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高精過(guò)濾技術(shù)及其在現(xiàn)代制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

       隨著現(xiàn)代制造技術(shù)高速、高壓、高控制精度、高自動(dòng)化及高可靠性的發(fā)展趨勢(shì),機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)部分越來(lái)越普遍地采用軸向柱塞、比例閥、伺服閥、靜壓液壓軸承。此類(lèi)系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)油品清潔度要求極高,75%~85%的系統(tǒng)故障歸因于系統(tǒng)中的顆粒污染物。顆粒污染物對(duì)元件運(yùn)動(dòng)表面的切削、粘著、沖蝕經(jīng)常造成比例伺服系統(tǒng)滯環(huán)增大、響應(yīng)緩慢、控制失靈及軸承的損壞甚至災(zāi)難性事故的發(fā)生。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題,以前普遍采用定期更換元件,隨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài),甚至增大運(yùn)動(dòng)表面動(dòng)態(tài)間隙以期減少事故的發(fā)生。

          高精過(guò)濾技術(shù)是針對(duì)機(jī)器設(shè)備的血液——油品(包括液壓油、潤(rùn)滑油、切削液等),基于系統(tǒng)運(yùn)行高可靠性的要求,采用主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)的理念和策略,全面了解設(shè)備運(yùn)行狀況和元件動(dòng)態(tài)間隙,合理選定過(guò)濾器、濾芯的過(guò)濾精度和過(guò)濾面積,高效濾除間隙尺寸顆粒,阻斷磨損的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),同時(shí)配合定期監(jiān)測(cè),保證油品及系統(tǒng)的清潔度,從而達(dá)到減少磨損,避免維修,延長(zhǎng)元件及設(shè)備使用壽命,提高綜合經(jīng)濟(jì)效益的目的。

          如何應(yīng)用高精過(guò)濾技術(shù)

          高精過(guò)濾技術(shù)是隨著冶金高速軋制技術(shù)、現(xiàn)代液壓技術(shù)、航空宇航技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生的。在制造行業(yè),由于污染控制及設(shè)備主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)的理念沒(méi)有得到廣泛推廣,高精過(guò)濾技術(shù)還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。有些發(fā)達(dá)國(guó)家的進(jìn)口設(shè)備在選擇過(guò)濾裝置、過(guò)濾元件時(shí)對(duì)設(shè)備的過(guò)濾精度要求重視不夠,造成投入運(yùn)行后不久油品清潔度即超標(biāo),設(shè)備運(yùn)行事故率居高不下。北京歐洛普過(guò)濾技術(shù)開(kāi)發(fā)公司在制造加工過(guò)程及實(shí)際使用中進(jìn)行主動(dòng)維護(hù),通過(guò)實(shí)施高精過(guò)濾提高設(shè)備的綜合效益。

         高精過(guò)濾的實(shí)施分三步:確定典型元件的動(dòng)態(tài)油膜間隙及目標(biāo)清潔度;選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾系統(tǒng);堅(jiān)持按壓差更換濾芯,配合定期監(jiān)測(cè)。

         第一,從污染控制的角度出發(fā),與動(dòng)態(tài)油膜間隙尺寸相近的顆粒危害最大。因?yàn)檫@一尺寸范圍的顆粒一旦進(jìn)入運(yùn)動(dòng)副的間隙內(nèi),將引起零件表面磨損,并使零件間隙增大,從而使較大的顆粒進(jìn)入間隙,引起進(jìn)一步磨損。這樣繼續(xù)下去,磨損不斷加劇,最后導(dǎo)致元件失效。經(jīng)驗(yàn)證明,選用β3>200的高精過(guò)濾器可使和電動(dòng)機(jī)的壽命延長(zhǎng)4~10倍,可基本上消除液壓閥的污染卡緊狀況,并顯著延長(zhǎng)液壓油的使用周期。

        第二,過(guò)濾系統(tǒng)的選擇需要從過(guò)濾器位置及安裝形式、過(guò)濾比、過(guò)濾材料三個(gè)方面考慮。一般液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)過(guò)濾裝置在設(shè)計(jì)之初即按照相應(yīng)規(guī)范設(shè)計(jì),在此不必贅述,只是在壓力油和回油過(guò)濾系統(tǒng)中,過(guò)濾器的過(guò)濾性能都不同程度的受流量和壓力波動(dòng)的影響,其過(guò)濾效率顯著降低。此時(shí)可以選用高精度的外循環(huán)過(guò)濾裝置進(jìn)行外循環(huán)過(guò)濾,外循環(huán)系統(tǒng)的流量(L/min)建議取油箱容積(L)的5%~20%,工作環(huán)境惡劣、系統(tǒng)清潔度要求高,建議取大值。

          此外,外循環(huán)過(guò)濾裝置還可在主系統(tǒng)工作之前對(duì)油箱內(nèi)的油液進(jìn)行預(yù)過(guò)濾,可以有效地保護(hù)主系統(tǒng)的油。同時(shí)與油液的脫水、除氣及熱交換裝置結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油液的溫度調(diào)節(jié)和污染綜合控制。

          過(guò)濾比的選擇主要考慮過(guò)濾元件能否將動(dòng)態(tài)油膜間隙尺寸顆粒充分高效濾除。高精過(guò)濾一般選用βx>200的過(guò)濾產(chǎn)品。圖1所示為一車(chē)輛液壓系統(tǒng)在三個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中油液污染度變化曲線(xiàn)。系統(tǒng)由原來(lái)公稱(chēng)過(guò)濾精度25μm的過(guò)濾器換成β3>200的高精度過(guò)濾器,運(yùn)轉(zhuǎn)20min,油液中大于5μm的顆粒數(shù)減少了100倍。在經(jīng)過(guò)300小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)后大于5μm的顆粒數(shù)減小到最小值2500,金屬磨屑含量接近0。然而,當(dāng)換回以前的公稱(chēng)過(guò)濾精度25μm的過(guò)濾器后,在100小時(shí)后,油液中大于5μm的顆粒數(shù)增加了300倍,元件磨損程度又顯著增加。

        過(guò)濾材料按照結(jié)構(gòu)和過(guò)濾原理,可以分成表面型和深度型兩大類(lèi)。金屬網(wǎng)式、線(xiàn)隙式和片式等過(guò)濾元件屬于表面型材料,此類(lèi)濾材的過(guò)濾機(jī)制比較單一,主要是直接阻截,因此納污量小。此類(lèi)材料經(jīng)反向沖洗后可以重復(fù)利用,但每次沖洗后壽命和納污量會(huì)有所降低。

          植物纖維、玻璃纖維、金屬纖維及合成纖維材料均屬于深度過(guò)濾材料。特別是合成纖維材料中的聚丙烯超長(zhǎng)纖維濾材,由于絲徑細(xì)、質(zhì)地均勻、彈性好,所以精度高,耐沖擊。隨著熔噴技術(shù)的進(jìn)步,可以通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)改變纖維結(jié)構(gòu)形成梯度過(guò)濾。由于制作過(guò)程不使用粘接劑,所以濾材孔隙率高,從而充分利用深層過(guò)濾機(jī)制以提高單位過(guò)濾面積的納污容量。由北京歐洛普過(guò)濾技術(shù)開(kāi)發(fā)公司研制的此種材料最高過(guò)濾精度可達(dá)β3>600,聚丙烯超長(zhǎng)纖維濾材制作的濾芯納污容量相當(dāng)于相同精度濾芯的2~4倍,是真正意義上的高精度、長(zhǎng)壽命、大納污量過(guò)濾產(chǎn)品。

          第三,加強(qiáng)點(diǎn)檢,按壓差更換濾芯,配合狀態(tài)監(jiān)測(cè)。高精過(guò)濾濾芯更換壓差根據(jù)系統(tǒng)情況有所不同,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況加強(qiáng)與過(guò)濾器制造廠(chǎng)家的溝通。狀態(tài)監(jiān)測(cè)不僅包含油品清潔度、水含量、黏度,還包括鐵譜、光譜、能譜等多項(xiàng)監(jiān)測(cè)措施,但清潔度監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵因素。需要特別說(shuō)明的是,清潔度監(jiān)測(cè)時(shí)取樣方法及檢測(cè)儀器對(duì)樣品影響極大,取樣人員最好經(jīng)相關(guān)部門(mén)培訓(xùn)。
     
          唐鋼熱軋薄板廠(chǎng)磨床主液壓系統(tǒng)

         成功的應(yīng)用案例

          高精過(guò)濾技術(shù)在宇航、鋼鐵、電力行業(yè)都有成功的推廣,以下僅就此項(xiàng)技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用作簡(jiǎn)要介紹。

         中建一局四公司從意大利土力公司進(jìn)口R618型旋挖鉆機(jī),設(shè)備造價(jià)每臺(tái)980萬(wàn)元,是公司施工的關(guān)鍵設(shè)備。系統(tǒng)使用的柱塞為德國(guó)力士樂(lè)產(chǎn)品,并采用全伺服控制系統(tǒng)。原裝濾芯為美國(guó)PALL公司產(chǎn)品,進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格高,供貨周期長(zhǎng)。經(jīng)綜合考察,四公司自2001年將此車(chē)型全部液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)濾芯進(jìn)行轉(zhuǎn)化,關(guān)鍵部位使用聚丙烯超長(zhǎng)纖維高精度濾芯,過(guò)濾精度β5>200。四年來(lái)液壓系統(tǒng)運(yùn)行基本沒(méi)有故障,保證了施工任務(wù)的順利完成。四公司已將成功經(jīng)驗(yàn)推廣至同為關(guān)鍵設(shè)備的意大利土力公司BH12型液壓抓斗液壓系統(tǒng)過(guò)濾元件轉(zhuǎn)化過(guò)程中,亦取得了良好效果。

          唐鋼熱軋薄板廠(chǎng)磨輥車(chē)間三臺(tái)工作輥磨床為德國(guó)WALDRICH SIEGEN 原裝設(shè)備,型號(hào)為WS25.00*6000,單件加工重量25t。一臺(tái)日本東芝KW-1660支撐輥磨床,單件加工重量70t。設(shè)備加工精度±2μm輥形差異±2μm,圓跳動(dòng)3~4μm。四臺(tái)設(shè)備總造價(jià)接近一億元人民幣,是車(chē)間的關(guān)鍵設(shè)備。此種設(shè)備的主軸及托板導(dǎo)軌采用靜壓液壓支撐,對(duì)油品清潔度要求極高。由于歐洛普在唐鋼軋鋼車(chē)間液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)口濾芯轉(zhuǎn)化有非常成功的案例,磨輥車(chē)間自2003年將所有液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)濾芯按照高精過(guò)濾的要求進(jìn)行轉(zhuǎn)化,濾芯最高精度β3>200,同時(shí)配合高精度外循環(huán)過(guò)濾,兩年來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行正常,保證了生產(chǎn)的需要。

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