王炽军，唐松柏，梁涛，陈学劲，姜向京

(1.广州机械科学研究院有限公司，广东广州510530;2.中国铁道科学研究院，北京 100081)

机油滤清器广泛应用于汽车、铁道、船舶、航天等行业，是在每个行业中名列前茅的易损易耗关键零部件，其主要作用是过滤内燃机油底壳的机油中的杂质，避免内燃机磨损严重而返厂大修，每次在内燃机保养时必须更换，为易损易耗品，如果破损，其积聚的粉尘进入系统，会直接造成发动机严重损坏。因此，优质的机油滤清器能创造良好的内燃机工作环境，提高内燃机寿命。

随着内燃机技术的不断创新和发展，对滤清器的性能和要求也越来越高，特别是对大流量的机油滤清器。日前，TB/T 1436-2013《内燃机车机油滤清器》正式发布实施，该标准在原2008年版的标准基础上引入了新的要求，如耐高压降、循环试验 (热)等检测项目，国内尚无能够完全满足该标准检测的检测设备，但CRCC产品认证需求日益迫切。因此，为了完善大流量滤清器产品的检测能力，研制了可以完成原始阻力、原始滤清效率、堵塞寿命、耐高压降、循环试验 (热)5项测试的大流量机油滤清器综合试验系统，既可以满足CRCC产品认证要求，同时也可以满足大型商用车或工程车辆用滤清器产品的测试需求。

文中主要目标为研制25～200 L/min流量范围的大流量机油滤清器综合试验系统，主要研究内容包括硬件研究和软件研究，其中硬件研究包括原始阻力/原始滤清效率/堵塞寿命/耐高压降系统、循环试验(热)系统、辅助系统 (污注系统、净化过滤系统和温控系统)、计算机电控系统的综合性研究。

1 技术方案

通过深入剖析标准要求、明确任务要求后，重点分析设备系统的工作原理，并绘制每个检测项目的原理图，针对关键系统分析结果影响因素，确定材料选型及管道布置，并制定验证方法及技术要求，最终以设备运行数据证明项目完成情况良好。

1.1 工作原理

根据研究目标要求，各检测项目的检测条件及所需参数如表1所示。

表1 检测项目及检测条件

1.2 台架结构研究

台架主体采用工业铝合金型材组合设计而成。工作面板采用不锈钢丝纹板，面板上安装精密压力表、蠕动泵、污染油取样阀。台面为不锈钢接油盘，下衬理化板。台面上安装支架用于固定测压管路、被试过滤器。台面中部下面设有不锈钢油池，用来收集残油。台面右侧安装高速搅拌装置。台架底部内嵌集油盘，台架底部右侧设置电器箱。台架后方布置油泵组件、试验油箱。试验系统正视布置图见图1。

图1 试验系统正视布置图

1.3 试验管路布置

试验管路材料采用不锈钢管，主要为被试产品提供试验接口及符合试验要求的试验介质。试验管路系统主要由主试验管路和辅助试验管路组成。主试验管路由螺杆泵组、质量流量计、净化装置、控制阀组成。辅助试验管路由辅助螺杆泵组、加热冷却装置、控制阀组成。试验台管路布置图见图2。

图2 试验台管路布置图

1.4 系统研究

1.4.1 原始阻力/原始滤清效率/堵塞寿命/耐高压降系统

原始阻力、原始滤清效率、堵塞寿命、耐高压降耐4个项目可以分别描述为不加试验粉尘的流量与压力降曲线试验、加了指定量粉尘的流量与压力降试验、不断加粉尘使压力降上升到指定值的试验、不断加粉尘直至使滤芯破损的试验，试验可以说是一步接一步地完成，每个项目是在前一个项目的基础上拓展的。

原始阻力/原始滤清效率/寿命试验/耐高压降系统原理图见图3。

图3 原始阻力/原始滤清效率/寿命试验/耐高压降系统

原始阻力试验条件要求试验介质为24 mm2/s黏度 (在指定牌号机油控制相应的温度)的试验液，在额定流量40%～110%之间，按10%的步长均匀取8个流量点，测试不同的压力降。

原始滤清效率要求按0.1 g/L的比例把试验杂质加入油箱中，在规定的温度与规定的试验体积下，使试验杂质完全连续通过滤清器至规定的试验液体，在此过程中从滤清器前后用取样瓶各取油样300 mL，次数为3次，用重量分析法对油样进行分析，根据油样分析结果计算滤清器的原始滤清效率百分比。

堵塞寿命试验是通过污注搅拌系统搅拌污染液体15 min后，通过蠕动泵将污注搅拌油箱里的试验杂质注入到试验油箱里，并控制试验温度稳定，这时污染杂质通过滤芯导致滤芯逐步堵塞，产生压降至滤芯规定的终止压降70 kPa。

耐高压降试验的原理与堵塞寿命相似，只是终止条件不同而已，要么直到压力降突然下降即滤芯破损，要么直至客户指定压力降。如果参考ISO 4548标准，试验终止压降p=350 kPa，可能在过程中滤芯前压会超过500 kPa，那么需要切换到1 MPa的压力传感器。

1.4.2 循环试验 (热)试验系统

循环试验 (热)其实是原始阻力的进化版，它不需要取样，不需要污注搅拌系统，需要测试不同工况下的流量压降曲线，并且需要使用高黏度机油。要求滤清器在额定流量的25%～100%之间，按15%的增量取6个流量点，测试不同的压力降。循环试验(热)试验系统原理图见图4。

1.4.3 辅助系统 (污注搅拌系统、净化过滤系统和温控系统)

此系统的各管路布局相对常规试验系统复杂，需要考虑污注流量的稳定、多处排液位置设计、热交换器的启闭 (试验油温的控制)等。

污注搅拌系统 (见图5)的目的是给试验系统提供恒定流量和恒定污染物浓度的污染油液。为了避免污染物在油箱底部沉积，油箱底部呈锥形，其锥角小于90°，如图6所示。为保证试验系统油液的清洁度达到试验要求，选择系统净化过滤器的滤径小于10 μm。

图5 污注搅拌系统

图6 完全锥形油箱

为了保证试验结果的重复性、准确性、一致性及试验台的寿命，在试验前后需要对各个管路进行净化，如图7所示。因此，净化过滤系统中的净化过滤器将采用自行设计的流量阻力试验台专用净化过滤器，能够使系统清洁度迅速达标，纳污容量大，使用寿命长，过滤比为β10(c)≥200。

图7 净化系统原理图

温控系统将试验系统里的试验液通过加热器及冷却器 (外接冷却塔)来控制温度。设定温度后，启动加热器，当试验液温度高于试验前设定值时，打开电磁阀，冷却功能将起到控温作用。

1.4.4 计算机电控系统

这是设备的控制核心，计算机控制系统的硬件由功能板卡、传感器、驱动器、执行单元组成，测控软件为自主开发的计算机控制程序，是计算机执行操作的语言表示。项目研究过程中要根据流量、压降与温度各参数之间的检测要求选择合适的计算机电控系统硬件，根据选用的硬件驱动开发测控软件。系统通过工控机自动控制及测量，实现试验过程的自动控制和试验结果的自动显示以及曲线自动绘制，并且带有自检功能和自诊断功能。

2 展望

标准中要求控制黏度范围使得满足检测条件，而此项目仅仅是在初次购买试验液时根据厂家给定的出厂油品理化检验报告得知各参数，并没有对试验液在实际工作中是否满足检测要求进行评价，在此存在不确定因素，可能检测员会因为试验液使用时间过长或使用不注意，试验液指标不满足标准要求而造成检测结果数据不准确。

如果条件允许，建议在管道中加装一套运动黏度在线监测仪，通过在线监测黏度，能够更好地反馈温度控制的需要，以保证试验液黏度能满足指定要求。

3 结论

研制大流量机油滤清器综合试验系统，满足CRCC及工程机械市场的需求，解决了给滤清器系统提供稳定的大流量油源、智能油温控制、精确数据采集等技术难题，是一套专门针对大流量滤清器可同时完成多项目测试的集成化设备，同时提高了试验效率和试验结果的准确性，其自动化程度较高，可大大减少人员参与的时间和误差，可带来可观的经济成本和人员成本的节约，具有很高的工程价值和经济效益。

［1］储跃.汽车滤清器行业“十二五”发展规划［R］.淄博:全国汽车标准化技术委员会滤清器分技术委员会，2012.

［2］铁道行业内燃机车标准化技术委员会.TB/T 1436.1-2008内燃机车机油滤清器 第1部分:技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［3］铁道行业内燃机车标准化技术委员会.TB/T 1436.2-2008内燃机车机油滤清器 第2部分:试验方法［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［4］全国内燃机标准化技术委员会.GB/T 8243.3-2003内燃机全流式机油滤清器试验方法 第3部分:耐高压差和耐高温特性［S］.北京:中国标准出版社，2003.

［5］ISO 4548-3:1997 Methods of Test for Full-flow Lubricating Oil Filters for Internal Combustion Engines-Part 3.Resistance to High Differential Pressure and to Elevated Temperature［S］.International Organization for Standardization，1997.

［6］全国内燃机标准化技术委员会.JB/T 5088.2-2008内燃机旋转式机油滤清器 第2部分:试验方法［S］.北京:机械工业出版社，2008.

［7］全国内燃机标准化技术委员会.JB/T 5089.3-2010内燃机纸质滤芯机油滤清器第3部分:试验方法［S］.北京:机械工业出版社，2010.

［8］张宏甲，黄谊，王积伟.液压与气压传动［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［9］浦尔E B.管路系统流体流动计算手册［M］.张春萍，等译.北京:机械工业出版社，1997.

［10］何永森.机械管内流体数值预测［M］.北京:国防工业出版社，1999.

［11］林菘.液压系统计算机辅助设计［M］.西安:西北工业大学出版社，1992.

［12］蔡亦刚.流体传输管道动力学［M］.杭州:浙江大学出版社，1990.

［13］苏尔皇.管道动态分析及液流数值计算方法［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1987.

［14］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.

［15］盛敬超.液压流体力学［M］.北京:机械工业出版社，1992.

［16］DONALDSON.Modules to Calculate the Viscosity Index or the Oil Viscosity at 100℃ or 40℃［OL］.http://widman.biz/English/Calculators/VI.html，2009.

［17］严金坤.液压动力控制［M］.上海:上海交通大学出版社，1985.

［18］吴振顺.液压控制系统［M］.北京:高等教育出版社，2008.