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液压过滤器选型设计

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液压过滤器选型设计指南
1　 范围
本指南规定了液压过滤器的设计原则、注意事项、液压过滤器各项参数的选择，以及例举了液压过滤器选型设计的案例。
2　 规范性引用文件
下列文件的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 20079 液压过滤器技术条件
Q/SY 012 015 液压过滤器选用规范
3　 术语、符号及定义
GB/T 20079确定的术语、符号和定义适用于本文件。
3.1　
过滤精度
指油液通过过滤器时,能够穿过滤芯的球形污染物的最大直径，以微米（μm）表示。
3.2
过滤器最大流量
由制造商所推荐的在规定运动粘度下通过被试过滤器的最大流量，以单位L/min表示。
3.3
纳污容量
指过滤器的压力降达到极限值时，滤芯所容纳的污染物重量，以单位kg表示。
3.4
过滤比
过滤器上游大于等于某一给定尺寸χ的颗粒污染物数量与下游大于等于同一给定尺寸的颗粒污染物数量之比，用βχ表示 。
3.5
洁净过滤器总成压降△P总
被试元件为装有洁净滤芯的洁净过滤器,其测得的入口与出口压力之差。
3.6
壳体压降△P壳体
过滤器不装滤芯时的压降。
3.7
洁净滤芯压降△P滤芯
洁净滤芯所产生的压降，其值等于洁净过滤器总成压降减少壳体压降。
4　 工作原理与结构型式
4.1　 过滤器的工作原理与结构
过滤器的典型结构见图1。

图1　 液压过滤器典型结构
油液从进油口进入过滤器，沿滤芯的径向由外向内通过滤芯，油液中颗粒被滤芯中的过滤层滤除，进入滤芯内部的油液即为洁净的油液。过滤后的油液从过滤器的出油口排出。
4.2　 过滤器的分类
过滤器按其用途及安装部位，可分为如图2所示的5种不同类型。

图2　 过滤器安装位置示意图
设计系统时采用哪种或哪几种过滤方式的组合应根据系统液压元件类型，工况，成本和整机布置综合考虑，可参考表1所示优缺点设计最优的系统过滤方案，其中，吸油过滤容易导致液压泵吸空，建议尽量不采用高精度吸油过滤方案。
表1　 不同过滤方式的优缺点

优点
缺点
压油过滤
1）安装于泵出口，直接保护下游精密液压元件；
2）对压降相对来说不太敏感，因此过滤器体积可做的比较小；
1）要求过滤耐高压，价格贵；
2）泵未受保护；
3）控制、执行元件磨损污染物直接回油箱；
回油过滤
1）液压系统回油过滤后回油箱，油箱油液清洁；
2）压力等级低，价格偏移；
3）可插入油箱，节省空间；
1）在精密液压元件上游须单独另加压油过滤器保护；
2）回油脉动大，影响过滤精度，并使滤芯容易损坏；
吸油过滤
1）能直接保护泵；
2）受泵易吸空影响，吸油过滤器体积大，过滤精度低；
吸回油过滤
1）回油经过滤后直接被吸走，过滤器利用率高，系统成本低，且吸油效果好；
1）油液循环使用，对系统散热和油液要求高；
旁路过滤
1）与主系统相互独立，流量稳定；
2）能做到高精度过滤；
1）成本高
5　 主参数及设计要求
5.1　 过滤精度
过滤器的精度等级应根据系统液压元件类型来确定。
表2　 过滤器精度选择

推荐的清洁度等级
（NAS 1638）
推荐的绝对过滤精度μm（）
伺服系统
7
5
高精度比例系统
7～8
5
普通比例系统
9
10
一般系统
9～10
10～20
5.2　 公称压力
公称压力指过滤器工作中所允许的最大工作压力,与滤器的壳体及元件的耐压有关，过滤器的公称压力应大于等于实际应用压力。
5.3　 过滤效率
为提高过滤效率，必须提高过滤器的过滤比，并保证其压降在允许范围内。
5.4　 过滤能力
过滤能力指一定压力降下允许通过过滤器的最大流量，一般用过滤器的有效过滤面积（滤芯上能通过油液的总面积）来表示。过滤器的过滤能力还应根据过滤器在液压系统中的安装位置来考虑，如过滤器安装在吸油管路上时，其过滤能力应为泵流量的两倍以上。
5.5　 使用寿命
过滤器滤芯应有较大的纳污容量，良好的抗腐蚀性能，并能在规定的温度持久地工作。
5.6　 维护性能
滤芯要利于清洗和更换，便于拆装和维护。
6　 过滤器选型步骤
1）明确设计要求：明确系统压力、流量、液压油牌号、工作温度、系统需求的油液精度NAS等级；
2）根据表1确定系统需要的过滤精度等级；
3）根据过滤器在液压回路中的安装位置（图2所示）和使用压力确定过滤器的类型；
4）确定规格大小：先根据经验或预选列线图（如图A.3）预选，然后计算核算其初始压降，若大于前述推荐值则需重新选择更大流量规格的过滤器；
5）确定过滤器的污染发讯方式、旁通等。
7　 过滤器压降计算
洁净过滤器总成压降△P总等于过滤器壳体压降△P壳体与洁净滤芯压降△P滤芯之和，即：
=+
△P壳体与液压油密度成正比，附录A给出了液压油密度为X kg/cm3(一般为860 kg/cm3或900 kg/cm3)的某型号过滤器壳体压降——流量曲线，从流量曲线中可查出过滤器实际使用流量下的压降值，△P壳体计算方法：

由于液压油密度变化不大，一般可以取△P壳体＝所查值
△P滤芯与液压油粘度成正比，附录A给出了液压油运动粘度为Y mm2/s(cSt)（一般为30mm2/s(cSt)）的某型号过滤器滤芯压降——流量曲线，从流量曲线中可查出过滤器实际使用流量下的压降值，计算方法：

洁净过滤器总成压降应满足以下要求：
压油过滤器：△P总≤1bar；
回油过滤器：△P总≤0.5bar；
吸油过滤器：△P总≤0.05bar；
吸回油过滤器的△P总按回油过滤器进行计算，但吸回油过滤器具有约(0.40～0.45）bar背压,=所查值-(0.40～0.45)bar。
8　 注意事项
8.1　 过滤器不能反向通油，应制定可靠措施确保工人不会接错。
8.2　 滤芯被污染后，流经过滤器的压差可能将旁通阀打开，导致油液未全流量过滤，甚至压溃滤网，因此，过滤器必须设置目视或电气报警，提供关于是否需要更换滤芯的准确而可靠的指示。对于安装位置不便于操作手观测的过滤器，优先采用电发讯报警方式。
8.3　 推荐选用带冷起动阀的过滤器。
8.4　 因滤芯属易损件，设计时应留出维修换件时的滤芯更换空间。
8.5　 钢质滤芯能重复使用，但考虑到清洗后的滤芯清洁度难以达标，建议选用一次性的纸质滤芯。
8.6　 对于采用单活塞杆液压缸的系统，计算时要注意活塞外伸和内缩时的回油流量的不同：内缩时无杆腔回油与外伸时有杆腔回油的流量之比，与两腔有效工作面积之比相等。
8.7　 对于采用吸回油过滤器的系统，其回油流量应比吸油流量大20％，避免瞬时回油不足，系统直接从油箱吸油未经过滤。
A
A
附　录　A
（资料性附录）
液压过滤器设计选型案例
A.1　 选型案例
A.1.1　 设计要求
过滤方式：回油过滤
过滤器处最高工作压力：15bar
液压系统类型：伺服系统
泵输出流量=27.5L/min
液压油：ISO VG 46
工作温度：40℃
液压缸两腔有效工作面积比A1/A2=2/1
A.1.2　 确定过滤精度
由表1可知，伺服系统液压油精度等级为NAS7，确定滤芯绝对过滤精度为5μ。
A.1.3　 初定过滤器类型
系统设计采用回油过滤方式，通过过滤器的实际流量,系统最高工作压力15bar，根据经验初选回油过滤器：RF BN/HC 110 G 005 C 1.X。
A.1.4　 计算初始压降
由图A.1查得RF110过滤器壳体在55L/min流量下的压降为0.18bar，由图A.2查得RF110过滤器洁净滤芯在55L/min流量下的压降为0.7bar（粘度为30mm2/s时）。过滤器总成初始压降：
=+＝0.18+0.7×46/30＝1.25bar
可见，若选用RF110过滤器其初始压降大于允许值0.5bar，必须选用更大流量规格的过滤器。

图A.1 RF110过滤器滤壳初始压降曲线 图A.2 RF110过滤器滤芯初始压降曲线
A.1.5　 确定过滤器规格
根据前述计算结果将过滤器型号修正为：RF BN/HC 240 G 005 C 1.X，查该型号过滤器的对应曲线并重复A.2.4的计算过程（此处从略），得出其总成初始压降能满足设计要求。
为阐述选型过程和强调过滤器压降的校核，初选时本例故意选了一个小型号过滤器，事实上，根据图A.3给出的预选列线图可以确定满足前述设计要求的过滤器规格应为240。
A.1.6　 根据预选列线图初选过滤器方法介绍
根据预选列线图确定过滤器规格，图A.3给出的是液压油粘度为30mm2/s时的曲线，此系统液压油粘度为46mm2/s，换算流量Q＝55×46/30=84L/min。根据图A.3查得流量84L/min和过滤精度5μ时的过滤器规格为240。确定过滤器型号为：回油过滤器RF BN/HC 240 G 005 C 1.X。

图A.3 RF110过滤器预选列线图
A.1.7　 其他附件
确定过滤器污染发讯方式，旁通等，此处从略。
A.1.8　 备注
为在有限篇幅内强调油缸对回油流量的影响，本案例选用回油过滤器来阐述选型校核过程，事实上，对于高精度伺服系统，一般应选用压油过滤其在伺服阀进口过滤。

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