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　　摘要：水壓傳動(dòng)是流體傳動(dòng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，過(guò)濾器在水壓系統(tǒng)中是非常重要的輔助元件。水的粘度較小，必須控制水壓元件的配合面間隙，過(guò)濾器則應(yīng)有足夠的過(guò)濾精度;由于水有強(qiáng)腐蝕性，要求過(guò)濾器的殼體及濾芯使用抗腐蝕的材料。本文就如何適應(yīng)水壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，合理地設(shè)計(jì)和安裝使用過(guò)濾器，提出了相關(guān)要求。

　　關(guān)鍵詞：過(guò)濾器;水壓傳動(dòng);腐蝕性;密封;過(guò)濾精度

　　中圖分類號(hào)：TQ028.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1005—2895(2007)02—0128-03

　　0 前言

　　自18世紀(jì)末英國(guó)Joseph Bramah制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)起，液壓技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷200多年;二戰(zhàn)后，液壓技術(shù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于各種民用機(jī)械;而2O世紀(jì)6O年代以來(lái)，隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)電液氣一體化的發(fā)展進(jìn)程，使液壓技術(shù)深入應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械、冶金機(jī)械、鍛壓機(jī)械、輕工機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、汽車工業(yè)、機(jī)械制造設(shè)備及航海航空設(shè)備等等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。但2O世紀(jì)7O年代出現(xiàn)的世界性“石油危機(jī)”，以及各國(guó)的“綠色化生產(chǎn)”戰(zhàn)略，使液壓傳動(dòng)技術(shù)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。尋求節(jié)能、環(huán)保的工作介質(zhì)來(lái)替代液壓油，已是當(dāng)務(wù)之急。于是水壓傳動(dòng)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，成為流體傳動(dòng)及控制技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際學(xué)科前沿的重要研究方向。

　　1 水壓傳動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　水壓傳動(dòng)以水作為工作介質(zhì)。與礦物油相比，水具有粘度低、腐蝕性強(qiáng)、可壓縮性小、熱膨脹系數(shù)小、比熱容及導(dǎo)熱系數(shù)大等特性，而水的較低的粘度、極強(qiáng)的腐蝕性是制約水壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的2大瓶頸。

　　1.1 密封技術(shù)

　　水壓元件的閥芯與閥體之間存在縫隙，水壓傳動(dòng)的泄漏主要是縫隙泄漏。以同心環(huán)形縫隙因壓力差產(chǎn)生的泄漏量為例，其泄漏量計(jì)算式為：

　　其中：Q為泄漏量/(m?！-1); 為縫隙量/m; 為孔直徑/m;△戶為縫隙兩端壓力差/Pa; 為縫隙長(zhǎng)/m; 為動(dòng)力黏度/(Pa·s)。

　　式中，QoC 1/L，QoC 。因水的黏度僅為礦物油的1/12o～ 1/30[副，顯然，在壓差相同，縫隙結(jié)構(gòu)尺寸也相同的條件下，水壓傳動(dòng)的泄漏量則為液壓傳動(dòng)泄漏量的3O～ 120倍，系統(tǒng)的效率極大地降低。作為水壓傳動(dòng)系統(tǒng)，減少泄漏量的辦法之一就是盡可能控制縫隙量 ，為此要求即提高配合面的尺寸精度，減小配合間隙，當(dāng)然還要保證配合件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)需要。然而，配合間隙的減小，水中污染物會(huì)因此堵塞縫隙，致使運(yùn)動(dòng)件動(dòng)作失靈，甚至卡死，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。實(shí)踐證明，流體傳動(dòng)系統(tǒng)故障8O 左右源于工作介質(zhì)污染。由此可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)適應(yīng)水壓傳動(dòng)的過(guò)濾器尤為重要。

　　1.2 抗腐蝕技術(shù)

　　水具有腐蝕性，特別是海水具有極強(qiáng)的化學(xué)及電化學(xué)腐蝕能力，會(huì)引起腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、材料轉(zhuǎn)移、塑性老化等問(wèn)題，使材料強(qiáng)度下降，零件表面質(zhì)量破壞，同時(shí)也會(huì)影響到零件的尺寸穩(wěn)定性，使元件使用壽命下降。

　　水壓傳動(dòng)的研究熱點(diǎn)之一，即在水中加入何種添加劑能解決水的腐蝕性，增強(qiáng)其自潤(rùn)滑性。有些液壓設(shè)備如水壓機(jī)、礦山機(jī)械、液壓支架等以水基液壓油為工作介質(zhì)。水基液壓油的主要成分是水，加入某些防銹、潤(rùn)滑等添加劑，價(jià)格便宜，耐火、抗燃，但潤(rùn)滑性差、腐蝕性強(qiáng)、適用溫度范圍較小。國(guó)外2O世紀(jì)7O年代初隨能源危機(jī)開(kāi)發(fā)的高水基液(HWBF)已演變到第三代。這種高水基液實(shí)際上是一種微型乳化液，是在95 水相中均勻散布著水溶性抗磨添加劑的膠狀懸浮液。但這種高水基液卻無(wú)法解決環(huán)保問(wèn)題[3]。

　　目前水壓元件的抗腐設(shè)計(jì)主要從材料的選擇人手。如不銹鋼、陶瓷、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)、合金等抗腐蝕能力強(qiáng)的材料已成為制造水壓元件的主要材料。水壓傳動(dòng)系統(tǒng)中過(guò)濾器的研制與開(kāi)發(fā)，其殼體、濾芯的材料選擇也是關(guān)鍵。

　　2 水壓傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)濾器

　　水壓系統(tǒng)中的過(guò)濾器作用在于清除混入水中的雜質(zhì)，降低水的污染度，保證系統(tǒng)的正常工作。

　　2.1 過(guò)濾器的性能要求

　　(1)過(guò)濾精度應(yīng)滿足水壓系統(tǒng)的要求。過(guò)濾精度又稱絕對(duì)過(guò)濾精度，指流體通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，能夠穿過(guò)濾芯的球形污染物的最大直徑d/~m(即過(guò)濾介質(zhì)的最大孔口尺寸數(shù)值)。天然水中除含有大量固體雜質(zhì)外，還有微生物，如海水中的藤壺、海藻、細(xì)菌、病毒及原生質(zhì)等。它們有的帶有堅(jiān)硬的外殼，形體很小且無(wú)規(guī)則，極可能通過(guò)濾芯進(jìn)入系統(tǒng)。除系統(tǒng)入侵物外，還會(huì)有一些系統(tǒng)生成物，如元件腐蝕的剝離物、運(yùn)動(dòng)部件因摩擦、磨損產(chǎn)生的金屬顆粒等。選擇過(guò)濾精度時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：應(yīng)使雜質(zhì)的顆粒尺寸小于元件運(yùn)動(dòng)表面間隙(一般應(yīng)為間隙的一半)或水膜厚度，以免雜質(zhì)顆粒使運(yùn)動(dòng)件卡死或使零件急劇磨損;還要求雜質(zhì)顆粒尺寸小于系統(tǒng)中節(jié)流孔或縫隙的最小間隙，以免造成堵塞;另外，系統(tǒng)壓力越高，要求元件的滑動(dòng)間隙越小，則過(guò)濾精度要求越高。根據(jù)水壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，一般要求d<~10m，通常要選用精密(5～10 m)、甚至特精(<5 m)過(guò)濾器。

　　(2)具有足夠大的過(guò)濾能力，壓力損失小。過(guò)濾能力是指在一定壓差下允許通過(guò)過(guò)濾器的最大流量。對(duì)過(guò)濾器過(guò)濾能力的要求，應(yīng)結(jié)合過(guò)濾器在系統(tǒng)中的安裝位置來(lái)考慮，如果安裝在吸水管路上，其過(guò)濾能力應(yīng)為泵流量的2倍以上。水流通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓力損失，其大小與水的流量、粘度和混入水中的雜質(zhì)數(shù)量有關(guān)。為保持濾芯不破壞或系統(tǒng)的壓力損失不致過(guò)大，要限制過(guò)濾器的最大允許壓力降。而過(guò)濾器的最大允許壓力降取決于濾芯的強(qiáng)度。通常要求壓力降控制在0.03～O.07 MPa左右。

　　過(guò)濾器的工作能力取決于濾芯的有效過(guò)濾面積、濾芯本身的性能、水的粘度、過(guò)濾器壓差及水中固體顆粒的含量。過(guò)濾器進(jìn)出口壓差越大，阻力越小時(shí)，過(guò)濾器的過(guò)濾能力越大。水流通過(guò)濾芯的速度越低，表面壓力越小，則過(guò)濾精度越高。過(guò)濾器的設(shè)計(jì)主要根據(jù)工作壓力和過(guò)濾精度的要求選擇濾芯材料，按所要求的流量及選擇的濾芯材料來(lái)計(jì)算過(guò)濾面積。過(guò)濾器的有效過(guò)濾面積

　　其中：Q為過(guò)濾器的額定流量/(L·min ); 為水的動(dòng)力黏度/(Pa·s);Ap為壓力差/Pa;a為濾芯材料的單位過(guò)濾能力/(L·cm )，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

　　(3)應(yīng)有很好的抗腐蝕性。殼體及濾芯的材料應(yīng)有足夠的抗腐蝕能力。殼體選用不銹鋼類材料有很好防腐性能，也可選用其它的輕金屬材料，同時(shí)在金屬表面涂敷防腐涂層。防腐涂料中，環(huán)氧樹(shù)脂涂料更易于加工成型，固化物性能優(yōu)異，有良好的物理機(jī)械性能，特別是對(duì)金屬的附著能力強(qiáng)，耐堿性非常好，可以選用。而用不銹鋼粉末與環(huán)氧樹(shù)脂涂料通過(guò)極化方法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)組合生成的粉末環(huán)氧涂料，有更好的耐磨性。濾芯可采用青銅粉等金屬粉末壓制成型，強(qiáng)度高，承受熱應(yīng)力和沖擊性能好，耐腐蝕能力強(qiáng)，制造簡(jiǎn)單。但易堵塞，難于清洗。選用不銹鋼纖維濾芯，耐腐蝕，過(guò)濾精度高，且容易清洗。還可采用無(wú)機(jī)纖維經(jīng)液態(tài)樹(shù)脂浸漬處理而成的合成樹(shù)脂濾芯，強(qiáng)度大，過(guò)濾精度高。

　　(4)清洗維護(hù)方便，濾芯更換容易。過(guò)濾器精度越高，濾芯堵塞越快，濾芯清洗或更換周期越短。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)時(shí)盡量簡(jiǎn)單、緊湊，充分考慮到維護(hù)的方便性。造價(jià)盡可能較低。

　　(5)濾芯及外殼有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能承受高壓的沖擊。

　　(6)在規(guī)定的工作溫度下，能保持性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性。

　　2.2 過(guò)濾器的使用

　　根據(jù)系統(tǒng)管路的壓力及流量特性，過(guò)濾器安裝在不同的位置，其結(jié)構(gòu)型式和濾芯選材亦不同。水壓系統(tǒng)中過(guò)濾器主要安裝在泵的吸水管路、壓力管路及低壓管路上。由于以上3種管路的壓力與流量大小不同，過(guò)濾器的選擇也應(yīng)分別考慮。

　　(1)安裝在吸水管路上。為保證泵的正常工作，吸水管路有一定的真空度。要求過(guò)濾器有很強(qiáng)的過(guò)濾能力，并在泵流量的2倍以上;壓力損失要小，通常不超過(guò)0.03 MPa;安裝時(shí)浸沒(méi)在水箱液面之下，以防止空氣侵入系統(tǒng)。一般選用過(guò)濾精度稍低的表面型過(guò)濾器，采用網(wǎng)式或線隙式防腐濾芯。

　　(2)安裝在壓力管路上，保護(hù)系統(tǒng)元件。要求濾芯及殼體材料防腐能力強(qiáng)，耐高壓，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，過(guò)濾精度高，可以有較大的壓力損失。安裝在溢流閥之后，或與安全閥并聯(lián)，但安全閥的開(kāi)啟壓力應(yīng)略低于過(guò)濾器的最大允許壓差。一般選用深度型過(guò)濾器，采用不銹鋼纖維或合成樹(shù)脂濾芯，過(guò)濾精度高。

　　(3)安裝在低壓管路上，主要保證回到水箱的工作介質(zhì)的清潔度?？刹捎镁哂幸话氵^(guò)濾精度的低壓過(guò)濾器。過(guò)濾器只能單向使用，不能安裝在液流方向經(jīng)常變換的管路上。如果必須在此段管路設(shè)置過(guò)濾器，應(yīng)該與單向閥配合使用。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　因水壓傳動(dòng)系統(tǒng)中工作介質(zhì)的特殊性質(zhì)，對(duì)元件的結(jié)構(gòu)及材料使用有更高的要求。作為系統(tǒng)中重要的輔助元件，設(shè)計(jì)、加工、安裝使用過(guò)濾器時(shí)，必須考慮材料的抗腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性等，并要選擇有足夠過(guò)濾精度及過(guò)濾能力的濾芯。

　　參考文獻(xiàn)：

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