淤积原理在液压系统在线污染监测中的应用

　　0　引言

　　油液污染是液压系统最主要的故障根源,成为发展高质量液压元件与液压系统的主要障碍。液压系统的油液污染控制与在线监测是现代液压系统获得最佳 工作效果所必需的技术措施之一[1]。现有的污染检测技术虽然有较高的准确性,但受价格、操作环境、检测周期等因素限制,不能广泛应用于液压系统工作现场 在线监测[2]。为此,本文提出一种简单有效的在线监测方法。

　　1　理论分析

　　1.1　淤积原理

　　滤膜利用其多孔可透性,可滤除油液中不溶性颗粒污染物。污染油液流经滤膜时,污染物逐渐淤积堵塞滤膜引起压差或流量变化,污染度不同,变化量也不同,这就是淤积法的基本原理[3],即

　　式中,C为污染度;W为常数;V为滤过体积。

　　以滤膜为传感元件的淤积法可分为恒压差测量和恒流量测量两种,不受油液颜色、水分、颗粒成分等影响,适应能力较强,准确性较高。实际的过滤过程 是几种或全部的过滤机理同时或相继发生的。过滤面积对测量结果的影响很大,要严格控制滤膜组件的有效过滤面积,以减小其对测量结果的影响。面积差越大,测 量的重现性越差。

　　1.2　测量原理

　　一定体积的油液通过滤膜过滤,设滤膜前后的压力分别为p1(t)、p2(t),它们可通过滤膜前后压力传感器检测得到,则压差Δp(t)亦可测定。由流体力学知,滤膜中流体流动类似于潜体流动的绕流现象。资料表明,多孔板滤膜过滤的临界雷诺数为3 <Re <7,其中特性速度和水力直径Dn按

　　微孔中流速和微孔直径计算。因此,本装置中压差流量特性符合多孔介质中流体流动的达西定律:

　　式中,μ为动力粘度;h为滤膜厚度;Q(t)为通过滤膜的流量;K为滤膜的渗透系数,其倒数为阻力系数;A(t)为滤膜在过滤过程中的有效面积。

　　污染度可表示为滤膜完全堵塞时的滤过体积,是以V为自变量的函数。同时考虑检测压力的影响,建立淤积法油液污染检测的数学模型为[4]

　　式中,K0为反映装置、滤膜几何参数以及单位换算等的系数;p为检测压力;K1、K2为反映压力及滤过体积对检测结果影响程度的参数。

　　采用多项式曲线拟合来表达污染度与压差的曲线关系,在标准化实验基础上利用其确定压差与污染度间的函数关系,以此作为污染度监测等级的依据。多项式曲线拟合方程为

　　式中,y为检测装置所测得的污染度等级;x为滤膜两端压差;a0,a1,…,am为待定系数。

　　确定系数a0,a1,…,am使式(4)对于给定的数据(xi,yi)具有最佳拟合,即符合最小二乘法。解出a0,a1,…,am,即可得出所求的多项式曲线。