一种新型的工程机械液压油过滤加油系统
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【摘要】针对工程机械液压系统加油过滤问题，设计了一种过滤系统，阐述了系统的工作原理。并对系统设计关键问题进行说明，计算了完成过滤目标所需的时间。
1 概述
工程机械液压系统可靠性与工作使用寿命的提高，其关键问题在于对液压系统油液清洁度的控制。液压油厂商提供给主机厂商的液压油清洁度通常只能达到ISO19/16级（NAS10级），而工程机械液压系统使用的液压油清洁度都要达到ISO17/14级（NAS8级）以上。主机厂家对主机油箱加注液压油一般采用油（桶）库或滤油小车直接加油。我们知道滤油车加油时，从油桶或油库加注到主机时液压油只经过一次过滤器，根据过滤器过滤原理，过滤效果与被过滤油液的通过次数有关，而一次通过的过滤效果完全不能满足过滤清洁度的要求。因此我们设计了本套液压油过滤加油系统。
2 设备组成及功能原理
设备整体布置在一个固定底盘上，包括储油油箱、过滤循环泵电机组、两级过滤器、控制阀组、加油计量流量计、加油枪及电气控制箱。其工作原理如图1所示：
储油油箱用于存储油桶或油库输送来的液压油，油箱设计为全封闭形式，油箱上设置有吸油过滤器、目视液位计、空滤器、高/低液位指示控制器等油箱附件。油泵电机组将油箱中的液压油抽出，液压油经过吸油过滤器、两级过滤器多次循环过滤后输送回储油箱，当油箱中的液压油清洁度达到工程液压油使用清洁度要求后，液压油再由控制阀组控制通过计量流量计油路输送到加油枪，从而实现加油过程。
控制阀组设置两个电液换向阀用于组成三种液压回路，即一级过滤循环油路（电磁铁DT1、DT2断电），液压油只经过一级粗过滤器（10μ过滤器）循环回油箱；二级过滤循环油路（电磁铁DT1断电、DT2通电），液压油只经过一级粗过滤器（10μ过滤器）和二级精过滤器（3μ过滤器）循环回油箱，两种过滤精度分别用于不同精度要求的液压系统；加油回路（电磁铁DT1通电、DT2断电）时，液压油只经过一级粗过滤器（10μ过滤器）输送到加油枪，该油路设置有旁路单向阀，当加油枪打开时，过滤后的液压油将输送到工程机械液压系统油箱中，当加油枪关闭时，过滤后的液压油通过旁路单向阀循环回油箱。
加油回路设计有自动计量加油量功能，配置流量计和配套仪表，可以记录单次累计油量，当加油量达到控制设定值时，控制仪表发出信号控制电磁铁DT1断电，系统自动切换到一级过滤循环回路。流量计量仪表具有加油流量累计功能，用户可以通过流量累计计量数据掌握生产用油总量，因而有效控制采购油量支出。
电气控制箱用于整套加油系统的控制，控制面板设置有电源指示灯、油泵电机启停按钮、急停按钮、过滤器堵塞报警指示灯、液位高/低报警指示灯、过滤循环回路模式（一级过滤/二级过滤）选择旋钮、加油开始/停止按钮、外部供油模式选择旋钮、流量计量定量设定及累计流量显示仪表。
外部给储油箱供油有三种方式：
（1）用滤油小车从空滤器孔直接加油；
（2）用油库输油泵对储油箱油库预留孔供油，此时，储油箱高低液位指示控制器油库输油泵电机控制联动，当储油箱处于报警低液位时，控制油库输油泵启动向储油箱供油，当储油箱处于报警高液位时，控制油库输油泵电机组停止，防止储油箱供油溢出。
（3）油桶吸油管加油，此时，将电气控制箱面板上的外部供油模式选择旋钮转到油桶供油模式，将截门1关闭，截门2开启，启动油泵电机组，系统将从油桶中抽出液压油到储油箱。当储油箱中的液压油达到高液位时，油泵电机组关闭，将截门2关闭，截门1开启。启动油泵电机组开始将油箱中的液压油循环过滤，使储油液清洁度满足使用要求，然后可以通过加油枪给工程机械设备加油了。
3 设计考虑的关键问题
液压系统过滤效果决定因素有外界污染侵入率、过滤器的过滤精度、油箱容积、过滤循环泵流量等。
油箱容积对液压系统的污染状况有直接影响。在滤油器过滤流量一定的情况下，当油箱油液体积减少时，液压系统的过滤速率明显加快。一般液压系统油箱容积取主泵流量的3～5倍，油箱容积不仅影响系统油液污染度对污染侵入的响应速率，而且油箱中油液体积直接影响液压系统的过滤净化速率。为保证系统快速有效的过滤净化性能，应尽可能减少油箱中油液体积。理论分析研究表明，闭式液压过滤系统的过滤速度远远超过开式液压过滤系统，所以小油箱液压系统中油液污染度将在极短时间内达到稳定清洁度水平。本套系统采用封闭小油箱储油，外界污染侵入口只有空滤器，在干净的环境中使用时，可以认为外部污染侵入率为0。系统油箱有效容积约400L，油箱一次加注约350L的液压油，输油液压泵流量100L/min，过滤器过滤精度（一级10μm/二级3μm），过滤器过滤比β=200。
本系统属于外循环过滤系统，外部污染入侵率为0，系统污染物平衡的公式可简化为：
式中：
N0―油箱中大于某一颗粒尺寸L 的初始污染度，粒/L；
Nt―油箱中大于某一颗粒尺寸L 的瞬时污染度，粒/L；
β―过滤器的过滤比；
V ―油箱中油液体积，L；Q ―液压泵的流量，L/min；t ―过滤时间，min；可以得到过滤时间，
t=ln（N0/Nt）/{[（β-1）/β]Q/V}
应用于本系统，假定油箱初始油液清洁度NAS10级（取大于5μm的颗粒污染度为2560粒/ml），过滤后要求过滤清洁度为NAS7级（取大于5μm的颗粒污染度为320粒/ml），计算其所需过滤时间为8.36分钟。
4 结论
采用该设备过滤后的油液清洁度完全满足工程机械油液污染度使用要求，系统过滤所需时间短，设备使用方便可靠，对加油量的定量计量控制，为主机厂控制加油成本提供有效工具。
参考文献
[1] 贾瑞清，等.液压系统颗粒污染和过滤状态的关系.机床与液压，2000.NO.1
[2] 刘混举，等.油箱容积对液压系统油液污染度影响的分析研究.佳木斯大学学报，1999，（4）