固体颗粒污染

固体颗粒污染（通用7篇）

固体颗粒污染 篇1

1 引言

固体颗粒污染是一种普遍存在的油液污染类型, 由于其对流体装备和某些用油电气设备性能和功能上的显著危害受到人们越来越广泛的认知和重视, 所以分析油液的固体颗粒污染度对于提高设备可靠性、延长设备寿命、改善设备性能都有着重要意义, 固体颗粒污染度的测量包括对单位体积液体中的颗粒质量、颗粒尺寸分布、颗粒数以及污染等级的测量, 本文详细介绍了固体颗粒污染度的分析方法, 并就不同方法的工作原理、优缺点进行了对比分析。

2 油液中固体颗粒的来源和危害

2.1 油液中固体颗粒的来源

用油设备系统中的固体颗粒污染物主要来源于四种途径, 一是油液在生产、运输、储存和加注过程中带来的固体颗粒, 二是拥有系统内部原有的固体颗粒, 三是用油系统工作时因元件的磨损等原因产生的颗粒, 四是用油系统工作时从外部侵入的颗粒。

2.2 油液中固体颗粒的危害

2.2.1 对流体装备的危害

对运动部件容易造成磨蚀、划伤、研刮、压痕等;对伺服阀等精密元件容易堵塞动态间隙造成卡死或增大摩擦, 使液压系统造成突发性失效;对热交换部件容易造成热交换效率下降;对过滤器容易因颗粒沉积滤芯表面而增加流量阻力。总之容易引起各种故障并缩短设备寿命。

2.2.2 对电气设备的危害

对变压器油等绝缘油的电气性能的影响非常明显, 大量的悬浮颗粒在电场作用下规则排列形成导电小桥, 会显著降低油击穿电压, 影响设备正常性能的发挥或导致事故, 超高压、特高压电气设备对其危害更加敏感。

2.2.3 对油液本身的危害

固体颗粒由于尺寸很小, 因此它们具有很大的比表面积。对于一些活泼性较强的金属颗粒来说, 其能起到油液变质的催化作用, 特别是在有非溶解水存在的情况下, 这一速度更快, 从而大大降低油液的使用寿命。

3 油液固体污染度的测试方法

3.1 重量分析法

重量分析法是通过测量单位体积液体中所含颗粒的质量, 从而来确定颗粒污染度等级的, 通常用mg/L (或mg/100m L) 表示。其方法是将一定体积液体中的颗粒收集在滤膜上, 通过称量滤膜过滤后和过滤前的质量差即可测得颗粒的含量。重量分析的标准方法为国际标准ISO4405《液压传动-油液污染-用重量分析法测定颗粒污染》, 等级判定的标准方法为美国宇航标准NAS1638《液压系统零件的清洁度要求》。NAS1638给出了100毫升液体中颗粒质量的等级表, 如表1所示。

重量分析法所需的测试装置比较简单, 费用较低, 但操作耗费的时间长, 测定结果只能反映液体中所含颗粒的总量, 而不反映颗粒的尺寸、颗粒数和尺寸分布, 仅为一种定性的测量, 且由于在分析过程中滤膜质量的变化, 因而重复性较差, 对一些颗粒含量较少的试样, 常常无法得出结果, 因此这一方法目前已很少采用, 但在国内的工程车辆、化工等行业仍在采用该方法。

3.2 显微镜计数法

显微镜法是通过滤膜收集单位体积液体中的颗粒, 然后通过人工或图像处理软件对所含特定尺寸段颗粒数量进行统计从而来确定颗粒污染度等级或进行颗粒分布和污染的研究, 通常用个/m L (或个/100m L) 表示。

3.2.1 光学显微镜法

用光学显微镜测量单位体积液体中所含颗粒的尺寸分布与数量, 是20世纪80年代以前国内外普遍采用的一种常规方法 (光学显微镜见图1) 。方法标准为ISO4407《液压传动-液体污染-采用光学显微镜测定颗粒污染度》, 国家标准为GB/T20082《液压传动-液体污染-采用光学显微镜测定颗粒污染度》, 其方法是采用微孔滤膜过滤一定体积的样液, 将样液中的颗粒污染物全部收集在滤膜表面, 然后在光学显微镜下测定滤膜上颗粒的尺寸并按要求的尺寸范围计数。计数用的光学显微镜要求至少能分辨5μm的颗粒, 利用目镜测微尺或其它测微器测定颗粒的尺寸, 由于所测定的颗粒绝大多数形状不规则, 因此测量时取颗粒的最大直径, 即颗粒的最长作为颗粒的尺寸。为便于统计都要规定的一定的滤膜面积为单位面积, 通过单位面积的颗粒数计算整个有效过滤面积的颗粒数。

光学显微镜法能够直观地观察到颗粒的实际形状和尺寸, 并能大致判断颗粒的种类, 如:闪闪发光的颗粒是金属、黑色的颗粒为橡胶、条状物为纤维、暗色块状物为氧化皮等。另外, 它不受液样中的水珠、气泡的影响, 可用于乳化液和其它水基工作液的颗粒分析;不受液样黏度及污染浓度干扰, 所以比较适合对一般企业的工作液进行污染分析。且所需的设备比较简单, 费用低。但制作膜片过程繁琐, 且容易二次污染;人工计数需要的时间长, 操作人员容易疲劳, 计数的准确性很大程度上取决于操作人员的经验。随着技术的进步, 目前多数光学显微镜都配有电子摄像头, 可拍摄图像后采用图像分析软件通过计算机进行颗粒分析, 大大提高了测试效率, 并减小了人为误差和操作者的视觉疲劳。

3.2.2 电子显微镜法

电子显微镜法采用的仪器主要是扫描式电子显微镜 (见图2) , 测量方法与光学显微镜法基本相似。采用微孔滤膜过滤一定体积的样液, 将样液中的颗粒污染物全部收集在滤膜表面, 该膜上的油渍必须用超净溶剂冲洗干净, 然后将收集有颗粒的滤膜制成试样, 放入扫描式电子显微镜中, 利用电子枪发出各种物理信息, 通过对这些信息的接收、放大和显示以进行试样的颗粒分析。

扫描式电子显微镜具有放大倍数大 (从10倍到10万倍或更大) , 焦距深 (为普通光学显微镜的300倍) , 等优点不仅可以测量微小颗粒 (最小可达0.02μm) 的形状、尺寸和表面形貌, 而且可以与波谱仪和能谱仪配合进行化学成分分析, 因而在对颗粒的研究中具有不可替代的作用, 但该仪器价格昂贵, 操作复杂, 不便成为日常的颗粒度分析仪器, 目前仅在实验室中作研究用。

3.3 自动颗粒计数法

3.3.1 光阻法

应用光阻原理的典型设备是遮光型自动颗粒计数器 (见图3) , 该类仪器是目前液体颗粒污染分析中应用最广泛的一种类型, 在国内现用的自动颗粒计数器中, 绝大多数为遮光型。遮光型自动颗粒计数器的关键部件是一个由光源和光电管组成的颗粒传感器, 当颗粒随着液流通过传感器窗口时, 就会有一部分光被颗粒遮蔽和散射, 因此光的强度发生变化, 由于被遮蔽的光的量与颗粒的投影面积成正比, 传感器每通过一个颗粒, 光电管就会对应输出一个脉冲信号。根据脉冲信号的幅值和个数, 就可以换算出颗粒粒径和数量浓度。

该方法操作简单, 测量迅速、准确、重复性好。当颗粒折射率与所测液体折射率相近、油中含气泡或含水时, 会引起较大的误差;容易受油液粘度和颜色的影响, 当油液粘度过大导致达不到仪器工作流速时或颜色过深、浓度过高时需要稀释后进行。

3.3.2 流式图像分析法

该方法是数字显微技术和计算机图像分析技术结合在了一起, 其工作原理是在液流通道设置窗口, 采用高速摄像头在窗口处以一定的统计频率采集图像, 再通过图像分析用软件用设置好的算法对图像进行分析, 图像中的每一个颗粒将被统计, 根据采集单张图像时的油液体积推算出单位油液体积的颗粒分布和颗粒数 (见图4) 。

该类设备操作简单, 测量迅速, 可通过调节图像分析软件的灰度门限值消除水分、气泡对测试的影响。工作流速范围较宽。但其工作寿命相对光阻原理的自动颗粒计数器要短很多, 其高频摄像头经过一定的工作周期后拍摄的图像质量会下降, 进而影响测试准确度。

3.3.3 网式堵塞分析法

网式式堵塞自动颗粒计数法是一种半定量分析方法, 是通过测定带有均匀性微孔滤膜或滤网的流量与其两端压差特性而工作的。当被分析的试样通过滤网时, 尺寸大于微孔尺寸的颗粒将被滤网收集, 使滤网逐渐堵塞。若滤网两端的压差一定, 则试样通过滤网的流量将随着滤网的堵塞而逐渐减小;若通过滤网的流量一定, 则滤网两端正的压差逐渐增大, 而滤网流量或压差的变化与被分析试样的颗粒数有关。因此, 通过检测与流量和压差有关的参数, 就可以大致地确定颗粒的尺寸和数量, 半定量地评定工作液体的污染度。

目前的网式堵塞型自动颗粒计数器只能给出1、2或3种尺寸下的颗粒数及其污染度等级, 且其计数结果必须假定一种固定的颗粒尺寸分布通过外推来得到, 但这对于大多数实际颗粒分布是不成立的。网式堵塞型自动颗粒计数器是新近几年发展起来的, 目前在国内应用较少。

其优点是测试结果不受试样状态的影响, 可以分析混合液、乳化液、深色试样和含空气的试样, 且其结果不会由于混入空气、水或者高浓度的颗粒而失真。不足之处是测量误差较大, 只能用于半定量分析。

3.4 显微镜对比法

显微镜对比法与光学显微镜法基本相同, 只不过显微镜对比法是将过滤样液制成的样片 (其制备方法与光学显微镜法相同) 放在专用的显微镜下与标准污染度等级样片进行对比, 而不需进行各种颗粒尺寸计数, 根据颗粒分布确定样液的污染度等级, 即样液中所含的颗粒浓度。

测试所用的对比显微镜由一组目镜、两组物镜和两个工作台 (测试样片台和标准样片台) 组成 (见图5) 。标准样片台为一可以转动或沿轴向移动的圆盘, 在圆盘上装有各种污染度等级的标准样片, 转动或移动圆盘可以将任一个标准样片对准在物镜的下面。测试时, 将所测样液制成的滤膜样片放在测试样片台上, 通过调节焦距, 使测试样片和标准样片上的颗粒分布在同一个视场内显现清晰的图像, 如图6所示。对比左右视场内的颗粒分布, 转动标准样片台, 选择合适的标准污染度等级样片, 当左右视场内的颗粒分布基本一致时, 则所选择标准样片的污染度等级即为被测样液的污染度等级。带有摄像头的普通光学显微镜也可采用这种方法进行, 方法是将污染度标准样片以一定的放大倍数通过摄像头采集到计算机中, 再把所测样液制成的滤膜样片图像以同样的放大倍数采集到计算机中, 然后在计算机上进行对比分析, 可有效降低视觉疲劳。

显微镜对比法使用的设备简单, 费用低, 检测时间短, 操作简便, 是一种适合于现场进行液体颗粒污染度分析的简易方法。但不能提供具体的颗粒分布, 是一种定性分析方法。

4 结论

油液颗粒污染度分析方法有很多种, 每种方法都有其特点, 而油液污染控制又是一种十分重要的工作, 广大污染控制人员必须全面准确的认识油液污染检测技术和相关标准, 掌握各种测量方法的技术原理、适用范围和测量结果的敏感影响因素等内容, 才能准确真实的了解油液污染状况, 为下一步经济合理的进行油液污染控制提供依据。

参考文献

[1]GBT511-88石油产品添加剂和机械杂质测定法[S].

[2]GJB380.5-2004用显微镜计数法测定航空工作液的固体污染度[S].

[3]GJB380.4-2004用自动计数法测定航空工作液的固体污染度[S].

固体颗粒污染 篇2

关键词：固体颗粒,污染,卡滞

液压传动系统的工作可靠性和使用寿命与液压系统的污染状况有着极为密切的关系。根据国内外统计资料, 液压传动系统的故障大约有80%是由于液压系统的污染引起的, 在各种污染物中, 固体颗粒分布最广, 危害最大, 是引起系统故障、可靠性降低和元件寿命缩短的最重要根源, 由固体颗粒污染物引起的液压系统故障占总故障的60%~70%[1]。

在液压系统中, 油液中的固体颗粒污染物是引起磨损的最主要原因, 颗粒起着研磨剂中的磨料的作用, 它同元件表面长期相互作用, 产生各种形式的磨损, 造成元件表面逐渐损坏, 配合间隙逐渐增大, 内漏逐渐加大, 导致性能衰降直至失效, 缩短使用寿命;同时可促成颗粒淤积、堵塞和卡滞, 导致突发性故障[2,3]。在液压系统里, 无论是金属件还是非金属件, 都极易受到这种磨损, 特别是配合精度较高的滑阀式或柱塞式等机构, 更易遭到颗粒的磨损。

1 固体颗粒的磨损

固体颗粒污染主要取决于颗粒污染物的磨损性以及颗粒尺寸与关键运动副间隙尺寸的相对关系。尺寸小于运动副间隙的颗粒污染物随着泄漏油液通过间隙, 一般不引起磨损或只引起很轻微的磨擦, 尺寸大于运动副间隙的颗粒不能进入间隙内, 因而对运动副表面不产生磨损作用, 而只有尺寸与运动副间隙相等或稍大的颗粒污染物在液流作用下可能进入间隙, 引起运动副表面的磨损。这一颗粒尺寸是对液压元件运动副污染磨损最敏感的尺寸, 称为临界尺寸。临界颗粒尺寸不仅是评定液压元件的污染敏感性和耐污染能力的一个重要参数, 而且是确定液压系统过滤要求的一个重要指标。由于临界颗粒尺寸与液压元件运动副的间隙相对应, 当严重磨损导致运动副的间隙增大时, 就会有更大的颗粒污染物进入间隙参与磨损, 从而使运动副磨损加剧, 造成污染磨损的链式反应。

颗粒污染的磨损机理主要有切削磨损、疲劳磨损、粘着磨损和冲蚀磨损等形式。

1.1 切削磨损

进入元件运动副间隙内的坚硬固体颗粒, 嵌入到材料较软的元件表面, 在相对运动过程中将另一元件表面材料切削下来。这种磨损, 因较软的表面易嵌入颗粒, 故较硬的表面常常反而磨损较严重, 切削磨损表面常有明显的划纹和划伤。

1.2 疲劳磨损

固体颗粒进入运动副间隙后, 在碾压和滚动下将使元件表面出现沟槽 (塑性变形) 并产生应力;然后, 在表面出现初始裂纹;反复作用引起裂纹扩展, 并形成空洞;最后, 表面材料剥离而损坏。

1.3 粘着磨损

固体颗粒与元件表面相互作用使元件表面材料发生塑性变形, 产生凸起和洼坑, 这些凸起部分破坏了润滑, 使运动副表面产生金属与金属的直接接触, 接触点在负载下造成局部高温而发生熔合粘着。当运动副作相对运动时发生剪切, 材料从屈服强度较小的表面上剥落而形成磨粒, 进一步加剧磨损, 这是一个粘着一剪切一再粘着一再剪切的恶性循环过程。当熔合点较多时, 运动副会发生卡滞甚至卡死现象, 导致突发性故障。

1.4 冲蚀磨损

固体颗粒随着高速流动的液流, 不断向暴露在管道中元件的棱边和表面喷射冲刷, 如此长期反复作用下, 可使被冲刷部位受到磨损, 称为冲蚀磨损。颗粒在较高速度下有足够的能量来破坏被撞击的金属表面。一般来说, 较软颗粒使被撞击处金属材料变形, 在表面产生损伤, 类似于加速疲劳破坏;较硬颗粒使被撞击处金属材料错位、滑移、加速疲劳和切削剥离。冲蚀磨损常见于阀芯棱边和节流孔。

污染磨损过程往往不是一种磨损方式起作用, 而是几种磨损方式并存, 并且几种磨损方式相辅相成, 互相促进, 例如, 上述四种磨损方式皆可在滑阀阀芯磨损过程中同时出现, 切削磨损和疲劳磨损可促成粘着磨损等。

2 固体颗粒的沉积

粒度小于配合间隙的固体颗粒随液流流经运动副时, 在缝隙流动的附加作用下, 较易进入间隙内, 在油膜附面层的吸附和阻滞下被淤积在间隙内, 随着沉积量的加大, 缝隙流动可能被大量小颗粒阻断, 造成运动副之间静摩擦力大大增加, 阀芯运动受阻, 可导致工作不稳定等突发性故障, 如空中飘摆、油压不稳、压力跳动、响应瞬时变慢或停滞等;同时可促成磨损、堵塞和卡滞[4]。淤积现象往往是暂时的, 当运动副有相对运动后, 原来形成的边界层就会被破坏, 淤积的颗粒会被液流带走, 淤积效应随之消失, 运动副又能恢复正常工作。

3 运动副的卡滞现象

卡滞一般发生在滑阀机构的阀芯与阀套配合面, 造成配合面出现划纹和划伤、阀芯运动受阻甚至卡死, 导致突发性故障[5]。当较大的颗粒进入运动副间隙并附着在间隙入口附近, 根据液压流体力学理论可知, 此处液流流速变大, 压差变小, 上下间隙产生径向不平衡力, 把阀芯压向颗粒浓度高的一边, 引起液压卡紧, 造成阀芯卡滞和偏磨。当比正常间隙略大的颗粒进入并被阻留在间隙中时, 在系统减压或换向时, 大颗粒被压在间隙中, 进入到运动副表层内, 造成配合面压伤和卡滞, 严重卡滞会造成明显划伤甚至卡死。

颗粒的不规则运动, 还会对油液起反复剪切作用, 降低油液粘度和润滑性, 催化油液氧化变质, 缩短其使用寿命需要强调的是, 颗粒污染的上述几种危害方式在系统中不是单一的行为, 而是多种方式并存, 并且几种危害方式相辅相成, 互相促进。因此, 在液压传动系统中, 严格控制固体颗粒污染物是有效减少液压故障的主要措施。

参考文献

[1]张蕊, 郭智勇.液压系统油液污染对系统的影响[J].科技资讯, 2011 (4) .

[2]齐亿洲, 温佩民.浅析液压系统污染对液压系统的影响[J].科技信息, 2007 (13) .

[3]贺培峰, 张守波.污染引起液压元件损害机理的分析[J].港口装卸, 2007 (4) .

[4]邓翊, 袁作新, 彭翾.液压系统污染原因分析及控制[J].武钢技术, 2010 (3) .

汽车尾气固体颗粒吸附器 篇3

针对这种状况, 减少汽车尾气对大气所造成的污染, 提高空气的质量显得刻不容缓。我们小组利用所掌握的知识, 结合市场上已有的除尘工具制作了汽车尾气固体颗粒吸附器。

1“汽车尾气固体颗粒吸附器”的结构图和实物图

该模型主要是由铁皮、吸油棉、空气滤清器、高压电路、铁丝网及绝缘塑料与橡胶组成。“汽车尾气固体颗粒吸附器”由三部分构成:一是利用高压电路在铁丝网中产生高压, 在尾气通过铁丝网时, 固体颗粒物被电离进而吸附在铁丝网上面;二是利用吸油棉制成“油雾过滤网”, 吸收尾气当中的油雾。其目的是为了延长空气滤清器的寿命;三是利用空气滤清器对尾气中残留的颗粒物进行过滤。

2“汽车尾气固体颗粒吸附器”的原理分析

“汽车尾气固体颗粒吸附器”由三部分构成:一是利用高压电路在铁丝网中产生高压, 使固体颗粒物被电离进而吸附在铁丝网上面;二是用吸油棉制作秤“油雾过滤网”, 吸收尾气中的油雾;三是利用空气滤清器对尾气中残留的颗粒物过滤。

2.1 静电除杂

含颗粒物的尾气经过高压静电场时被电离, 颗粒物与负离子结合带上负电后, 趋向阳极表面放电而沉积, 从而到达了除杂的效果。

2.2 油雾过滤

由于汽油的不完全燃烧, 导致尾气中含有少量的油雾, 而油雾对于纸质空气滤清器的使用寿命有较大的影响。为增长空气滤清器的使用寿命, 故对油雾进行过滤。

2.3 再次除杂

利用空气滤清器, 对尾气中还残留的固体颗粒物进行过滤, 使得尾气对大气质量的影响进一步的减小。

3“汽车尾气固体颗粒吸附器”的制作和使用方法

3.1“汽车尾气固体颗粒吸附器”的制作

(1) 取67cm×35cm的一块铁皮, 在固定的位置做若干脚 (用于材料的固定) 。将其做成无上下底的圆柱体。在柱体上面开一扇“门” (用于除污材料的存取) ;并在柱体上开一小窗, 用于观察内部的构造。

(2) 截取两块半径为11cm的圆形铁皮, 在其中一块上打一个半径为5.3cm的圆孔;另一块上打两个同样的圆孔。

(3) 用铁皮制作三个高11cm, 底面半径为5.3cm的无上下底的小圆柱, 分别将其固定在两铁皮上面的圆孔内。

(4) 将方形的空气滤清器的加工成半径为10cm, 高为4cm的圆柱体;将吸油棉固定在半径为11cm的铁丝环上;将三个铁丝网固定在绝缘橡胶上面 (两两不接触) 。

(5) 将高压电路的输出端接至铁丝网, 左右两铁丝网接负极, 中间接正极。

(6) 把制作完成的除污材料固定至1中圆柱体内。注意固定铁丝网的地方需加一层绝缘塑料, 防止静电对人造成伤害。

(7) 给吸附器的外面涂上草绿色的油漆。

3.2“汽车尾气固体颗粒吸附器”的使用方法

将“汽车尾气固体颗粒吸附器”装至汽车排气口即可, 在发动汽车时只需打开高压电路的开关。也可将汽车内的电源作为电路所需的电源, 这样电路工作就取决汽车发动与否。

4“汽车尾气固体颗粒吸附器”的性能及前景

4.1“汽车尾气固体颗粒吸附器”的性能

(1) 本模型做了非常好的绝缘处理, 可靠性和安全性高。

(2) 本模型材料易获取, 加工简便。

(3) 本模型经久耐用, 不需要经常更换除污材料, 只需定期对空气滤清器进行清洗, 而清洗的间隔时间较长。

(4) 本模型适合于低排量的家庭轿车, 效果较好。但对于大型卡车之类的车辆, 模型的使用寿命则会缩短。

(5) 本模型原理简单, 各阶层人士均可理解其中的原理。既能帮助人们认识身边的物理常识, 也能培养大家对科学的兴趣。

4.2“汽车尾气固体颗粒吸附器”的前景

本模型适合小型的家庭私家车, 是一个很实用的环保仪器。并且安装简单、成本低, 基本没有改变原有的汽车尾气排放结构, 即在原有的基础上加上该套装置就可以实现整个功能。模型的综合技术在国内未见有相同或类似的报道, 因此, 具有新颖性和良好的市场应用价值。同时对于提高空气的质量帮助非常大, 能进一步帮助我们提高生活的质量, 避免一些疾病的发生。

5 相关拓展知识

静电除了在除杂上面的应用之外, 在应用在生活、生产中的很多方面:

(1) 夏天往往是蚊子猖獗的季节, 人们一方面想在室外纳凉, 但却恐于蚊子的骚扰, 而电蚊拍的出现在很大程度上帮助人们解决这样的困扰。

(2) 利用静电吸附作用将聚合物涂料微粒涂敷在接地金属物体上, 然后将其送入烘炉以形成厚度均匀的涂层, 使得漆液利用率甚高, 可达80～90%左右。

(3) 在纺纱过程中利用静电场对纤维的作用力, 使纤维得到伸直、排列和凝聚, 并在自由端须条加拈时起到平衡的作用, 使纺纱能连续进行。

虽然静电能给我们带来帮助, 但同时也会给我们带来或多或少的伤害, 所以在使用的时候还是要小心、谨慎。

摘要：通过吸附、过滤等简单的物理原理, 减少汽车尾气中固体颗粒物的排放量, 从而到达提高空气质量的目的。

关键词：吸附,过滤,固体颗粒物

参考文献

[1]童诗白, 华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006, 5.

固体颗粒介质球阀的结构优化 篇4

1 常规球阀的结构

应用在煤粉, 煤浆, 煤灰及煤渣系统中的常规阀门大多采用螺旋碟簧预紧补偿结构, 也有少数阀门采用碟簧预紧补偿结构。

对于大多数阀门使用的螺旋弹簧结构, 虽有防尘圈能阻挡大颗粒介质, 然而一些细小颗粒, 随着阀门的使用还是会慢慢进入弹簧部位, 一旦进入弹簧内部则无法自动清洁, 直至填满弹簧中腔造成弹簧无法压缩而导致弹簧失效。直接导致阀门发生泄漏卡涩或开关不动等状况。

虽然少数阀门采用的碟簧结构较螺旋碟簧结构有以下优势:碟簧的结构简单, 进入到碟簧位置的物料相对螺旋碟簧较易排除, 所以在上述工况中碟簧结构更适用, 但物料同样会进入碟簧部位, 并在碟簧与阀体或阀帽之间形成的三角区域内形成堆积。随着压力的变化, 阀座组件会产生少量的位移, 这时由于阀座移动, 碟簧变形而产生的空隙就会被固体颗粒介质填满, 使碟簧无法复位, 失去其固有的弹性补偿功能而处于卡死状态, 从而造成阀球与阀座之间的摩擦力只增不减, 越来越大, 最终导致阀门开始出现卡涩现象, 直至执行器无法驱动阀门, 即阀门故障。

2 改进球阀的结构

为了解决上述现有存在的技术问题, 新结构有效避免因物料堆积而造成阀门卡死的现象。

附图说明。

图1是改进后金属硬密封球阀的局部结构剖视图。

图2是衬管的结构示意图 (如图1图2) 。

请参阅图1～图2, 改进型球阀结构中包括球体1、阀座2、密封环3、压环4、碟簧5、衬管6、阀体7。

改进型结构如下所示。

碟簧5与衬管6的一端面接触, 并压在压环4上;衬管6的与碟簧5接触的端面上间隔地设有多个相互间隔的卸灰槽8;每个卸灰槽8包括两个相交的球面8-1, 且每个球面8-1分别与衬管6的内壁面6-1以及外壁面6-2相交;每两个相邻的卸灰槽8以一平台隔开并通过一斜面8-2连通, 斜面8-2分别与平台所处的端面8-3及衬管6的外壁面6-2相交, 且斜面8-2由两个球面8-1分界。

本改进球阀应用时, 由于碟簧5两侧是开放的, 直接与阀门中的流通介质相接触, 阀门中流动的介质在通过阀门时, 进入到碟簧5和衬管6间的空隙部位;由于碟簧5的内周面高于卸灰槽7的最低面, 所以进入碟簧5部位的物料在堆积到一定量的情况下, 会在重力的作用下向着相对较低的地方流动, 从而使物料通过与衬管6的内壁面6-1、外壁面6-2以及端面连通的球面8-1和斜面8-2排出, 在阀门进行开关的过程中再排出阀门, 从而避免碟簧5部位的物料堆积, 保证阀座2的灵活性, 使该处的扭矩很好地控制在设计范围内。

3 两种结构的性能对比

本改进型球阀结构, 它包括阀体、置于该阀体中的阀座和衬管, 以及置于所述阀座中的球体。其中, 所述阀座与衬管之间设有碟簧, 所述衬管与碟簧接触的端面上间隔地设有多个相互连通的卸灰槽。

在衬管结构中, 所述每两个相邻的卸灰槽以一平台隔开并通过一斜面连通, 所述斜面分别与所述平台所处的端面及所述衬管的外壁面相交。

在上述的阀门中, 所述每个卸灰槽包括两个相交的球面, 且每个球面分别与所述衬管的内壁面以及外壁面相交。

由于采用了上述的技术解决方案, 球阀通过在衬管上增设结构简单的卸灰槽, 使物料进入碟簧部位后通过卸灰槽排出, 而不会造成碟簧卡死, 良好地保证了阀座的灵活性, 从而防止了因物料堆积而造成的阀门卡涩或扭矩增大问题, 保证了系统的正常运行。本实用新型还具有结构简单、易于加工、成本较低、不易卡涩、运行可靠、使用寿命大大延长等优点。

4 结论

通过对常规球阀结构和改进球阀结构对比可知, 碟簧加泄灰槽的组合结构在煤粉, 煤浆, 煤灰及煤渣介质中具有防物料堆积结而使弹性元件失效的特点, 有效地延长了恶劣工况下球阀的使用周期, 为整个系统高效运行提供了保证。是固体颗粒介质中理想的球阀结构。

参考文献

[1]杨源泉.阀门设计手册[M].机械工业出版社, 2000.

固体颗粒污染 篇5

复杂大型整体薄壁壳体是航空航天工业的主要结构形式,其中的回转薄壁壳体中的薄壁锥形和抛物线形壳被广泛应用于航空航天飞行器中［１－２］。薄壁壳体成形工艺是利用模具或设备对薄板进行加工,以获得所需零件形状和尺寸的工艺。薄壁壳体成形工艺主要包括焊接成形、旋压成形和冲压成形,其中冲压成形又可分为刚模成形和软模成形。

软模成形是采用某种传力介质作为凹模(或凸模),再用一刚性凸模(或凹模),在传力介质压力作用下,使板料成形的一种工艺。按照传力介质,软模成形可以分为三类:液(气)态软模成形、固态软模成形和黏性介质成形。板材软模成形属于板材柔性加工技术,与传统的板材冲压方法相比,软模成形能够适应截面形状复杂的零件成形需求,具有应用范围广、成形质量可靠等优点,逐步发展为薄壁壳体零件的主流成形方法［３－５］。

近年来板材的液压成形和黏性介质成形得到了快速的发展。文献[6-8]从理论上对薄壁钣金零件的液压成形工艺进行了分析,对板材液压成形变形机理和成形过程中的失稳行为进行了研究。Huseyin等［９］研究了液压成形过程中拉延筋对成形质量的影响。朱宇等［１０］对高温合金薄壁零件的多道次液压成形工艺进行了研究,并成功试制了某航空零件。Wang等［１１－１２］通过试验获得了黏性介质的传力性能,并通过工艺试验验证了黏性介质成形工艺的可行性,为该工艺的应用奠定了基础。

板材固体颗粒介质成形是一种新型的软模成形技术,采用固体颗粒代替刚性凸模或凹模(或弹性体、液体)对板料进行软模成形［１３］。固体颗粒介质成形工艺既具有其他软模成形特点,又具有自身的优点。固体颗粒介质具有良好的流动性和承压性,耐高温、无需密封,且可以重复使用;固体颗粒介质具有内压非均匀分布的特点,可以根据成形需要进行控制;成形过程中,颗粒对板材的摩擦力能够使成形零件壁厚分布趋于均匀,有利于提高板材的成形极限,成形工艺过程简单,成形工件的回弹量小,尺寸精度高［１４－１６］。

本文结合固体颗粒介质板材成形工艺的变形模式和成形机理,对某航空薄壁深抛物线形零件进行研究。制定了该零件的固体颗粒介质成形工艺路线,建立了薄壁深抛物线形零件固体颗粒介质成形工艺的数值模型,通过数值模型和试验对成形关键工艺参数进行了研究。通过试验成功试制了该零件,为航空航天领域复杂薄壁壳体零件的成形提供了新的方法。

1 零件分析与工艺方案的制定

某型航空零件为复杂的薄壁深壳体零件,其型面母线为复杂的多点拟合曲线(类抛物线),成形后要求零件的最小壁厚不小于0.5mm。根据其零件结构,设计的拉深成形目标零件图见图1。

该零件的材料为初始板厚t０=1.2mm的冷轧1Cr18Ni9Ti,其性能参数如表1和图2所示。

在现有的生产中,成形该薄壁航空零件需5个以上的拉深和旋压工步,且每个成形工步之间都需要一次固溶处理。生产成本高,且较难控制成形过程中的失效,成品率低。

1.1 零件的几何特征分析

由图1可以看出,该成形件的型面特征近似深抛物线形件,可以采用锥形件的理论分析公式对其几何结构特征进行研究。则等效大端直径d２=207mm,等效锥顶(小端)直径d１=26mm,等效锥形件高度h=238mm。

根据锥形件计算公式［１７］计算出该零件的相对高度h/d２= 1.15,相对锥顶直径d１/d２=0.126,相对厚度t０/d２<1.5%。根据体积不变条件,计算出初始毛坯直径D０=365mm。则图1所示成形件的等效拉深比k= D０/d１=14.04。

1.2 工艺分析和工艺路线的制定

薄壁抛物线形件的成形过程和深锥形件成形过程类似,为拉深和胀形两种变形模式的复合成形,极易发生起皱和破裂［１８］,侧壁的压缩失稳和顶部的拉裂都直接影响其成形高度。

固体颗粒介质板材成形的工艺原理如图3所示。板料在固体颗粒介质非均匀压力的作用下逐渐进入凹模,最终与凹模型腔贴膜,成形结束。

采用固体颗粒介质成形工艺,板材在成形中受到颗粒内压的作用,可以有效地抑制侧壁的压缩失稳变形,有助于提高薄壁抛物线形件拉深成形尺寸精度。但是本文研究的成形零件相对高度大,且相对厚度太小,成形过程中径向应力沿侧壁不是均匀分布的,靠近底部(顶端)处的板材在成形过程中受胀形因素的影响,板材减薄严重,此处在一次拉深成形过程中极易产生拉裂破坏,如图4所示。因此,采用固体颗粒介质成形该薄壁抛物线形件的拉深高度受到顶端处拉裂破坏条件的限制。

基于以上分析,设计出一套采用两次拉深的固体颗粒介质薄壁深抛物线形零件成形模具,克服了侧壁的压缩失稳,有效地控制了顶端的拉裂破坏。制定的拉深成形工艺路线如图5所示。

2 数值分析和试验方法

2.1 数值分析模型

采用商用有限元软件ABAQUS对零件的成形过程进行分析。板材的材料模型根据表1和图2参数设置,采用Mises屈服准则。在数值模型中,板材采用壳单元进行分析,厚度方向设置5个积分点。

薄壁抛物线形件在固体颗粒介质成形中主要受到顶端拉裂破坏条件的限制,因此为了更好地分析板材成形变形规律,本文在数值分析过程中引入FLD断裂准则。根据王丽英等［１９］的研究成果,结合商用有限元软件DYNAFORM材料库中的材料模型,设置研究中所采用的1Cr18Ni9Ti的成形极限如图6所示。

颗粒介质模型采用材料模型中扩展的Drucker-Prager线性模型。 本文选用的粒径为0.05~0.1mm的固体颗粒扩展的Drucker-Prag-er线性模型参数如表2所示［２０－２２］。表2中的β为颗粒介质的内摩擦角;χ为三轴拉伸屈服应力与三轴压缩屈服应力之比;ψ为GM颗粒介质的剪胀角。

固体颗粒介质板材成形工艺主要包含模具与板材、模具与颗粒介质、板材与颗粒介质三种接触情况。凹模、压边圈与板材之间有润滑剂的作用,其接触摩擦因数设为0.08。GM颗粒与板材、料筒之间的摩擦因数受变形过程中颗粒介质内压影响,如图7所示［３，２２］。

在成形过程中,板材和颗粒介质的变形量远大于模具受载后的弹性变形,因此在数值分析中忽略模具变形对成形的影响。设置料筒、压边圈和凹模为刚体,建立1/4数值分析模型,如图8所示。

第一次拉深成形和第二次拉深成形中间设置热处理工艺,消除第一次拉深变形后的残余应力和加工硬化,因此在第二步数值分析过程中,只继承第一步数值分析结果中工件的形状及厚度分布,不继承工件的应力状态。

2.2 试验研究方法

试验采用250-150t双动板材成形压机,模具采用课题组设计的固体颗粒介质成形专用模具,如图9所示。第一次拉深成形和第二次拉深成形均在该模具中进行。

固溶处理是将合金加热到高温单相区保温,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺,其目的是改善合金的塑性和韧性,使合金中各相充分溶解,强化固溶体,并提高韧性和抗腐蚀性,消除应力与软化,以便继续加工或成形。因此,本文在第一次拉深成形后,对成形零件进行固溶处理。通过固溶处理,使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中,获得均匀的单相奥氏体组织,改善不锈钢的塑性和韧性;消除第一次拉深成形产生的加工硬化;使伸长和破碎的晶粒重新结晶,以便于最终拉深成形。试验采用真空炉进行固溶处理,固溶温度1080℃,固溶保温时间30min。

3 结果与分析

3.1 润滑条件对成形的影响

在成形过程中,板材与凹模外表面以及压边圈之间的摩擦力使抛物线形件法兰屈服所需径向拉应力增加;同时,板材与凹模型腔内表面的摩擦力阻碍板材向凹模内流动,在两者的共同作用下,使得抛物线形件在拉深成形过程中顶端破裂的趋势增加。为了减小摩擦对板材成形的影响,通常在板材与凹模、压边圈之间使用润滑剂。

本文在研究过程中,在其他变形条件相同的情况下,对板材在无润滑、油润滑和二硫化钼润滑三种条件下进行拉深成形试验。在三种润滑条件下,试验得到第一次拉深成形工件的初始破裂高度如表3所示。

ｍｍ

试验结果表明,无润滑条件下,工件过早地产生断裂。采用油润滑时,板材的第一次拉深成形高度明显增加,但是由于本文研究的某型航空零件的相对高度大,在成形过程中所需颗粒介质的内压大,在高压状态下,油液很容易被挤出,特别是凹模圆角处,这就降低了油的润滑效果,不利于成形。用二硫化钼润滑克服了油润滑的缺点,在成形过程中二硫化钼在板材表面形成一层薄膜,有效地减小了板材与模具之间的摩擦阻力,润滑效果好,工件的第一次拉深高度大,同时,成形后的工件清洗方便。因此,本文在研究过程中均采用二硫化钼作为润滑剂。

3.2 压边对成形的影响

在拉深成形过程中,法兰受周向压应力的作用(特别是在法兰外缘为沿周向的单向压缩状态),使法兰坯料在成形过程中增厚;另外,在周向压应力的作用下,法兰尺寸D０-d２> (18 ~22)t０时,法兰容易发生起皱失稳［１７］。法兰增厚和起皱严重时将使法兰的流动阻力增大,降低板材的拉深成形高度。为了减小法兰起皱对成形的影响,通常对法兰设置压边圈。

拉深成形过程中,成形所需压边力的大小随着坯料瞬时外缘尺寸的变化而变化,总体趋势为从小到大,再从大到小。而在实际生产中,很难实现压边力跟随拉深成形过程随时发生变化,通常对法兰施加一恒定的压边力,且为了防止起皱发生,施加的恒定压边力取法兰压力变化曲线的峰值。这种恒定压边力虽然防止了法兰的起皱失稳,但同时在法兰成形过程中所需压边力低于峰值时,使压边带来的法兰摩擦力增加,不利于成形。

压边间隙控制是容许法兰增厚,防止法兰失稳的一种有效控制方法。在成形过程中,由于压边间隙的存在,法兰可以在周向压应力的作用下不受压边的影响自由增厚;另外,由于压边间隙很小,法兰在将要发生失稳起皱时受压边圈的作用,防止了起皱的进一步发生。因此,本文在研究过程中采用压边间隙控制。

在初始毛坯直径D０=365 mm、初始板厚t０=1.2mm、采用二硫化钼润滑的条件下,对不同压边间隙下的第一次拉深成形的极限成形高度进行研究,结果如图10所示。

结果表明,当压边间隙在t０~1.1t０时,随着压边间隙的增大,第一次拉深极限成形高度增加。压边间隙的增大使得法兰有足够的空间增厚而不发生压缩失稳,减小了压边圈对法兰的摩擦阻力作用,减小了抛物线形件顶端径向拉应力,进而增大了极限成形高度。当大于1.1t０时,随着压边间隙的增大,第一次拉深极限成形高度减小。这是由于过大的压边间隙,使得法兰在周向压应力的作用下发生失稳起皱(图11),大的起皱又将阻碍法兰金属的流动,导致工件过早的拉深破裂。因此,成形本文所研究工件的第一次拉深成形最佳压边间隙为1.1t０。

在第一次拉深成形压边间隙为1.1t０,成形高度为155mm时,第一次拉深成形工件的壁厚分布如图12所示。

根据图12中分析研究结果,该零件在第一次拉深成形过程中法兰区受到周向压应力的作用,壁厚有所增加,最大壁厚出现在成形件法兰最外缘处,即B点所示。而跨过凹模圆角后,板材变形方式为拉深和胀形的复合成形,特别是工件的底部,即图中所示A点,为胀形区,此区域内的板材壁厚较初始板厚减薄。第一次拉深成形后,工件法兰外缘的最大厚度为1.29mm(约1.08t０)。因此,采用1.1t０既减小了由于法兰增厚所引起流动阻力的增加,又防止了法兰在周向压应力作用下的起皱失稳,能有效增大拉深成形高度,这与图11的分析结果一致。

第二次拉深成形的坯料为第一次拉深成形后的工件,因此在第二次拉深成形时需要重新设置压边间隙。以第一次拉深成形高度为155mm,最外缘厚度t１=1.29mm的第一次拉深成形工件为研究对象,获得第二次拉深成形在不同压边间隙下的极限成形高度曲线,如图13所示。

由图13可以看出,第二次拉深成形极限成形高度随压边间隙的变化规律与第一次拉深成形的规律一致,第二次拉深成形最佳压边间隙为1.05t１。在此条件下最终成形工件的壁厚分布曲线如图14所示。

根据图14中分析结果,第二次拉深成形过程中法兰区在周向压应力的作用下,外缘厚度继续增加(即B点所示)。但是,第二拉深成形毛坯初始法兰半径较小,因此作用于法兰上的周向压应力较小,成形后工件法兰外缘增厚小,最大厚度为1.33mm(约1.03t１),与压边间隙1.05t１吻合。

综上,采用压边间隙控制可以有效地防止法兰起皱失稳,最大限度地减小压边圈对板材的摩擦阻力作用。结果表明:略大于工件成形后法兰最外缘厚度的间隙值为最佳压边间隙。

3.3 第一次拉深成形高度对终成形的影响

第一次拉深成形的高度将直接影响第二次拉深成形。在初始毛坯直径D０=365mm、初始板厚t０=1.2mm、采用二硫化钼润滑、两次成形压边间隙分别为1.1t０和1.05t１的条件下,对第一次不同成形高度下的工件的第二次拉深成形结果进行分析,结果如图15所示。

结果表明,当第一次拉深成形高度小于150mm时,第二次拉深无法完成工件的成形而发生破裂;当第一次拉深成形高度在150~162mm时,第二次拉深可以完成工件的成形。当第一次拉深高度小于150mm时,原始坯料法兰的变形量较小,成形后工件的外缘尺寸较大,这就导致在第二次拉深成形中,法兰的变形量大,加工硬化程度增加,法兰屈服所需的拉应力增加,容易导致第二次成形过程中的破裂。第一次拉深成形工件高度大于150mm接近第一次拉深极限成形高度时,第一次拉深成形法兰收缩量大,成形后工件的外缘尺寸小,减小了第二次拉深成形的变形量,降低了第二次拉深成形的加工硬化,有助于第二次拉深成形。

通过以上研究,利用固体颗粒介质最终成形的某型航空零件的拉深成形件如图16所示。

通过对终成形件测量,得到的终成形工件外形尺寸满足图1所示拉深成形目标零件的外形尺寸要求。由图14终成形件的壁厚分布曲线可以看出,最小壁厚为0.62mm,满足工件最小壁厚不小于0.5mm的要求。

4 结论

(1)提出了采用固体颗粒介质成形技术两次成形薄壁深壳体零件的工艺。采用一套模具实现了两次拉深成形,降低了模具成本,简化了工艺过程。从数值模拟结果和试验结果可以看出,固体颗粒介质成形工艺过程简单、工艺稳定性好。固体颗粒介质成形工艺为薄壁壳体成形提供了新的方法和手段,在汽车制造和航空航天等领域具有广阔的应用前景。

(2)采用数值模拟和试验方法,对某航空薄壁深抛物线形零件的固体颗粒介质两次拉深成形工艺参数进行了研究,得到了合理的润滑条件、压边条件和成形高度分配方式,为该零件的生产提供了理论依据。

摘要：薄壁抛物线形壳体成形过程为拉深和胀形两种变形模式的复合,极易发生起皱和破裂。固体颗粒介质成形是采用固体颗粒代替刚性凸模或凹模(或弹性体、液体)对板料进行成形的工艺。板材在颗粒介质内压的作用下成形,可以有效防止抛物线形件拉深成形过程中侧壁的起皱;由于颗粒内压是非均匀分布的,故可以有效控制抛物线形件成形过程中的破裂,提高板材的成形极限。根据固体颗粒介质成形工艺的特点,提出了两次成形薄壁深壳体零件的工艺,建立了数值分析模型,通过数值模拟和试验对该成形过程和工艺参数进行了分析。结果表明,采用固体颗粒介质成形工艺过程简单、成形工件壁厚分布均匀、表面质量好、回弹小。

两例液压油固体颗粒度超标问题 篇6

黏度和清洁度等级是液压油最重要的两项指标, 黏度的选择主要根据液压系统的环境温度和工作温度, 一般在设备投入使用前即确定, 而清洁度等级则需要定期检测并采取相应措施才能够保证。液压油中的单个大颗粒, 直接影响液压部件的灵活性, 而小颗粒则会造成磨损。保持液压油清洁度在合理的范围, 能在很大程度上减少运行故障的发生, 同时也可提高设备的使用寿命。

泛亚公司实施以设备状态监测为主的预测性维修保养, 定期检测液压油的固体颗粒度, 如有超标, 则针对不同工况的液压系统采取相应处理措施。

二、实例

1. 带伺服阀高精度高频响控制的液压系统液压油清洁度超标

对于带伺服控制的液压系统, 通常厂商会要求液压油清洁度等级为NAS 1638六级或更高。但在实施状态监测中发现此系统清洁度等级为NAS 1638九级, 超出设备的所要求标准。此设备为安全碰撞试验系统, 液压系统中用伺服控制油缸来模拟实际的冲击碰撞。实际工作中液压系统绝大部分时间处于保压待机状态, 仅在碰撞的时候油缸才会动作。

液压动力单元的制造商为德国博世力士乐公司, 油箱容积300L, 采用A10VSODR恒压斜盘变量柱塞泵, 排量设定80L/min, 使用VG46矿物油。在液压系统处于保压待机状态时, 油泵处于“零排量”工作状态, 即达到油泵设定压力后, 斜盘角度改变使得油泵几乎不往外排油, 维持压力的恒定。油泵及工作原理见图1。

电机油泵纵置, 浸在油箱内工作, 既可以降低油泵的工作噪声, 也可以利用油箱内的液压油冷却油泵, 从而延长油泵使用寿命。由于油泵置于油箱内, 压力切断阀 (DR) 的压力切断通过连接X口 (图2) 远程控制的溢流阀实现, 位于液压动力单元控制柜旁的压力表最下方。

为避免油泵启动时电机的瞬时负载过大, 通过常闭的DBW电磁溢流阀延时得电来切换高压, 即刚启动油泵时, 电磁阀线圈不得电, 溢流阀的先导阀无法建立压力, 溢流阀主阀处于打开状态, 使油泵的P口连通油箱, 油泵可以低压启动, 电机的启动负载很低。经过几十秒的延时后, 电磁阀线圈得电, 先导阀建立压力, 由于溢流阀设定的压力高于油泵压力切断阀的切断压力, 溢流阀主阀关闭, 油泵达到设定压力后处于“零排量”, 保持恒压的工作状态。DBW电磁溢流阀位于液压动力单元控制柜旁的压力表下方, 原理见图2。

系统采用回油过滤器, 过滤精度10μm, 允许流量≤250L/min, 有旁通单向阀和电气堵塞报警功能 (图3) 。

清洁度超标的主要原因, 是日常使用过程中设备的液压油过滤不够充分。利用设备自身的DBW电磁溢流阀, 在液压动力单元的控制程序中暂时中断电磁阀的延时得电或者直接拔下电磁阀线圈插头, 使溢流阀的主阀一直处于“短路”状态, 这样油泵出口的液压油可以通过溢流阀经回油过滤器过滤后流回油箱, 同时由于过滤器本身带堵塞报警功能, 若发生堵塞会立即报警, 不会有旁通阀打开作无用功的情况。过滤效果非常理想, 2h后清洁度达到NAS1638五级, >10μm的固体颗粒几乎完全被过滤掉。

2. 普通液压系统液压油清洁度超标

对于一般的液压系统, 通常厂商会要求液压油清洁度等级为NAS 1638九级及以下。在新实施的状态监测中发现该系统清洁度等级为NAS 1638十二级, 超出设备所要求的标准。

此设备为大型自动机械加工设备, 使用频率极高, 正常情况下处于24h连续工作状态, 已使用10年。位于地下的液压站, 用于控制主轴两个油缸的升降和平台移动的解锁及锁定。由于是加工设备, 尘土和杂质较多。图4为液压动力单元的实物图。

该液压动力单元制造商是日本不二越公司, 油箱容积160L, 采用与力士乐公司类似的恒压斜盘变量柱塞泵, 排量设定为51L/min, 使用VG32矿物油。

由于液压系统功能较简单, 采用的都是常规液压部件, 电机油泵横置于油箱上方。液压系统压力通过调节油泵的压力切断值确定, 无安全溢流阀, 设备启动即满负荷工作, 直至达到油泵设定压力后保压工作。

系统有两个过滤器, 分别是油箱内部的金属网罩粗过滤器和主油路的回油过滤器。回油过滤器过滤精度10μm, 有旁通单向阀。由于油缸动作频繁, 过滤器过滤比较充分, 但固体颗粒仍然过多, 判断滤芯已接近使用寿命, 可能旁通单向阀一直处于打开状态。

清洁度超标的主要原因为液压油使用十多年, 有劣化趋势, 过滤器滤芯堵塞。更换新的液压油和滤芯, 同时清理油箱。由于无法进行类似于“短路”的过滤, 但设备在运行过程中油缸的频繁动作仍可以使油液得到有效过滤。因此, 通过设备的连续运行, 也可以在较短时间内提高油液的清洁度。

分别于换油三天后和一个月后复检清洁度, 10μm以上的固体颗粒得到有效滤除, 现清洁度等级为NAS 1638四级。

摘要：带伺服阀高精度高频响控制的液压系统液压油清洁度超标, 以及普通液压系统液压油清洁度超标问题。

黄芩苷固体自乳化颗粒剂的制备 篇7

关键词：黄芩苷,固体自乳化给药系统,制备

黄芩苷 (Baicalin, C21H18O11) 为唇形科植物黄芩干燥根中的有效成分之一, 具有抗肺炎衣原体所致的动脉粥样硬化作用, 对缺血再灌注损伤的大脑和心肌具有保护作用, 可吸收紫外线, 清除自由基, 能抑制黑色素的生成, 常用作功能性美容化妆品原料[1]。由于黄芩苷水溶性极差, 难以发挥其作用。因此, 提高黄芩苷的溶解度, 增加其体内吸收及生物利用度是亟需解决的问题。自乳化给药系统 (self-emulsifying drug delivery system, SEDDS) 是由药物、油相、乳化剂和助乳化剂组成热力学稳定、均一、透明或半透明、各向同性的溶液[2,3]。而将其进行固化可得到黄芩苷固体自乳化释药系统 (solid self-emulsifying drug delivery system, S-SED-DS) 。S-SEDDS可为水溶性差的药物的口服吸收提供一个新的途径。本研究即是将黄芩苷制备成S-SEDDS, 提高黄芩苷的溶解度和生物利用度。通过伪三元相图进行处方优化, 以及适当的固体吸附剂, 制备成黄芩苷固体自乳化制剂。

1 材料与仪器

黄芩苷 (纯度>95%) ;鱼肝油、麻油、注射用大豆油、花生油;可溶性淀粉、聚乙二醇 (PEG) 400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、柠檬酸、乳糖、微粉硅胶、微晶纤维、乙醇、吐温 (Tween) 80、油酸乙酯、油酸、1, 2-丙二醇, 上述试剂均为分析纯。Labrasol、Labrafa cc、Transcotol P、Mai sine 35-1、Labrafil M 1944 cs (均为Gatlefosse SAS, France) 。

GZX-9240 MBE数线鼓风干燥箱、501超级恒温水浴仪、UV-2450紫外-可见分光光度计、RCZ-1A型溶出试验仪、TDL80-2B台式离心机、AY120托盘电子分析天平、DS-8510DTH超声波清洗器。

2 方法与结果

2.1 黄芩苷的溶解度测定

将适量黄芩苷添加到不同的油相 (花生油、麻油、注射用大豆油、鱼肝油、油酸、油酸乙脂) 、乳化剂 (Tween 80、Labrasol、Labrafa cc) 、助乳化剂 (Transcotol P、PEG400、1, 2-丙二醇) 中在20℃恒温水浴锅中静置72 h制成过饱和溶液。在2000 r/min下离心15 min, 取适量上清液, 用95%乙醇稀释数倍后在紫外可见分光光度计下于波长275 nm处进行测量, 计算黄芩苷在不同溶剂中的溶解度。见表1。

2.2 辅料的选择

2.2.1 油相的选择

由表1可知黄芩苷在辅料油酸、油酸乙酯中均有较大的溶解度, 可作为自乳化系统中油相的考虑对象。

2.2.2 乳化剂的选择

由表1可知黄芩苷在Tween 80中的溶解度较大, 而在Labrafac cc和Labrasol中的溶解度均较小, 因此选择Tween 80作为乳化剂。

2.2.3 助乳化剂选择

根据黄芩苷在各助乳化剂中的溶解度, 选择溶解度较大的PEG400和Transutol P作为助乳化剂。

2.3 黄芩苷SEDDS的处方优选

2.3.1 空白伪三元相图的绘制

伪三元相图分别以油相、乳化剂和助乳化剂为顶点, 相图中各点代表不同的油相、乳化剂和助乳化剂比例, 在处方中三者的总量一定, 只是相对含量变化[4]。将油相、乳化剂和助乳化剂各为一相, 固定总质量为2 g, 乳化介质为37℃水。用玻璃棒蘸取1~2滴已搅拌均匀的空白处方于乳化介质中, 观察其能否形成澄清透明且带少许蓝色荧光的溶液。SEDDS空白处方中包含油相、乳化剂、助乳化剂, 选取了溶解黄芩苷较好的几种油相、乳化剂和助乳化剂进行搭配并考擦搭配后的自乳化区域的面积。结果见图1~4。

由图1~4可知, 图3、4的自乳化区域面积较大且面积相当, 但由于黄芩苷在PEG400中的溶解度较其在Transutol P的溶解度大, 所以选择Tween 80-PEG400-油酸乙酯这个处方来做进一步研究。

2.3.2 含药伪三元相图的绘制

以油酸乙酯为油相、Tween 80为乳化剂、PEG400为助乳化剂, 根据空白伪三元相图中形成的自乳化区域的处方配比[5], 三相混合, 总重2 g, 并且加入黄芩苷0.1 g。超声振荡30 min, 3000 r/min离心10 min, 取上清液0.2 g加入到40 m L蒸馏水中 (37℃) , 轻微搅拌, 在光照下, 以目测观察其能否形成澄清透明且带少许蓝色荧光的溶液并将自乳化区域绘制出来, 作为含药的自乳化区域 (图5) 。

由图5可知, 含有黄芩苷的自乳化区域面积改变不大, 该自乳化区域为油酸乙酯含量为0%~50%, Tween 80含量为19%~100%, PEG400含量为0%~75%, 三相与药物混合。为进一步优化黄芩苷自乳化给药系统的处方配比, 在考察的自乳化区域中, 选择适当的处方配比进行正交试验[6]。

2.3.3 正交试验优选处方

由含药伪三元相图选定油酸乙酯 (A) 、PEG400 (B) 、Tween 80 (C) 为影响因素, 采用L9 (33) 正交表安排实验, 以微乳粒径大小为评价指标。按表2所列的考察因素及水平制定实验方案, 得实验结果 (表3) , 优选最佳处方配比。

结果表明, 影响黄芩苷自乳化的因素依次为A>B>C, 主要影响因素为A, 即油酸乙酯。按照结果可选择最佳处方配比是油酸乙酯、PEG400与Tween 80的比例为2∶6∶7。

2.4 黄芩苷SEDDS的制备

称取黄芩苷0.40 g, 油酸乙酯0.53 g, PEG4001.60 g, Tween 80 1.87 g, 在37℃条件下, 匀速搅拌10 min, 超声振荡混匀, 即得黄芩苷SEDDS。

2.5 固体吸附剂的筛选

2.5.1 固体吸附剂的吸附能力考察

考察7种固体吸附剂微粉硅胶、微晶纤维、可溶性淀粉、柠檬酸、PEG4000、PEG6000、乳糖, 对黄芩苷SEDDS的吸附能力:分别称取各固体吸附剂0.1 g, 逐滴加入浓缩液, 同时均匀搅拌, 至自微乳浓缩液吸附剂吸附完全, 当吸附材料粉末成团不黏手时, 认为各吸附剂已吸附饱和[7], 记录所吸附的黄芩苷SEDDS的量为该固体吸附剂的最大吸附量。微粉硅胶、微晶纤维、可溶性淀粉、柠檬酸、PEG4000、PEG6000、乳糖的最大吸附量分别是 (0.3777±0.0086) 、 (0.1071±0.0025) 、 (0.0374±0.0026) 、 (0.0200±0.0002) 、 (0.0235±0.0002) 、 (0.0225±0.0025) 、 (0.0450±0.0033) g/g。由实验结果可知, 不溶性固体吸附剂的吸附能力明显强于可溶性吸附剂。微粉硅胶的吸附能力最强 (0.3777±0.0086) g/g。

2.5.2 不同固体吸附剂的累积溶出度考察

分别称取含药量10 mg的黄芩苷S-SEDDS, 相当于含药量10 mg的空白S-SEDDS, 以1000 m L蒸馏水为溶出介质, 转速为50 r/min, 温度为37℃, 药物与水接触时开始转动浆杆并记录时间[8], 分别在5、10、20、30、45 min时, 取溶液10 m L (同时补充同温同体积的新鲜介质) , 过滤。在吸光度为275 nm处, 测定其吸光度, 代入标准曲线方程1, 计算各固体吸附剂的累积溶出度。微粉硅胶、微晶纤维、可溶性淀粉的累积溶出度分别为95.00%、102.90%、110.30%。由此表明, 可溶性淀粉的释放能力较好。此外结合“2.5.1”项下实验结果可知, 可溶性淀粉的吸附能力较好, 并考虑成本因素, 故采用可溶性淀粉作为黄芩苷SEDDS的固体吸附材料。

2.6 黄芩苷S-SEDDS的制备

按上述比例, 取油酸乙酯0.67 g, PEG400 2.00 g, Tween 80 2.33 g在温度为37℃条件下, 均匀搅拌10 min, 加入黄芩苷1.00 g, 超声溶解, 得到黄芩苷SEDDS。取淀粉20.00 g, 将黄芩苷SEDDS缓缓加入淀粉中, 同时均匀搅拌, 使淀粉将微乳吸附完全。加少量蒸馏水制成软材, 过14目筛制备成颗粒, 在55℃烘箱干燥4 h, 整粒, 即得黄芩苷固体自乳化颗粒剂。

2.7 黄芩苷S-SEDDS的性状

黄芩苷固体自乳化颗粒剂为黄色颗粒状, 略带苦味。

3 讨论

中药黄芩中主要的黄酮类成分为黄芩苷、黄芩素、汉黄芩苷和汉黄芩素, 黄芩苷和汉黄芩苷及其代谢物是黄芩发挥药用功效的物质基础。黄芩苷除了传统的镇静、降压、清除自由基、抗心律失常、抗过敏、抗肿瘤等作用外, 还具有螯合金属离子、抗肺炎衣原体所致的动脉粥样硬化作用[9], 对缺血再灌注损伤的大脑和心肌具有保护作用, 对不同原因引起的肝损伤具有保护作用, 能显著促进成纤维细胞增殖, 对人牙周膜成纤维细胞具有保护作用, 在体外对某些寄生虫均有明显的抑制和杀灭作用。临床应用中, 黄芩苷具有Ca2+的作用、肝炎、高血压、清除自由基、治疗糖尿病慢性并发症和银屑病、抗艾滋病病毒 (HIV) 和抗肿瘤等多种药理作用[10]。开展对黄芩苷的药理作用及临床应用研究, 有利于深化对黄芩既往功效的认识, 发现其新的药理作用。