液压设备高压滤芯损伤问题分析及改进

张晓松，杨 斌，任国强

（1. 上海海岳液压机电工程有限公司，上海 200031；2. 中冶南方连铸技术工程有限责任公司，武汉 430073）

0 引言

工作液高压过滤器是液压设备清洁度保障所常用的回路辅件，可保证液压系统油液颗粒度处于正常使用要求范围内，降低液压系统元部件磨损，减少故障率，延长使用寿命[1-2]。目前液压系统常用的高压过滤器滤芯，其可用程度一般为堵塞超压差发讯检测，滤芯异常瞬时压溃和损伤时往往不能实时获取异常状态，需通过人工拆检方可发现故障。

本文通过对某型高压大流量的液压设备的滤芯故障进行分析，通过建模仿真对反向压力冲击动态过程进行研究，改进二通插装阀液压控制回路，提高设备的运行可靠性，避免高压滤芯的损伤及设备故障[3-7]。

1 高压过滤器滤芯损伤原因分析及改进措施

1.1 高压过滤器滤芯损伤检查

某型高压大流量液压设备在初期投入使用过程中多次出现故障，发生液压系统一路泵源压力无法正常起压问题，经对液压设备的拆检，发现该泵源回路溢流阀卡死，存在不明金属物，进一步拆检检查发现该回路中高压过滤器滤芯出现异常损坏，见图1。

图1 溢流阀金属物及故障高压滤芯图

1.2 液压回路工况说明

液压设备高压滤器相关部分原理回路简图见图2，主要相关技术参数如下：

1）工作压力为30 MPa；泵源流量2 000 L/min。

2）泵源总出口压力管线直径DN80 m，长度为50 m。

3）主泵-电机组流量4×500 L/min，功率4×250 kW。

如图2所示，液压设备正常运行时，泵源回路4台比例泵-电机组共同为设备提供高压液压油，YVH1得电后，泵源为回路提供驱动用高压液压油，实现回路中液压缸的变速往复运动。设备停机时，4台泵-电机组错时泄压后，电机停止运行。泵源出口压力管线通过电磁溢流阀YVH2得电泄压。

图2 溢流阀金属物及故障高压滤芯图

1.3 高压滤芯损伤原因检查与分析

根据滤器损伤情况初步判断，高压滤器应为异常反向高压冲击造成损坏，重点怀疑回路单向阀组件故障，但拆检时未发现有污染物引起的阀芯卡滞，主油道反向泄漏检查亦正常无异常泄漏，复装后，试运行未发现任何异常，滤芯故障未再现，多次运行后拆检滤芯也未发现起鼓或损坏情况。后续设备投入正常工作后约3周，又出现滤芯冲击损坏情况。再次对设备进行运行跟踪检查发现，设备在多次启动和停机过程中，该设备出现故障的2#泵源回路压力表偶然出现一次瞬时压力低幅值跳摆情况。进一步检查，并和其他泵源回路元件进行对比分析，该回路单向功能插装阀实际安装的复位弹簧略软，开启压力为0.1 MPa弹簧，其他回路安装的复位弹簧均为0.2 MPa弹簧，测量检查该回路插装阀安装腔孔尺寸和形位公差接近设计极限值，且较其他腔孔加工尺寸略小。

初步判断由于单向阀复位弹簧力较小，在某些特定条件下（如单动检查、急停等工况），克服阀芯归位阻力后剩余加速复位力不足，存在偶发的复位关闭时间较长情况，会造成系统总线压力反冲，引起高压滤芯损坏。

1.4 改进方案

通过以上分析，拟定液压系统改进方案为：将原理回路图2中序号7中单向插件更换为开启压力为0.2 MPa的弹簧，适当加长特定工况下泵-电机组错时启动、停止时间间隔。

2 仿真分析研究

2.1 仿真回路图

对该回路搭建简化仿真模型，仿真模型图见图3。

图3 仿真回路简图

2.2 仿真验证结果

仿真验证分别对启泵、停机卸荷、运行中急停工况进行了回路仿真分析。其中，运行过程中急停工况的仿真验证结果见图4。图4中插装阀弹簧力参数对应插装阀开启压力分别为0.05 MPa、0.1 MPa和0.2 MPa。由图4可知：在弹簧力为0.2 MPa时，插装阀关闭较快，对高压滤器的反向冲击压力较低。

图4 单向插装阀不同开启压力滤芯压降

在单向插装阀的阀芯异常卡滞在开度50%和100%的极端情况下，仿真分析结果见图5，由图5可以看出：最高反向冲击压力达2 MPa以上。会对滤芯造成严重破坏。

图5 单向插装阀异常卡滞滤芯压降

由于高压过滤器滤芯单向支撑的结构特点，反向瞬态压力冲击超过一定幅值时会造成过滤器滤芯鼓肚，过大的反向瞬态压力冲击将造成滤芯金属骨架等破坏。由仿真计算结果可知，适当采用开启压力较高插装阀弹簧有助于防止阀芯卡滞，降低反向压降，避免高压滤器滤芯损伤故障。

3 试验与验证

按本文研究内容改进方案，对液压设备高压过滤器相关回路进行改进和验证，并连续进行3个月的运行维护检查。该型液压设备所使用的高压滤芯未重复出现滤芯损坏故障，高压滤芯更换频率实现正常维护，液压设备长期稳定运行。

4 结论

通过上文的分析和验证，可以得出以下结论：

1）提升高压滤器出口单向阀开启压力有利于防止高压滤芯损伤。

2）增设高压滤器滤芯压差的异常低压监测有利于设备的主动维护。

3）液压系统高压流场冲击应在设计时加以重视和避免。

以上措施在液压系统的应用可降低新型液压设备的研制风险，提高液压设备的可靠性，降低设备故障率，延长设备的使用寿命。