王熾軍，唐松柏，梁濤，陳學勁，姜向京

(1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州510530;2.中國鐵道科學研究院，北京 100081)

機油濾清器廣泛應(yīng)用于汽車、鐵道、船舶、航天等行業(yè)，是在每個行業(yè)中名列前茅的易損易耗關(guān)鍵零部件，其主要作用是過濾內(nèi)燃機油底殼的機油中的雜質(zhì)，避免內(nèi)燃機磨損嚴重而返廠大修，每次在內(nèi)燃機保養(yǎng)時必須更換，為易損易耗品，如果破損，其積聚的粉塵進入系統(tǒng)，會直接造成發(fā)動機嚴重損壞。因此，優(yōu)質(zhì)的機油濾清器能創(chuàng)造良好的內(nèi)燃機工作環(huán)境，提高內(nèi)燃機壽命。

隨著內(nèi)燃機技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，對濾清器的性能和要求也越來越高，特別是對大流量的機油濾清器。日前，TB/T 1436-2013《內(nèi)燃機車機油濾清器》正式發(fā)布實施，該標準在原2008年版的標準基礎(chǔ)上引入了新的要求，如耐高壓降、循環(huán)試驗 (熱)等檢測項目，國內(nèi)尚無能夠完全滿足該標準檢測的檢測設(shè)備，但CRCC產(chǎn)品認證需求日益迫切。因此，為了完善大流量濾清器產(chǎn)品的檢測能力，研制了可以完成原始阻力、原始濾清效率、堵塞壽命、耐高壓降、循環(huán)試驗 (熱)5項測試的大流量機油濾清器綜合試驗系統(tǒng)，既可以滿足CRCC產(chǎn)品認證要求，同時也可以滿足大型商用車或工程車輛用濾清器產(chǎn)品的測試需求。

文中主要目標為研制25～200 L/min流量范圍的大流量機油濾清器綜合試驗系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容包括硬件研究和軟件研究，其中硬件研究包括原始阻力/原始濾清效率/堵塞壽命/耐高壓降系統(tǒng)、循環(huán)試驗(熱)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng) (污注系統(tǒng)、凈化過濾系統(tǒng)和溫控系統(tǒng))、計算機電控系統(tǒng)的綜合性研究。

1 技術(shù)方案

通過深入剖析標準要求、明確任務(wù)要求后，重點分析設(shè)備系統(tǒng)的工作原理，并繪制每個檢測項目的原理圖，針對關(guān)鍵系統(tǒng)分析結(jié)果影響因素，確定材料選型及管道布置，并制定驗證方法及技術(shù)要求，最終以設(shè)備運行數(shù)據(jù)證明項目完成情況良好。

1.1 工作原理

根據(jù)研究目標要求，各檢測項目的檢測條件及所需參數(shù)如表1所示。

表1 檢測項目及檢測條件

1.2 臺架結(jié)構(gòu)研究

臺架主體采用工業(yè)鋁合金型材組合設(shè)計而成。工作面板采用不銹鋼絲紋板，面板上安裝精密壓力表、蠕動泵、污染油取樣閥。臺面為不銹鋼接油盤，下襯理化板。臺面上安裝支架用于固定測壓管路、被試過濾器。臺面中部下面設(shè)有不銹鋼油池，用來收集殘油。臺面右側(cè)安裝高速攪拌裝置。臺架底部內(nèi)嵌集油盤，臺架底部右側(cè)設(shè)置電器箱。臺架后方布置油泵組件、試驗油箱。試驗系統(tǒng)正視布置圖見圖1。

圖1 試驗系統(tǒng)正視布置圖

1.3 試驗管路布置

試驗管路材料采用不銹鋼管，主要為被試產(chǎn)品提供試驗接口及符合試驗要求的試驗介質(zhì)。試驗管路系統(tǒng)主要由主試驗管路和輔助試驗管路組成。主試驗管路由螺桿泵組、質(zhì)量流量計、凈化裝置、控制閥組成。輔助試驗管路由輔助螺桿泵組、加熱冷卻裝置、控制閥組成。試驗臺管路布置圖見圖2。

圖2 試驗臺管路布置圖

1.4 系統(tǒng)研究

1.4.1 原始阻力/原始濾清效率/堵塞壽命/耐高壓降系統(tǒng)

原始阻力、原始濾清效率、堵塞壽命、耐高壓降耐4個項目可以分別描述為不加試驗粉塵的流量與壓力降曲線試驗、加了指定量粉塵的流量與壓力降試驗、不斷加粉塵使壓力降上升到指定值的試驗、不斷加粉塵直至使濾芯破損的試驗，試驗可以說是一步接一步地完成，每個項目是在前一個項目的基礎(chǔ)上拓展的。

原始阻力/原始濾清效率/壽命試驗/耐高壓降系統(tǒng)原理圖見圖3。

圖3 原始阻力/原始濾清效率/壽命試驗/耐高壓降系統(tǒng)

原始阻力試驗條件要求試驗介質(zhì)為24 mm2/s黏度 (在指定牌號機油控制相應(yīng)的溫度)的試驗液，在額定流量40%～110%之間，按10%的步長均勻取8個流量點，測試不同的壓力降。

原始濾清效率要求按0.1 g/L的比例把試驗雜質(zhì)加入油箱中，在規(guī)定的溫度與規(guī)定的試驗體積下，使試驗雜質(zhì)完全連續(xù)通過濾清器至規(guī)定的試驗液體，在此過程中從濾清器前后用取樣瓶各取油樣300 mL，次數(shù)為3次，用重量分析法對油樣進行分析，根據(jù)油樣分析結(jié)果計算濾清器的原始濾清效率百分比。

堵塞壽命試驗是通過污注攪拌系統(tǒng)攪拌污染液體15 min后，通過蠕動泵將污注攪拌油箱里的試驗雜質(zhì)注入到試驗油箱里，并控制試驗溫度穩(wěn)定，這時污染雜質(zhì)通過濾芯導致濾芯逐步堵塞，產(chǎn)生壓降至濾芯規(guī)定的終止壓降70 kPa。

耐高壓降試驗的原理與堵塞壽命相似，只是終止條件不同而已，要么直到壓力降突然下降即濾芯破損，要么直至客戶指定壓力降。如果參考ISO 4548標準，試驗終止壓降p=350 kPa，可能在過程中濾芯前壓會超過500 kPa，那么需要切換到1 MPa的壓力傳感器。

1.4.2 循環(huán)試驗 (熱)試驗系統(tǒng)

循環(huán)試驗 (熱)其實是原始阻力的進化版，它不需要取樣，不需要污注攪拌系統(tǒng)，需要測試不同工況下的流量壓降曲線，并且需要使用高黏度機油。要求濾清器在額定流量的25%～100%之間，按15%的增量取6個流量點，測試不同的壓力降。循環(huán)試驗(熱)試驗系統(tǒng)原理圖見圖4。

1.4.3 輔助系統(tǒng) (污注攪拌系統(tǒng)、凈化過濾系統(tǒng)和溫控系統(tǒng))

此系統(tǒng)的各管路布局相對常規(guī)試驗系統(tǒng)復雜，需要考慮污注流量的穩(wěn)定、多處排液位置設(shè)計、熱交換器的啟閉 (試驗油溫的控制)等。

污注攪拌系統(tǒng) (見圖5)的目的是給試驗系統(tǒng)提供恒定流量和恒定污染物濃度的污染油液。為了避免污染物在油箱底部沉積，油箱底部呈錐形，其錐角小于90°，如圖6所示。為保證試驗系統(tǒng)油液的清潔度達到試驗要求，選擇系統(tǒng)凈化過濾器的濾徑小于10 μm。

圖5 污注攪拌系統(tǒng)

圖6 完全錐形油箱

為了保證試驗結(jié)果的重復性、準確性、一致性及試驗臺的壽命，在試驗前后需要對各個管路進行凈化，如圖7所示。因此，凈化過濾系統(tǒng)中的凈化過濾器將采用自行設(shè)計的流量阻力試驗臺專用凈化過濾器，能夠使系統(tǒng)清潔度迅速達標，納污容量大，使用壽命長，過濾比為β10(c)≥200。

圖7 凈化系統(tǒng)原理圖

溫控系統(tǒng)將試驗系統(tǒng)里的試驗液通過加熱器及冷卻器 (外接冷卻塔)來控制溫度。設(shè)定溫度后，啟動加熱器，當試驗液溫度高于試驗前設(shè)定值時，打開電磁閥，冷卻功能將起到控溫作用。

1.4.4 計算機電控系統(tǒng)

這是設(shè)備的控制核心，計算機控制系統(tǒng)的硬件由功能板卡、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行單元組成，測控軟件為自主開發(fā)的計算機控制程序，是計算機執(zhí)行操作的語言表示。項目研究過程中要根據(jù)流量、壓降與溫度各參數(shù)之間的檢測要求選擇合適的計算機電控系統(tǒng)硬件，根據(jù)選用的硬件驅(qū)動開發(fā)測控軟件。系統(tǒng)通過工控機自動控制及測量，實現(xiàn)試驗過程的自動控制和試驗結(jié)果的自動顯示以及曲線自動繪制，并且?guī)в凶詸z功能和自診斷功能。

2 展望

標準中要求控制黏度范圍使得滿足檢測條件，而此項目僅僅是在初次購買試驗液時根據(jù)廠家給定的出廠油品理化檢驗報告得知各參數(shù)，并沒有對試驗液在實際工作中是否滿足檢測要求進行評價，在此存在不確定因素，可能檢測員會因為試驗液使用時間過長或使用不注意，試驗液指標不滿足標準要求而造成檢測結(jié)果數(shù)據(jù)不準確。

如果條件允許，建議在管道中加裝一套運動黏度在線監(jiān)測儀，通過在線監(jiān)測黏度，能夠更好地反饋溫度控制的需要，以保證試驗液黏度能滿足指定要求。

3 結(jié)論

研制大流量機油濾清器綜合試驗系統(tǒng)，滿足CRCC及工程機械市場的需求，解決了給濾清器系統(tǒng)提供穩(wěn)定的大流量油源、智能油溫控制、精確數(shù)據(jù)采集等技術(shù)難題，是一套專門針對大流量濾清器可同時完成多項目測試的集成化設(shè)備，同時提高了試驗效率和試驗結(jié)果的準確性，其自動化程度較高，可大大減少人員參與的時間和誤差，可帶來可觀的經(jīng)濟成本和人員成本的節(jié)約，具有很高的工程價值和經(jīng)濟效益。

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