箱连续向试验系统注入污染物，监测被试过滤器两端的压降，并按照一定的取样间隔，从过滤器的上、下游取样点取样，进行颗粒计数分析，统计颗粒数量，直至被试滤芯压降达到规定的极限压降时试验结束。通过对试验数据的分析与计算，得出被试滤芯的过滤比、压降流量特性和纳污容量等过滤性能参数。

图1 多次通过试验系统原理图

1.2 试验方法

目前，国内液压行业常用的多次通过试验标准包括:ISO 4572、ISO 16889 和GB/T 18853。其中，ISO 16889 是ISO 4572 的技术修订版，国际上已经废止了ISO 4572，但由于历史原因，国内有些厂家仍在继续使用ISO 4572;GB/T 18853 是对ISO 16689 等同采标转化而来的。

按照标准要求，在进行正式试验前，这些子系统应按照相应的标准进行校准或验证，以保证它们达到规定的使用要求。

正式试验前，按照标准程序要求，完成试验准备工作，然后采用多次通过试验法来检测被试过滤器的过滤性能。试验准备和正式试验程序如图2所示。

图2 液压过滤器多次通过试验程序图

1.3 在线颗粒计数技术

随着现代科技的发展和测试技术的进步，在线检测技术广泛用于国防、民用工业各个领域，是保证测试结果准确性的一种重要的手段。目前，该技术在液体过滤系统污染检测和过滤器性能评定方面也有着相当成熟的应用经验。如图3 是多次通过试验用在线颗粒计数系统原理图。

图3 多次通过试验用在线颗粒计数系统原理图

在线颗粒计数系统主要由自动颗粒计数器和流量控制器组成，自动颗粒计数器与流量控制器配合使用，可对流体系统进行在线颗粒分析。它配备两个遮光型传感器，用以同时测定过滤器上游和下游液体的污染度，并自动计算出上、下游颗粒浓度的比值(即过滤比)。从过滤器的上游和下游分流一小部分流量，分别流经上、下游传感器，两传感器的输出电压脉冲信号传输到计数器，计数器对上、下游油液的颗粒浓度同时进行测定，然后计算出过滤比。由于在线颗粒分析是按时间取样，要求通过传感器的流量稳定。流量控制器直接连接在系统管路中，用以控制和调节流经传感器的流量。

在线颗粒计数技术具有以下优点:

(1)在线颗粒计数法是对油液样品直接测试，不需要对油样进行固体颗粒的收集等处理，具有操作简便、计数速度快等优点。

(2)体积和颗粒分布的测试均采用自动控制，消除人为误差，成功避免了二次污染的引入，保证了计数测试的准确性。

(3)在线检测具有实时性，能够真实、准确地反映过滤器的工作状态和参数的变化。

(4)对过滤器过滤精度的检测结果准确到了颗粒的尺寸，相较于采用重量法计算效率的方法更加科学准确，使过滤器检测的检测结果更贴近实际工况中的过滤性能。

2 多次通过试验技术的变化和发展

随着国际上先进试验技术的不断提高，试验方法更新速度加快，随之颁布相应的新的国际标准，旧的标准也在修订。目前，关于多次通过试验技术的变化和发展趋势主要有以下几方面:

(1)系统要求

试验方法的设计原则，越来越注重模拟被测产品的实际工况，如，检测要求实现“在线实时检测”，静态性能要求测量“动态性能”，试验工况由稳定流量下测量发展到脉动流量下测量。

对试验系统控制原理要求实现机电一体化的数字自动控制，试验结果的处理采用计算机数据采集与处理程序，对试验结果处理程序化，规范化。

试验程序中增加了系统验证(准确度)，通过增加系统有效性验证程序，加强了对系统的准确性要求，引入了计量的概念，大大提高了试验结果的一致性和准确度。

(2)参数要求

通过对比多次通过试验技术的发展过程，可以看出试验参数的变化如表1所示。

表1 参数要求的发展趋势

(3)标准试验粉尘

在过去相当长的一段时间里，空气过滤器精细试验粉尘(Air Clearer Fine Test Dust)，简称ACFTD，被公认为典型液压系统中具有代表性的污染物，是液压污染控制领域各实验室通用的标准粉尘，这一点也体现在了ISO 标准中，在ISO 4572 中作为试验粉尘用于评定过滤器的过滤性能。然而，由于种种原因，这种粉尘已经停止生产。取而代之的是由ISO 组织推出的ISO 中级试验粉尘(ISO Medium Test Dust)，简称ISO MTD，被ISO 16889 采用为试验粉尘。由于这两种粉尘所采用的校准标准不同，为避免混淆，使用ISO MTD 测得的结果，其粒径符号后均注明角标“c”。试验粉尘的不同，以及由此带来的校准方法的改变，使得采用ISO 4572 与ISO 16889 测得的过滤器性能也不相同。

(4)新的试验方法

在脉动流量下评定液压滤芯的过滤性能，是目前国际上研究的一项新课题，也是多次通过试验技术发展的一个新方向。工业液压系统中普遍存在着规律性的流量脉动，工业应用中的许多实例都表明，当滤芯受到系统脉动流量条件影响时，其过滤能力会严重降低。那么，如何模拟液压系统的流量脉动，以考察脉动流量下滤芯过滤性能的变化规律呢?为此，国际标准化组织提出了一项新的液压过滤器过滤性能评定方法，并制定了相应的标准草案ISO/CD 23369 《液压传动过滤器—在脉动流量条件下评定滤芯过滤性能的多次通过方法》。

该方法在符合一定规律的脉动流量条件下，完成液压滤芯的多次通过试验程序。为了有效评定流量脉动对滤芯过滤性能的影响，ISO/CD 23369 采用了按矩形波规律周期变化的脉动循环流量进行试验，流量变化频率为0.1 Hz，试验流量周期性地从滤芯额定流量变化为额定流量的25%。试验过程中连续向试验系统注入污染物，测试滤芯的过滤效率、压降流量特性和纳污容量，当被试滤芯压降达到规定的极限压降时试验结束。

(5)新的试验需求

近年来，大纳污能力滤芯的过滤性能检测需求快速增长。这类滤芯多用于内燃机车、船舶、滤油车的油液系统中，相比传统滤芯，具有体积庞大、纳污容量超大的特点，如果按照原来的检测方法进行试验，试验时间会十几倍、几十倍地增加，对人力、物力的损耗巨大，且试验成本高、周期长，亟待提出新的试验方法，以有效解决大纳污量滤芯的过滤性能评定问题。

滤材的过滤性能参数对于了解滤材基本性能、指导新型滤材的研制至关重要。然而，目前还没有针对滤材的过滤性能评定标准，一般参照液压滤芯的多次通过方法进行试验评定。一般情况下，相比于结构完整的滤芯，滤材具有纳污容量小、极限压降低、污染耐受度低、流量疲劳耐受性差和抗破裂性差等特点，若采用滤芯的多次通过试验条件进行滤材试验，会造成诸如试验时间短、试验滤材中途破裂等异常现象，导致无法采集有效试验数据，甚至试验中止。因此，为了使试验结果具有可比性，有必要制定滤材的过滤性能评定方法，对滤材的试验流量、上游基本质量污染度等试验条件，对滤材的取样面积、装夹位置等技术细节作出统一的规定和技术要求。

新型过滤元件也提出了过滤性能评定的要求。金属橡胶是一种新型的弹性多孔材料，由金属丝经特殊制备工艺加工而成，其较高的承载能力、抗堵塞能力及节流孔隙随压力连续可调性能是其他多孔材料所无法比拟的，这种新型材料已经开始应用到液压系统中作为过滤元件使用。由于金属橡胶元件的外形和内部结构特殊，不同于普通滤芯，不能简单套用普通滤芯的试验方法，如何有效应用多次通过试验技术评定其过滤性能是一个新的研究课题。

3 结束语

为了适应我国液压过滤器行业科学和快速发展的要求，特提出以下几点建议:

(1)随着先进检测技术的快速发展及检测仪器的不断更新，采用新标准的试验方法势在必行!同时，老的标准还在使用，这就要求用户:一方面在有关的产品试验报告及宣传品上，应该清楚标明所采用的试验标准;另一方面，在对比过滤器的过滤性能时，必须采用同一种试验方法对得到的结果进行对比。

(2)根据目前掌握的信息，关于过滤器性能试验结果准确度问题已经对产品的质量评定、交付和验收产生不同程度的影响，为此，建议尽快开展专用测试设备的校准或联合比对，以便提高设备的准确度和一致性。

【1】中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 18853－2002.液压传动过滤器评定滤芯过滤性能的多次通过方法［S］.北京:中国标准出版社，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.液压系统污染控制［M］.北京:机械工业出版社，1992.