工作液體的污染直接影響系統工作可靠性和元件壽命。有關統計表明,液壓系統70%以上潤滑液壓系統的故障源于液壓油液的顆粒污染,隨著液壓工業的發展,液壓系統的污染控制已經成為液壓技術界的重要技術課題。
　　軍用車輛傳動油液中的主要污染物是摩擦元件和其他零件的磨損產物,以及生產或維修之后殘留在傳動裝置內的異物,這些污染物嚴重縮短了液壓各系統元件的使用壽命,造成液壓系統的功能失靈等故障。因此,恰當地選用油液過濾器是保證液壓系統的性能和提高液壓系統與有關部件正常使用壽命的必要手段,對保障軍用車輛傳動裝置的正常工作和戰技指標的正常起著重要作用。目前,在歐美國家和我國的傳動裝置液壓系統中,通常采用過濾介質的過濾器,其體積大,濾芯因不易清洗一般為一次性使用,并且使用周期短,成本高。而液力渦流過濾器是靠離心力進行分離雜質的,具有尺寸小,質量輕,成本低等優點,已經在國內外一些軍用車輛上使用,然而在國內對其相關的研究很少。文中在實際使用條件下,對過濾器的過濾性能進行試驗研究。

1、主要結構與分離機理
　1.1　結構概述
　　液力渦流過濾器結構示意圖如圖1所示,主要結構在圖中標出,溢流口上端與液壓系統管道相接,底流口下端與集塵室相接,其中圓錐段是過濾器的關鍵部位,顆粒的分離主要在其內部進行。過濾器各個組成部分均為固定元件,當潤滑油以一定的初速度進入過濾器的內部,便會在離心力和重力的作用下形成螺旋流,最后從溢流口和底流口流出。這種過濾器的公稱直徑D=35 mm,Do和Du分別為過濾器上部溢流和下部底流口的直徑,Do=0.43D,Du=0.17D,圓柱段長度h1=0.97D,圓錐段h2=3.31D,錐角β=8°。
　1.2　分離機理
　　為考核濾清效果,選取的是使用了400 h的潤滑油,其中固體雜質體積含量小于0.5%,液相中的固相濃度較低時,固相顆粒間的距離較大,相互間的作用及影響很小,尺寸和密度不同的顆粒各自以自己不同的速度沉降,這時固相顆粒處于自由沉降狀態,顆粒沿徑向沉降,離心沉降的速度隨著位置半徑的增大而不斷增大。　　

　　固液兩相同時進入過濾器,在圓錐段形成螺旋流,在渦流中的各種不同質量的物質,所受的離心力不同;顯然,在單位體積內固體(金屬)雜質的密度遠大于液相的密度,因此,在螺旋流中固體顆粒所受的離心力比油液的大,在離心力的作用下,質量越大的固體越容易向渦流的外層運動,最終沿著過濾器的器壁流入集塵室,達到過濾效果。由過濾機理可以得到顆粒在過濾器橫截面上的運動軌跡,如圖2所示。

2、試驗臺架和試驗方法
　2.1　試驗臺架
　　試驗件是液力渦流過濾器,相應的配套設備還包括:轉速轉矩傳感器ZJ-2000、便攜式顆粒計數器、流量計、加溫器、節流閥、標準壓力傳感器、電動機、取樣閥、金屬探針點溫計和紅外點溫計等。試驗臺布置見圖3。由于試驗系統沒有帶負載,因此,通過節流閥來調節系統的壓力。在節流閥的下游有一流量計,通過調速電動機的轉速來調節齒輪泵的轉速,達到實際的流量。在過濾器的上下游各安裝了標準壓力傳感器和取樣閥,用來實時監測過濾器進出口壓力和試驗中取樣,然后對油樣進行分析,最后求得這種過濾器的過濾效率。

　2.2　試驗方法
　　2.2.1　進出口壓力
　　通過控制節流閥,使液力渦流過濾器溢流口處的壓力為某一實際工況值不變,改變進口流量和溫度,測試進口壓力的變化。
　　2.2.2　過濾效率
　　試驗的最終目的是監測這種過濾器的過濾性能,過濾效率是衡量過濾器過濾能力的一個重要指標。過濾效率定義為進口油液單位體積中大于某一x尺寸的顆粒數與溢流口油液中的顆粒數之差,再和進口油液顆粒數目之比,用ηx表示,其表達式:　　

　　其中顆粒的數目是由該試驗中采用的便攜式顆粒計數器(PODS)得出。便攜式顆粒計數器監測的顆粒尺寸范圍:(4~100)μm(ISO-MTD),是世界上第一臺按照最新的ISO11171:1999標準使用ISO-MTD,在出廠標定時使用美國國家標準技術局(NIST)測試粉末SRM2806,其大小和濃度分布重復性好,計數的精度高。便攜式顆粒計數器在本試驗中用于測量污染物的數量,從而計算得出過濾效率。實物如圖4所示。

3、試驗結果分析
　　試驗開始之前,在油箱中加入CD 15W/40多用途潤滑油,加溫至40℃,調節電機的轉速,使通過過濾器的流量為100 L/min,調節節流閥,控制溢流口處壓力為1.35 MPa,測量進出口壓力,過濾器進出口壓力隨時間的變化如下。
　　圖5是在流量為100 L/min時得到的壓力隨油溫的變化圖,從圖中可以看出,液力渦流過濾器進出口壓力之差隨油溫的增加而增大,由于流量的脈動較大,使進出口的壓差有所波動。

　　調節轉速,使流量控制在110 L/min左右,在不同溫度下從進出口取樣,溫度為62℃時取油樣1;65.1℃時取油樣2;67.5℃時取油樣3;73.4℃時取得油樣4。測得不同油樣每10mL中污染顆粒的含量如表1所示。從表中可以看出,對于粒徑在4.0μm和6.0μm之間的顆粒出口數目比進口時還要多,其原因:油液雖然經過了超聲波振蕩,大的氣泡已經破碎,但油液中還是會含有大量的微小氣泡,這樣會使顆粒計數器在計算顆粒數目時產生誤差;同時也可能是計數器的分析誤差造成這種現象。
　　由表1做出了不同油樣的過濾效率圖,如圖6。從圖中可以看出,這種過濾器對固體顆粒的分離起到了一定的效果,隨著油溫的增加,油液的粘度降低,過濾器的過濾效率增加;同時發現大顆粒的過濾效果有所降低,這是由于單位體積的油液中含有的固體顆粒數目很少,計算結果會有偏差。

4、結論
　　(1)液力渦流過濾器的過濾性能受溫度和流量的影響很大,溫度越高流量越大,其過濾性能越好;
　　(2)當油溫超過65℃時,這種過濾器對10μm以上的顆粒過濾效果較好,能夠保證潤滑油的清潔度要求;
　　(3)在高溫高壓下對液力渦流過濾器進行試驗,試驗結果較好,說明了這種過濾器可靠性高;
　　(4)與介質型濾油器相比,不存在污染物阻塞濾網而使過濾性能下降的情況,并且這種過濾器采用金屬材質,在使用期間,過濾性能變化不大,使用的壽命長。
　　(5)試驗表明液力渦流過濾器能夠較好地滿足車輛液壓系統對濾油器的性能要求。