液压系统的外循环过滤
随着科技的发展，现代制造技术越来越朝着高速、高压、高精度、高自动化及高可靠性的方向发展，机械设备的动力传动部分越来越普遍地采用液压设备来实现各种动作。轴向柱塞泵、比例阀、伺服阀、静压液压轴承等精密液压元件在液压系统中的应用越来越普及。此类元件的正常运行对油品清洁度要求极高。研究表明：75%～85%的系统故障归因于系统中的污染物。
液压系统中的污染物，指在油液中对系统可靠性和元件寿命有害的各种物质。主要有以下几类：固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和能量污染物等。不同的污染物会给系统造成不同程度的危害。在液压系统的各类污染物中固体颗粒最常见且危害最大。有关资料表明，在污染引发的液压系统故障中，除了30%源于腐蚀外，其余70%都是由于固体颗粒存在造成液压元件表面机械磨损。固体颗粒不仅加快液压元件的磨损，而且会堵塞元件的空隙和孔口，使控制元件失灵而引起控制系统失效。另外，固体颗粒还引起着催化剂的作用。并使油液氧化导致其性能下降。由于固体颗粒的存在还增加了油液的热容量，所以还影响到热量向周围传递的能力。因此，在液压系统中设置过滤器已成为一种必然的选择。
对于一个液压系统，可有多种过滤装置。根据液压系统的实际工作情况，我们将应用于主液压系统的过滤装置定义为内循环过滤系统，而将独立于主液压系统之外的过滤装置定为外循环过滤系统。
对于内循环过滤系统，根据系统和元件的不同要求分别在泵的吸油管路、压力管路、回油管路、伺服阀或调速阀的进油口处，设置不同过滤精度的过滤器。这些过滤器与液压系统内的其他元件一起构成液压系统的内循环系统，保证油品及系统的清洁度，从而达到减少磨损，避免维修，延长元件及设备使用寿命的目的。
在液压系统中设置过滤器，现已成为液压系统设计师们的常识性选择。由各种过滤装置组成的内循环过滤系统在液压系统中发挥着至关重要的作用。但是，内循环过滤系统也有其固有的缺陷。对于任一个液压系统，我们都希望其维护工作量越少越好，因此选择一个足够大的过滤器成为设计师的首选，但现代液压系统往往要求体积小、结构紧凑，其上安装的过滤器往往都很小，这就造成更换滤芯频繁，维护工作量大。同时由于过滤器太小，单位面积上流速过大，过滤精度也无法保证。并且主液压系统各执行元件在动作时会造成非常剧烈的液压冲击、这些液压冲击所造成的压力、流量变化，都会直接作用于过滤器上，造成过滤器的超压、超速，从而导致过滤器过早失效。
试验表明，在流量波动的影响下，过滤器的过滤能力明显下降，原来已被拦截吸附的颗粒又被从新冲刷到下游中去。因此，每一次流量波动，下游就会增加一些颗粒，如果连续出现流量波动，则下游的附加颗粒就会逐渐增多，从而造成系统污染度的增大。
采用外循环过滤恰好可以克服内循环过滤系统的缺陷。外循环过滤系统与内循环系统一样对油液有相同的污染控制能力。又由于外过滤系统是独立于主液压系统之外的，不受主液压系统工作状态(如压力、流量波动等因素）的影响，因而对于同一精度的过滤器，用于外过滤时的效果比内过滤时要好的多，因此在外过滤系统中可采用低压、高精度和大压差的过滤器，并且在主系统不工作时可对油箱油液进行预净化，使系统油液的初始污染度水平控制在较低的水平。这样如果再能够有效控制外界污染物的侵入。则系统工作过程中元件的磨损将会很小，污染物生成率极低，从而可以有效地控制污染磨损。也就是说，借助于外过滤系统可以弥补内过滤系统的不足，并可以充分保证系统油液的初始污染度在很低的水平，从而达到延长机器寿命的目的。
国内某钢厂连轧薄板生产线系从国外引进的先进设备。自投产以来，为该厂的建设和发展起了重要的作用。该厂曾对冷轧机架液压压下系统的油液污染状况进行取样，根据从不同的五个取样点所取油样的测试结果分析，发现该液压系统的污染度均相当于NAS15～NAS16级，而本液压伺服系统的污染度要求至少控制在NAS的6级以下，污染度严重超标，根本不适合本系统的工作要求。
从系统原理图可以发现，该系统主循环系统共设有10台过滤器，在吸油管路、压力管路、回油管路、伺服阀前均设有过滤器加以保护，在这种条件下仍有NAS15～NAS16级的高污染度，充分说明本系统过滤器的过滤能力严重不足。
对于该系统极高污染度的产生原因进行分析，我们认为是对系统中侵入的污染物没有能力进行快速有效的过滤净化，致使污染物在系统中逐渐积蓄并参与对元件的磨损，从而形成链式反应而造成的。因此外界污染物侵入率和内部污染物生成率高于主循环系统过滤能力是造成液压系统污染物增大的主要原因。
针对这种情况，我们提出这样的解决方案：为了快速滤除污染颗粒，在系统的油箱上增设外循环过滤系统。外循环过滤系统进口设在油箱主系统的回油侧，以便及时滤除回油管及积蓄在油箱内的颗粒污染物。
采用上述外循环过滤系统后，有效地解决了油液的主过滤系统能力不足的缺点，克服了精密过滤与延长滤芯使用寿命之间的矛盾。在保证油液清洁度的同时，又减少了滤芯的更换次数，减轻了工人的劳动强度，降低了运行费用。采用该装置只需8分钟即可完成一次全油箱油液的过滤，能有效地保证系统中颗粒污染物的动态平衡。经测试，经过外循环过滤系统24小时的运行，五个取样口的油样全部达到NAS5～NAS6级的水平。
外循环过滤系统有旁路过滤系统和移动过滤系统等形式。
旁路过滤系统就是在主系统中并联一套独立的过滤系统，多用于油箱体积大、系统流量高的场合。如图1所示：
移动过滤系统即移动式滤油机，具有灵活、方便的特点，一般用于系统较多，且分散的场合。可方便地对各种液压、润滑系统进行加油过滤，也可并联在系统中作为旁路过滤。
移动过滤系统由于不受场地限制，所以一般都采用低压（≤1MPa）系统，高精度滤芯（3～5μm），大流量过滤器（1300L/min），并根据需要配置油箱、聚解脱水装置、真空脱水排气装置、吸附过滤装置等，实现既除颗粒杂质，又除去油中水分、气体、脱除胶质及降低酸值等一系列功能，使系统中的油液始终保持良好的状态。
目前，外循环过滤系统应用日益广泛，从工程机械和小型液压设备一直到大型设备的液压泵站都有应用，流量从每分钟几升直到上千升。
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