液压油污染度在线监测系统研制及实验研究

　　0　引言

　　油液污染控制,是现代液压工业获得最佳经济效益所必须的技术措施和方法[1~3]。经过30多年的研究及其应用,油液污染控制技术现已形成包括液压传动与控制、流体力学、润滑与摩擦磨损、现代测试技术等学科领域的学科体系。

　　油液污染是液压系统最主要的故障根源。现有的研究资料及成果表明,由于油液污染而造成的故障占液压系统故障的80%以上[4~6]。油液污染使得液压系统产生的故障增加和寿命缩短是惊人的。现有的污染检测技术虽然有较高的准确性,但受费用、操作环境、检测周期等因素限制,不能广泛应用于液压系统工作现场在线监测[7]。为此,本文设计了一种简易快捷的基于恒功率淤积法的可用于生产现场的在线监测系统。

　　1　理论分析

　　1. 1　淤积法测量原理

　　以滤膜为传感元件的淤积法,不受气泡、油液颜色、水分、颗粒成分等的影响,适应能力比较强,准确性比较高,使用此方法研制的检测设备体积小、重量轻,可实现快速在线监测[8~9]。

　　当污染油液流经滤膜时,固体颗粒不断地沉积在滤膜上,通过滤膜的流量逐渐减小,直至滤膜完全堵塞。油液的污染度越大,固体颗粒的浓度越高,通过滤膜的油液体积越小。测量出通过滤膜的油液体积,便可计算出油液的污染度,即:

　　式中　C———油液污染度

　　W———与滤膜相关的系数

　　V———通过滤膜的油液体积

　　这就是用淤积法对液压油污染度进行测量的基本原理。用滤膜作为传感元件时,传统的淤积法测量原理可分为恒压差测量和恒流量测量两种,本文提出一种新颖的恒功率测量原理。

　　1. 2　恒功率淤积法测量原理

　　液压油液通过滤膜时,由于滤膜对油液的阻力而产生一定的压力损失,这样在滤膜前后产生一定的压差,如果忽略活塞和活塞杆与液压缸之间的黏性摩擦力,忽略活塞和活塞杆的惯性力,则根据流体力学可知:

　　式中　Δp(t)———滤膜前后的压差

　　δ———滤膜厚度

　　η———流体动力黏度

　　Q(t)———油液的瞬时流量

　　α———滤膜的透气性

　　A(t)———滤网的瞬时有效过滤面积

　　P———油液所获得的功率

　　由(1)、(2)两式可得:

　　若油液所获得的功率P与待测油液的种类一定时,对于某一特定滤膜,则P、δ为常数,并假设滤膜介质的透气性α也为常数。当油液温度一定时,η也为一定值,由公式(3)可知:当获得功率为P的污染油液通过滤膜时,随着通过滤膜的油液体积增加,滤膜逐渐堵塞,其有效过滤面积逐渐减小,导致滤膜前后的压差逐渐增大,通过滤膜的流量逐渐减小。