液压润滑系统目标污染度

　　目前,润滑液压系统的污染控制主要是在吸油管路、压力油路、回油管路安装过滤器,将系统的污染度控制在液压元件污染耐受度的范围之内。在污染控制中,滤芯是一个很重要的元件。实践表明,滤芯的过滤能力受诸多因素的影响,除与本身的滤网形式、滤芯结构参数有关外,其它的液压系统参数(油温、压力等)的影响也很大。在使用过程中,过滤器的实际过滤比与理论过滤比相差很大,滤芯的实际过滤比一般远小于理论过滤比[1]。在工作过程中,滤芯的过滤性能受温度、流量的影响很大,温度越高、流量越大,其过滤能力降低。同时润滑液压系统油液的脉动和滤清效应会使得过滤器下游某颗粒尺寸浓度比上游的还大。

　　1 污染动平衡方程的建立

　　实际的大型润滑液压系统其工作条件都比较恶劣,常在高温高压大流量的情况下工作,要建立比较精确的污染控制平衡方程是非常困难的。笔者在推导污染平衡方程时,特做如下假设: 1)过滤器在工作过程中过滤比不变; 2)油箱里面的油液污染颗粒分布均匀; 3)外部污染颗粒侵入率在工作期间均匀; 4)油液无泄漏。

　　对于图1所示的液压系统试验台,要研究的是滤芯的过滤能力,而在工作过程中,各个阀分别是控制或执行元件。由于磨损会使油液中的污染颗粒含量增加,为便于试验研究,可以将其简化[2]。对系统中的过滤器、污染颗粒侵入率简化[3],引入等效过滤比Be[4]、等效污染颗粒侵入率Re,再进一步简化。针对简化后的模型,参考文献[5]作如下推导。

　　从液压系统的任一时刻t起,经过时间dt,颗粒总量的增加量为Redt;颗粒因过滤而带来的颗粒总量的减少量为

　　(NsQE+Nsq)dt, 　　(1)

　　式中:E表示被过滤器过滤掉的颗粒数与过滤前的颗粒数之比,用B表示过滤器某一颗粒尺寸的过滤比,则E=(B-1) /B;Ns表示液压系统油箱中污染颗粒的浓度;q表示液压系统油液的损耗率。

　　在t+dt时刻,液压系统中的颗粒总量W为:

　　式中Vs表示油箱中油液的体积;Re表示液压系统工作过程中污染颗粒产生率。

　　同时W也可有另一种表达,即

　　W = (Ns+dNs)(Vs-qdt)。 　　(3)

　　式(2)和(3)等效,故有:

　　由假设知,系统不漏油,故q=0。该方程经整理可得微分方程(5):

　　解一阶线性微分方程(5),得通解:

　　式中:C₁表示常数。

　　通常,机械设备在稳定工作的情况下,其磨损状态应是线性的,亦即其颗粒浓度的增量为恒定值,即Re为恒量,则有