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液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造（一）

2016-01-28 17:28

     大家好，能與各位同仁在一起共同探討關(guān)于過(guò)濾器的一些知識(shí)，我感到很榮幸。
     今天，我來(lái)談?wù)?ldquo;液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造”。這次座談會(huì)，絕大多數(shù)專(zhuān)家都談到在過(guò)濾器的設(shè)計(jì)中最主要的問(wèn)題就是過(guò)濾材料的選擇。對(duì)這一點(diǎn)，我是非常贊同的。但是，是不是有了好的材料就一定能夠制造出品質(zhì)優(yōu)良的過(guò)濾器呢？我看還差得很遠(yuǎn)。

液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造（一）
     有了好的材料，只能說(shuō)在過(guò)濾器的生產(chǎn)過(guò)程中走對(duì)了第一步。而其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣和制造工藝的高低，對(duì)于過(guò)濾器來(lái)說(shuō)才是關(guān)鍵的第二步、第三步，只有這幾步都走對(duì)了，才能發(fā)揮出過(guò)濾材料的最佳性能，從而獲得高效的過(guò)濾器。
     今天，結(jié)合國(guó)外著名過(guò)濾器廠家的產(chǎn)品，重點(diǎn)講講油過(guò)濾器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝中，如何使先進(jìn)的過(guò)濾材料達(dá)到最佳的使用性能。
     用于液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)中的大多數(shù)過(guò)濾器都是筒狀結(jié)構(gòu)。為了增加過(guò)濾面積，油過(guò)濾器基本上都采用折疊波紋式濾層結(jié)構(gòu)，因此，我們就以這種典型的過(guò)濾器來(lái)作介紹。
     大家看下圖，這是一個(gè)典型的液壓過(guò)濾器。
     它基本上由以下零件構(gòu)成：
     1、端蓋
     2、濾層
     3、骨架
     4、密封圈
     下面對(duì)它們逐一進(jìn)行講解。
     第一講，過(guò)濾器端蓋的設(shè)計(jì)。
     或許有人會(huì)說(shuō)，端蓋這么簡(jiǎn)單，還用專(zhuān)門(mén)介紹嗎？我認(rèn)為很有必要對(duì)大家講一講。
     這是美國(guó)PALL公司生產(chǎn)的HC9020／HC9021系列高壓過(guò)濾器。
     在同一種殼體里面可安裝兩種不同的濾芯：

     由上圖可見(jiàn)，這兩種濾芯連接尺寸完全相同，但結(jié)構(gòu)卻大不一樣。
     HC9020濾芯的上下蓋均采用δ=0.6mm的碳素鋼板沖壓成型，而HC9021濾芯的上下蓋卻采用金屬內(nèi)芯加外包覆0.5mm鋼板而成。PALL公司的設(shè)計(jì)師們?yōu)槭裁匆@樣設(shè)計(jì)呢？讓我們看一看這一系列過(guò)濾器的數(shù)據(jù)表：HC9020濾芯的終止壓差為4bar，HC9021濾芯的終止壓差為16bar；HC9020濾芯的壓潰壓力為20bar，HC9021濾芯的壓潰壓力為210bar。由以上數(shù)據(jù)可以看出，之所以?xún)煞N外形尺寸完全一樣的濾芯其結(jié)構(gòu)有差異，完全是因?yàn)樗鼈兊氖褂脡毫Σ灰粯铀斐傻摹?br />      HC9020濾芯在正常壓力下工作，只需很薄的鋼板就解決問(wèn)題了。而HC9021需要承受比HC9020大得多的壓差，因此，就必須要用很厚的鋼芯作支撐，并且為了保證濾芯可以獲得最大的過(guò)濾面積，又在鋼芯外部包覆一層不承受壓力的薄鋼板?？梢?jiàn)PALL的設(shè)計(jì)師們考慮得是非常周到的，他們已經(jīng)把的端蓋設(shè)計(jì)發(fā)揮到了極限，達(dá)到厚一點(diǎn)嫌多，薄一點(diǎn)嫌少的地步。

液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造（一）
     再來(lái)看另外一個(gè)例子，HYDAC公司的“D”系列過(guò)濾器屬于高壓過(guò)濾器，有兩種型號(hào)：BH/3HC和BN/3HC，BH/3HC濾芯的端蓋全部采用鑄鋼鍛壓而成，其端蓋厚度至少在2mm，因?yàn)樗惺?10bar的壓力；BN/3HC濾芯的端蓋采用的鋼板拉伸而成，厚度僅為0.6mm，它承受的壓力僅為25bar。
     由以上的例子可以推出濾芯端蓋的設(shè)計(jì)原則——“端蓋的設(shè)計(jì)一定要與濾芯的使用壓力相適應(yīng)，在保持必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的原則下，盡量增大過(guò)濾面積”。
     國(guó)際上油過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一般采用這么幾個(gè)等級(jí)：
     吸油過(guò)濾器：1～3bar
     管路過(guò)濾器：
             中、低壓：20bar
             高壓：210bar
     濾芯的端蓋有好多種，有機(jī)加的、沖壓的，有金屬的、非金屬的，有注塑成型的、有發(fā)泡成型的，只要我們堅(jiān)守以上原則，就可以設(shè)計(jì)出既能保證性能，又節(jié)省材料的新產(chǎn)品來(lái)。
     大家再看上面的圖HC9021，不知大家注意沒(méi)有，濾芯兩頭的端蓋都向里收口，這是為什么？過(guò)去我們?yōu)橐粋€(gè)廠家加工一批高壓濾芯，送過(guò)去后，替人家安裝，用力一拔，結(jié)果把濾層拔了下來(lái)，端蓋卻留在里面，用螺絲刀撬，用鉗子拔，紋絲不動(dòng)，害了別人停機(jī)一天，損失慘重。因?yàn)楦邏哼^(guò)濾器要承受很高的壓力，端蓋骨架容易變形卡死，不易拆換。故兩端端蓋向里收緊，增加結(jié)合強(qiáng)度。
     那么是不是濾芯的端蓋設(shè)計(jì)的越厚實(shí)越好呢？也不一定。我們就曾碰到過(guò)這么一個(gè)例子：我們?yōu)槲覈?guó)的潛艇生產(chǎn)一批濾芯，因?yàn)槭擒娖?，所以大家在設(shè)計(jì)時(shí)都很小心，濾芯耐壓不大，0.5MPa，但為了保證不出問(wèn)題，端蓋采用不銹鋼鋼棒加工，結(jié)果不久就被退了回來(lái)，為什么？超重！因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)一定要注意適用就行。

液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造（一）
     第二講、濾層的設(shè)計(jì)與制造


     1、波紋高度
     波紋的高度按下面公式計(jì)算：
            hb=(d1-D2)/2
     式中：hb－波紋高度，mm
            d1-波紋濾層外徑，mm
            D2-波紋濾層內(nèi)徑，mm
     最佳波紋高度（過(guò)濾面積最大時(shí)的波紋高度稱(chēng)為最佳波紋高度）
            hb=d/4
     對(duì)于直徑小于100mm的濾層，其波紋高度可按上式來(lái)計(jì)算；對(duì)于直徑大于100mm的濾層，切不可盲從上面的公式，波紋高度以不超過(guò)25mm為準(zhǔn)，波紋太高時(shí)受到壓力會(huì)造成幾個(gè)波紋并在一起，造成過(guò)濾器有效過(guò)濾面積變小而很快失效。
     2、波紋數(shù)
     波紋數(shù)按下面公式進(jìn)行計(jì)算：
            n=π*D2/(2(t+r)+l)
     式中：n-波紋數(shù)，個(gè)
            t-濾層厚度，mm
            r-波紋折疊半徑，mm
            l-波紋內(nèi)間距，mm
     不可清洗或高壓可清洗濾芯的波紋數(shù)按下式記算：
            n=π*D2/2(t+r)
     低壓可清洗濾芯的波紋數(shù)按下式記算：
            n=π*D2/（2(t+r)+0.25)
     以上公式為理想公式。實(shí)際操作上，很少按此公式計(jì)算，因?yàn)闉V材不一樣，材料的彈性也不一樣，計(jì)算出來(lái)的數(shù)值往往與實(shí)際的不相符。這里，我們給出一般情況下的濾層其內(nèi)徑波紋間距：
     單層金屬網(wǎng)的濾層--1.5～2mm
     雙層金屬網(wǎng)的濾層--1.8～2.5mm
     帶雙層護(hù)網(wǎng)的不銹鋼燒結(jié)氈濾層--2.8～3.5mm
     單層濾紙的濾層--1.7～2.3mm
     帶雙層護(hù)網(wǎng)的玻纖濾層--2.5～3mm
     帶雙層護(hù)網(wǎng)并有護(hù)紙的玻纖濾層--2.7～3.5mm
     波紋少了會(huì)影響過(guò)濾面積，但波紋多了會(huì)造成內(nèi)徑波紋根部擠死，增大流通阻力，反而會(huì)影響過(guò)濾器的壽命。

液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造（一）
     3、過(guò)濾面積
     過(guò)濾面積按下式計(jì)算：
            A=2n×hb×L
     A-過(guò)濾面積，mm2
     L-有效波紋長(zhǎng)度，mm

液壓潤(rùn)滑油過(guò)濾器的設(shè)計(jì)與制造（一）