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Summary：通过HB6779-93《滤芯设计指南》标准公式计算外压式滤清骨架临界压扁载荷，并使用数值分析方法进行强度及稳定性分析，找出滤芯被压扁原因，制定对策，解决滤芯压扁的问题。
Keys：滤清器；骨架；数值分析；压扁；原因分析
1 概述
某公司在液力变速器初期使用过程中出现滤清器压差开关报警现象，拆解滤清器总成检查发现其内部滤芯总成被压扁，如图 1所示。
 
图 1 滤芯压扁失效
滤清器工作流体介质为8D#液力传动油，工作温度为80 ~ 90℃。滤清器的滤芯结构如图 2所示，工作时传动油由滤清器外部流向内部，其骨架用于承受滤清器径向方向的压力差，支撑滤芯、防止使用过程中被压扁，为外压滤芯骨架。
图 2 滤芯结构示意图
2 失效原因分析
外压型滤芯骨架有强度及失稳失效两种失效形式。当骨架承受应力超过材料屈服极限时会导致强度失效。当骨架刚度不足时在压力载荷的作用下导致其稳定性不够，结构失去原有几何形状，失稳失效主要有侧向失稳和轴向失稳。当骨架外表面收到径向压力时，用于骨架刚度不足发生的失稳称为侧向失稳。侧向失稳会使原结构截面出现波形，波形数量可能为2个、3个或更多[1]，如图 3（a）所示。轴向失稳是在轴向方向上受到压力载荷，导致其丧失稳定性而变形，此时容器截面仍为圆形，但其母线由直线变为波形[2]，如图 3（b）所示。
   
                     （a)侧向失稳变形图                           (b)轴向失稳变形图
图 3 失稳骨架变形
本文将用HB6779-93《滤芯设计指南》[3]标准公式计算骨架的理论值，并用数值分析的方法求解静强度和稳定性载荷，从而得出滤芯压扁失效的原因。
滤芯骨架临界载荷理论计算
滤芯材料为10#钢，屈服强度大于205MPa，弹性模量为MPa、，材料密度7900kg/m3。，骨架半径R为25mm，钢板上分布有均布的流通孔，见图 2所示，其中d尺寸为Φ4mm、a尺寸为12mm、b尺寸为7mm，长度为316mm。
≤L＜，失稳波数为2或3[4]。因此，选用HB6779-93《航空液压过滤器设计指南》的公式（1）计算骨架临界失稳载荷。
                        （1）
式中，Pcr为骨架临界失稳载荷，MPa；R骨架外半径，mm；E为弹性模量，MPa；t为骨架厚度，mm；Kc为计算系数，mm，；L为骨架受力长度，mm。
骨架相对于压力容器其不同在于，骨架上存在均布的流通孔。因此引入径向符合系数C1、通孔负荷系数C2，按照公式（2）（3）计算。
                    （2）
                            （3）
式中，a为通孔周向间距，mm；b为通孔轴向间距，mm；d为流通孔直径，mm。
。
数值分析
建立骨架结构模型
利用UG软件建立骨架的三维模型。
骨架载荷及约束条件的定义
根据滤芯工作的实际情况，在骨架两端添加固定约束。，施加在骨架外表面。
静强度分析
求解结构的变形和应力结果，得到骨架的变形及应力云图，如图 4所示，，，最大应力小于材料屈服强度205MPa，，骨架强度满足使用要求。并且，，。因此，在实际使用过程中骨架静强度安全余量足够。
图 4 变形、应力云图
稳定性分析
滤芯骨架的轴向稳定性安全系数高，在设计时一般不用考虑[1]，结合本文骨架实际损坏状态为压扁，通过屈曲分析求解骨架的侧向稳定性。骨架侧向失稳云图见图 5。由失稳云图可知，骨架模型失稳的波数为2。。
图 5 滤芯骨架失稳云图
原因分析
，，。通过分析得出，其静强度安全裕量足够，。
，液力变速器就会及时报警，。因此，滤芯应该是由于其它原因导致被压扁的。分解滤芯检查其骨架，见图 6所示。故障骨
架钢板卷制搭接处采用点焊工艺，点焊数量为8处，其中间6处焊点已经脱落，焊接质量差，在使用过程中焊缝脱落或被剪断导致骨架强度减弱。因此，造成滤芯压扁的原因为骨架焊接质量差。
图 6 骨架焊接处
3 结论及改进措施
经分析本次故障是由于骨架焊接质量差导致的。由于本滤清器为液力变速器上唯一精滤，当其滤芯压扁后会导致没有经过过滤及原被吸附在滤材上的多余物进入阀体、及润滑油路，导致液力变速器的损坏。因此，出现上述问题后，，，，就算滤芯全堵塞也可以保证滤芯不被压扁，安全裕量明显提高。骨架结构由原搭接改为采用螺旋卷焊而成，增加了焊缝长度，提高了焊接质量，见图 7所示。滤芯改进后，液力变速器运行过程中没有出现压差报警，液力变速器保养时检查滤芯没有出现压扁问题。
图 7 改进后滤芯骨架
Reference：
[1]王宝宇，王长华，[J].2016，26（1）：33-36.
[2][D]..
[3]航空工业部科学技术委员会. HB-6779(93)航空液压过滤器设计指南[S]. 1993.
[4][D]..
 
-全文完-