高精過濾技術及其在現(xiàn)代制造業(yè)領域的應用

   隨著現(xiàn)代制造技術高速、高壓、高控制精度、高自動化及高可靠性的發(fā)展趨勢，機械設備的動力傳動部分越來越普遍地采用軸向柱塞泵、比例閥、伺服閥、靜壓液壓軸承。此類系統(tǒng)的正常運行對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。顆粒污染物對元件運動表面的切削、粘著、沖蝕經(jīng)常造成比例伺服系統(tǒng)滯環(huán)增大、響應緩慢、控制失靈及泵及軸承的損壞甚至災難性事故的發(fā)生。針對此類問題，以前普遍采用定期更換元件，隨時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，甚至增大運動表面動態(tài)間隙以期減少事故的發(fā)生。

      高精過濾技術是針對機器設備的血液——油品（包括液壓油、潤滑油、切削液等），基于系統(tǒng)運行高可靠性的要求，采用主動預防性維護的理念和策略，全面了解設備運行狀況和元件動態(tài)間隙，合理選定過濾器、濾芯的過濾精度和過濾面積，高效濾除間隙尺寸顆粒，阻斷磨損的鏈式反應，同時配合定期監(jiān)測，保證油品及系統(tǒng)的清潔度，從而達到減少磨損，避免維修，延長元件及設備使用壽命，提高綜合經(jīng)濟效益的目的。

      如何應用高精過濾技術

      高精過濾技術是隨著冶金高速軋制技術、現(xiàn)代液壓技術、航空宇航技術應運而生的。在制造行業(yè)，由于污染控制及設備主動預防性維護的理念沒有得到廣泛推廣，高精過濾技術還沒有得到廣泛應用。有些發(fā)達國家的進口設備在選擇過濾裝置、過濾元件時對設備的過濾精度要求重視不夠，造成投入運行后不久油品清潔度即超標，設備運行事故率居高不下。北京歐洛普過濾技術開發(fā)公司在制造加工過程及實際使用中進行主動維護，通過實施高精過濾提高設備的綜合效益。

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

     第一，從污染控制的角度出發(fā)，與動態(tài)油膜間隙尺寸相近的顆粒危害最大。因為這一尺寸范圍的顆粒一旦進入運動副的間隙內(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入間隙，引起進一步磨損。這樣繼續(xù)下去，磨損不斷加劇，最后導致元件失效。經(jīng)驗證明，選用β3>200的高精過濾器可使泵和電動機的壽命延長4～10倍，可基本上消除液壓閥的污染卡緊狀況，并顯著延長液壓油的使用周期。

    第二，過濾系統(tǒng)的選擇需要從過濾器位置及安裝形式、過濾比、過濾材料三個方面考慮。一般液壓潤滑系統(tǒng)過濾裝置在設計之初即按照相應規(guī)范設計，在此不必贅述，只是在壓力油和回油過濾系統(tǒng)中，過濾器的過濾性能都不同程度的受流量和壓力波動的影響，其過濾效率顯著降低。此時可以選用高精度的外循環(huán)過濾裝置進行外循環(huán)過濾，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)過濾裝置還可在主系統(tǒng)工作之前對油箱內(nèi)的油液進行預過濾，可以有效地保護主系統(tǒng)的油泵。同時與油液的脫水、除氣及熱交換裝置結(jié)合，可以實現(xiàn)對油液的溫度調(diào)節(jié)和污染綜合控制。

      過濾比的選擇主要考慮過濾元件能否將動態(tài)油膜間隙尺寸顆粒充分高效濾除。高精過濾一般選用βx>200的過濾產(chǎn)品。圖1所示為一車輛液壓系統(tǒng)在三個月現(xiàn)場試驗中油液污染度變化曲線。系統(tǒng)由原來公稱過濾精度25μm的過濾器換成β3>200的高精度過濾器，運轉(zhuǎn)20min，油液中大于5μm的顆粒數(shù)減少了100倍。在經(jīng)過300小時運轉(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，當換回以前的公稱過濾精度25μm的過濾器后，在100小時后，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。

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

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

      第三，加強點檢，按壓差更換濾芯，配合狀態(tài)監(jiān)測。高精過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)場情況加強與過濾器制造廠家的溝通。狀態(tài)監(jiān)測不僅包含油品清潔度、水含量、黏度，還包括鐵譜、光譜、能譜等多項監(jiān)測措施，但清潔度監(jiān)測是關鍵因素。需要特別說明的是，清潔度監(jiān)測時取樣方法及檢測儀器對樣品影響極大，取樣人員最好經(jīng)相關部門培訓。
 
      唐鋼熱軋薄板廠磨床主液壓系統(tǒng)

     成功的應用案例

      高精過濾技術在宇航、鋼鐵、電力行業(yè)都有成功的推廣，以下僅就此項技術在制造業(yè)的應用作簡要介紹。

     中建一局四公司從意大利土力公司進口R618型旋挖鉆機，設備造價每臺980萬元，是公司施工的關鍵設備。系統(tǒng)使用的柱塞泵為德國力士樂產(chǎn)品，并采用全伺服控制系統(tǒng)。原裝濾芯為美國PALL公司產(chǎn)品，進口產(chǎn)品價格高，供貨周期長。經(jīng)綜合考察，四公司自2001年將此車型全部液壓潤滑系統(tǒng)濾芯進行轉(zhuǎn)化，關鍵部位使用聚丙烯超長纖維高精度濾芯，過濾精度β5>200。四年來液壓系統(tǒng)運行基本沒有故障，保證了施工任務的順利完成。四公司已將成功經(jīng)驗推廣至同為關鍵設備的意大利土力公司BH12型液壓抓斗液壓系統(tǒng)過濾元件轉(zhuǎn)化過程中，亦取得了良好效果。

      唐鋼熱軋薄板廠磨輥車間三臺工作輥磨床為德國WALDRICH SIEGEN 原裝設備，型號為WS25.00*6000，單件加工重量25t。一臺日本東芝KW-1660支撐輥磨床，單件加工重量70t。設備加工精度±2μm輥形差異±2μm，圓跳動3～4μm。四臺設備總造價接近一億元人民幣，是車間的關鍵設備。此種設備的主軸及托板導軌采用靜壓液壓支撐，對油品清潔度要求極高。由于歐洛普在唐鋼軋鋼車間液壓潤滑系統(tǒng)進口濾芯轉(zhuǎn)化有非常成功的案例，磨輥車間自2003年將所有液壓潤滑系統(tǒng)濾芯按照高精過濾的要求進行轉(zhuǎn)化，濾芯最高精度β3>200，同時配合高精度外循環(huán)過濾，兩年來系統(tǒng)運行正常，保證了生產(chǎn)的需要。