液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測的多次通過試驗方法*
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劉混舉1 郭 瑞1 李正江2 劉混田3 周俊麗3 許聯(lián)航3
（1．太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西省太原市，030024;2．新鄉(xiāng)天翼過濾技術(shù)檢測有限公司，河南省新鄉(xiāng)市，453000；3．中國神華神東煤炭分公司，陜西省神木市，719316）
摘 要 針對礦用設(shè)備液壓系統(tǒng)過濾器檢測標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題，首次將多次通過試驗法引
入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能的檢測中，通過多次通過試驗法對過濾器濾芯的過濾精
度進(jìn)行檢測，以此來評價過濾器濾芯的過濾性能。
關(guān)鍵詞 液壓支架 反沖洗過濾器 精度檢測 多次通過法 乳化液 DT350型多通
試驗臺 中圖分類號 TD355 TD404
隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。但在實際應(yīng)用過程中，往往會遇到許許多多的故障。根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料表明，液壓系統(tǒng)的故障大約有60%～70%是由于工作介質(zhì)受污染所引起的，液壓過濾器是液壓系統(tǒng)中不可缺少的重要液壓輔件，其性能會直接影響到液壓元件壽命以及液壓系統(tǒng)的工作可靠性。過濾器（濾芯）的技術(shù)指標(biāo)很多，其中最為重要的兩個指標(biāo)為過濾精度和納污容量。
礦用液壓支架反沖洗過濾器是支架液壓系統(tǒng)中不可缺少的重要液壓系統(tǒng)輔件，其性能的優(yōu)劣將直接影響到支架液壓系統(tǒng)的可靠性。在能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T51016 - 2014“煤礦用液壓支架過濾器”中規(guī)定了過濾器及濾芯的性能參數(shù)要求，但尚未有相關(guān)的試驗驗證工作，也未見相關(guān)文獻(xiàn)報道，因此無法得知該類過濾器真實的過濾精度和納污容量。針對這一問題，現(xiàn)將多次通過試驗法引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能的檢測中，以便對液壓支架反沖洗過濾器的性能進(jìn)行科學(xué)合理的評判，從而對其過濾性能有準(zhǔn)確的認(rèn)識，便于用戶選擇合適的過濾產(chǎn)品。
1 液壓過濾器濾芯多次通過試驗方法簡介
GB/T 18853-2002液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多通過試驗方法（IS016889: 1999液壓傳動過濾器）為國際上通油類過濾器普遍采用的過濾器（濾芯）過濾性能檢測國際標(biāo)準(zhǔn)。其工作原理如圖1所示，多次通過試驗系統(tǒng)由污染物注入系統(tǒng)A和過濾器試驗系統(tǒng)B兩部分組成，污染物注入系統(tǒng)將一定污染濃度的液體注入過濾器試驗系統(tǒng)油箱，過濾器試驗系統(tǒng)中的液壓泵將污染液體通過被試過濾器3，而被試過濾器3上下游的顆粒計數(shù)傳感器可檢測系統(tǒng)中顆粒污染物的數(shù)量。圖1所示系統(tǒng)可以模擬過濾元件在系統(tǒng)中的實際工作狀況，即污染物不斷地從外界浸入并在內(nèi)部產(chǎn)生，過濾元件不斷濾除其中部分污染物，而未被濾除的部分在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)并多次通過過濾元件。多次通過試驗法是一個較為成熟的檢測方法，在通油類過濾器的檢測中已經(jīng)普遍使用，并且有較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)可以參照，因此，可以將多次通過試驗法的基本原理引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測中。
2 液壓支架反沖洗過濾器濾芯多次通過試驗條件的確定
2.1 試驗參考標(biāo)準(zhǔn)
液壓支架反沖洗過濾器濾芯多次通過試驗所參照的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 18853 - 2002以及NB/T 51016- 2014，GB,/T 18853 - 2002標(biāo)準(zhǔn)為液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多次通過方法，N B/T51016 - 2014標(biāo)準(zhǔn)為中華人民共和國能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)煤礦用液壓支架過濾器，其規(guī)定了液壓傳動濾芯在連續(xù)污染物注入條件下測定濾芯過濾精度（過濾比）及其納污容量的規(guī)程等。
2.2試驗設(shè)備
本次試驗設(shè)備所選用的是新鄉(xiāng)天翼過濾技術(shù)檢測有限公司所生產(chǎn)的DT350型多通試驗臺，試驗流量范圍為30～350 L/min，額定壓力可達(dá)2 M Pa。該試驗臺符合ISO16 889以及GB/T 18853中所規(guī)定的驗收條件，且該產(chǎn)品較為成熟，在市場上得到了廣泛的認(rèn)可。
2.3 試驗介質(zhì)
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18853-2002中并未強(qiáng)制規(guī)定試驗所用的介質(zhì)，但要求油液黏度需保持在
15±1.0mm2/s，確保試驗系統(tǒng)在試驗過程中處于紊流狀態(tài)，這樣才能防止試驗粉塵顆粒在試驗系統(tǒng)中大量沉降，進(jìn)而得到較為準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。通油類過濾器的試驗介質(zhì)國內(nèi)常用YH15油液(40℃下的運動黏度值為15±1.0 mm2/s，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求；油液呈紅色，易于試驗觀測），而支架反沖洗過濾器的工作介質(zhì)為乳化液，在相同溫度下，運動黏度值大約5.0～6.0mm2/S，顯然無法滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時，顆粒計數(shù)系統(tǒng)對試驗介質(zhì)的要求很高，其試驗介質(zhì)的折射率將直接影響到顆粒計數(shù)系統(tǒng)的計量結(jié)果。YH15在40℃時的運動黏度接近15 mm2／s，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且YH15油液在多次通過試驗臺中已有較多的應(yīng)用，技術(shù)相對成熟，在后期調(diào)試時容易與顆粒計數(shù)系統(tǒng)配合完成多次通過試驗，所以最終決定選用YH15作為液壓支架反沖洗過濾器濾芯的試驗介質(zhì)。
2.4試驗流量
本次試驗所選用的多通試驗臺流量范圍為30~350 L／min�，F(xiàn)行多次通過標(biāo)準(zhǔn)推薦在做多次通過試驗時，試驗時間建議在30～120 min為最佳。由于液壓支架反沖洗過濾器濾芯過濾面積較小，相比通油類過濾器壓力上升很快，容易堵塞，為了達(dá)到良好的試驗效果，經(jīng)過多次試驗，最終的試驗流量選擇為30 L／min。
2.5試驗污染濃度選擇
根據(jù)GB/T 18853-2002標(biāo)準(zhǔn)所推薦的最低污染濃度值3 mg／L進(jìn)行試驗時，由于液壓支架反沖洗過濾器濾芯的過濾面積較小，導(dǎo)致過濾器濾芯兩端壓差上升過快，試驗時間過短；再加之試驗正式開始時的前3 min所得到的數(shù)據(jù)屬于不可靠數(shù)據(jù)，一般不予采用，所以在標(biāo)準(zhǔn)推薦的最低污染濃度下進(jìn)行試驗，無法采集到有效可信的試驗數(shù)據(jù)，因此在進(jìn)行了多組試驗比較后，最終將試驗污染濃度值設(shè)定為0.7 mg／L。在該濃度下，所測得的濾芯過濾比數(shù)值較為可靠。
2.6極限壓差選擇
本次選用的多次通試驗臺的極限壓差最高可以達(dá)到800 k Pa，然而隨著試驗時間的增加，過濾器兩端的壓差會在短時間內(nèi)急速攀升，如果將極限壓差設(shè)定為800 k Pa，會大大提高試驗臺的負(fù)擔(dān)，而且對試驗結(jié)果的影響并不顯著。經(jīng)過多組試驗比較后，最終將極限壓差設(shè)定為400 k Pa。
3液壓支架反沖洗過濾器濾芯的多次通過試驗
本次試驗設(shè)備為DT-350型多次通過試驗臺，配套試驗材料為YH-15油液、KZD-3顆粒計數(shù)器、ISO MTD試驗粉塵等，試驗流量為30 L／min，試驗溫度為40±1℃。試驗時油液監(jiān)測
記錄數(shù)據(jù)如表1所示，試驗選取了某國產(chǎn)濾芯和某進(jìn)口濾芯，并采用同一過濾器殼體，在相同試驗條件下進(jìn)行試驗，其試驗結(jié)果見表1和表2。
3.1 試驗結(jié)果分析
在通油類濾芯中，過濾精度是指過濾比β≥75時所對應(yīng)的顆粒尺寸。參加試驗的兩組濾芯的標(biāo)稱精度均為25 μm，但從最終的試驗結(jié)果來看，無法確定過濾比在5以上時的顆粒尺寸，這是由于濾芯的過濾精度較低，而所用的標(biāo)準(zhǔn)粉試驗塵的大尺寸顆粒較少，且尺寸在50μm 以上的顆粒很少見到，因此無法準(zhǔn)確測試過濾比在5以上的顆粒尺寸，同樣β為10、75、100的試驗數(shù)值更難以測得。而在NB/T 51016 - 2014標(biāo)準(zhǔn)中所定義的濾芯的過濾精度為過濾比β≥5時所對應(yīng)的顆粒尺寸，從試驗結(jié)果可以看出，國產(chǎn)濾芯在過濾比值為2時所對應(yīng)的顆粒尺寸是30.2μm，進(jìn)口濾芯在過濾比值為2時所對應(yīng)的顆粒尺寸是31.1μm。試驗結(jié)果表明國產(chǎn)濾芯的過濾精度略優(yōu)于進(jìn)口濾芯，但兩組濾芯的過濾精度都未達(dá)到其標(biāo)稱的過濾精度25 μm。
在GB/T 18853-2002中規(guī)定濾芯納污容量的計算公式：
G80——在過濾器極限壓差的80%時，試驗油箱的重量污染度，mg／L；
V f——試驗結(jié)束時，過濾器試驗系統(tǒng)油箱體積的測量值，L；
q d-------下游排放和取樣流量，L／min；
t f--------最終試驗時間，min；
G b-------上游基本重量污染度平均值，mg／L；
q u——上游取樣流量，L/min。
即納污容量等于試驗粉末注入總量與試驗結(jié)束時留在試驗系統(tǒng)中的污染物重量、從被試過濾器下游取樣口排出的污染物估值和從上游取樣口排出的污染物估值的差值。
該試驗報告的納污容量測定結(jié)果是完全按照GB/T 18853- 2002標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的方法進(jìn)行測定的，最終得到的納污容量值為負(fù)數(shù)，不符合常理。經(jīng)過分析認(rèn)為系統(tǒng)中不可避免的出現(xiàn)少量的污染物顆粒沉降，雖然試驗系統(tǒng)本身符合標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的誤差，但是由于試驗濃度過小，加之濾芯本身的納污容量過低，所以少量的污染物顆粒沉降會對試驗產(chǎn)生較大的干擾，因此出現(xiàn)納污容量為負(fù)數(shù)值的情況。從注入污染物總量可以分析出，進(jìn)口濾芯的納污容量略高于國產(chǎn)濾芯。
3.2試驗結(jié)論
本次試驗所用的兩組濾芯，其標(biāo)稱精度均為25μm，經(jīng)過多次通過試驗法對其進(jìn)行檢測后表明，其實際精度達(dá)不到其標(biāo)稱的精度；且兩組濾芯的納污容量很小，用多次通過試驗法難以準(zhǔn)確測得濾芯的納污容量。
4結(jié)論
目前市場上普遍使用的液壓支架反沖洗過濾器濾芯的過濾精度還無法滿足GB/T 18853 - 2002標(biāo)準(zhǔn)和NB/T 51016 - 2014標(biāo)準(zhǔn)的要求，濾芯的過濾性能有待提高；與此同時，濾芯納污容量的技術(shù)指標(biāo)沒有得到足夠的重視，還沒有相應(yīng)的參數(shù)要求。多次通過試驗法是一個成熟科學(xué)的檢測方法，可以對乳化液濾器濾芯的過濾性能有一個科學(xué)合理的評判依據(jù)，建議今后以乳化液為工作介質(zhì)的過濾器濾芯可以用多次通過試驗法對其過濾精度以及納污容量技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，對過濾器濾芯選型給予更好的指導(dǎo)。
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