隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代制造技術(shù)越來越朝著高速、高壓、高精度、高自動化及高可靠性的方向發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的動力傳動部分越來越普遍地采用液壓設(shè)備來實現(xiàn)各種動作。軸向柱塞泵、比例閥、伺服閥、靜壓液壓軸承等精密液壓元件在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普及。此類元件的正常運行對油品清潔度要求極高。研究表明：75%～85%的系統(tǒng)故障歸因于系統(tǒng)中的污染物。
液壓系統(tǒng)中的污染物，指在油液中對系統(tǒng)可靠性和元件壽命有害的各種物質(zhì)。主要有以下幾類：固體顆粒、水、空氣、化學(xué)物質(zhì)、微生物和能量污染物等。不同的污染物會給系統(tǒng)造成不同程度的危害。在液壓系統(tǒng)的各類污染物中固體顆粒最常見且危害最大。有關(guān)資料表明，在污染引發(fā)的液壓系統(tǒng)故障中，除了30%源于腐蝕外，其余70%都是由于固體顆粒存在造成液壓元件表面機(jī)械磨損。固體顆粒不僅加快液壓元件的磨損，而且會堵塞元件的空隙和孔口，使控制元件失靈而引起控制系統(tǒng)失效。另外，固體顆粒還引起著催化劑的作用。并使油液氧化導(dǎo)致其性能下降。由于固體顆粒的存在還增加了油液的熱容量，所以還影響到熱量向周圍傳遞的能力。因此，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置過濾器已成為一種必然的選擇。
對于一個液壓系統(tǒng)，可有多種過濾裝置。根據(jù)液壓系統(tǒng)的實際工作情況，我們將應(yīng)用于主液壓系統(tǒng)的過濾裝置定義為內(nèi)循環(huán)過濾系統(tǒng)，而將獨立于主液壓系統(tǒng)之外的過濾裝置定為外循環(huán)過濾系統(tǒng)。
對于內(nèi)循環(huán)過濾系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)和元件的不同要求分別在泵的吸油管路、壓力管路、回油管路、伺服閥或調(diào)速閥的進(jìn)油口處，設(shè)置不同過濾精度的過濾器。這些過濾器與液壓系統(tǒng)內(nèi)的其他元件一起構(gòu)成液壓系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，保證油品及系統(tǒng)的清潔度，從而達(dá)到減少磨損，避免維修，延長元件及設(shè)備使用壽命的目的。
在液壓系統(tǒng)中設(shè)置過濾器，現(xiàn)已成為液壓系統(tǒng)設(shè)計師們的常識性選擇。由各種過濾裝置組成的內(nèi)循環(huán)過濾系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是，內(nèi)循環(huán)過濾系統(tǒng)也有其固有的缺陷。對于任一個液壓系統(tǒng)，我們都希望其維護(hù)工作量越少越好，因此選擇一個足夠大的過濾器成為設(shè)計師的首選，但現(xiàn)代液壓系統(tǒng)往往要求體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，其上安裝的過濾器往往都很小，這就造成更換濾芯頻繁，維護(hù)工作量大。同時由于過濾器太小，單位面積上流速過大，過濾精度也無法保證。并且主液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件在動作時會造成非常劇烈的液壓沖擊、這些液壓沖擊所造成的壓力、流量變化，都會直接作用于過濾器上，造成過濾器的超壓、超速，從而導(dǎo)致過濾器過早失效。
試驗表明，在流量波動的影響下，過濾器的過濾能力明顯下降，原來已被攔截吸附的顆粒又被從新沖刷到下游中去。因此，每一次流量波動，下游就會增加一些顆粒，如果連續(xù)出現(xiàn)流量波動，則下游的附加顆粒就會逐漸增多，從而造成系統(tǒng)污染度的增大。
采用外循環(huán)過濾恰好可以克服內(nèi)循環(huán)過濾系統(tǒng)的缺陷。外循環(huán)過濾系統(tǒng)與內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)一樣對油液有相同的污染控制能力。又由于外過濾系統(tǒng)是獨立于主液壓系統(tǒng)之外的，不受主液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)(如壓力、流量波動等因素）的影響，因而對于同一精度的過濾器，用于外過濾時的效果比內(nèi)過濾時要好的多，因此在外過濾系統(tǒng)中可采用低壓、高精度和大壓差的過濾器，并且在主系統(tǒng)不工作時可對油箱油液進(jìn)行預(yù)凈化，使系統(tǒng)油液的初始污染度水平控制在較低的水平。這樣如果再能夠有效控制外界污染物的侵入。則系統(tǒng)工作過程中元件的磨損將會很小，污染物生成率極低，從而可以有效地控制污染磨損。也就是說，借助于外過濾系統(tǒng)可以彌補(bǔ)內(nèi)過濾系統(tǒng)的不足，并可以充分保證系統(tǒng)油液的初始污染度在很低的水平，從而達(dá)到延長機(jī)器壽命的目的。
國內(nèi)某鋼廠連軋薄板生產(chǎn)線系從國外引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備。自投產(chǎn)以來，為該廠的建設(shè)和發(fā)展起了重要的作用。該廠曾對冷軋機(jī)架液壓壓下系統(tǒng)的油液污染狀況進(jìn)行取樣，根據(jù)從不同的五個取樣點所取油樣的測試結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)該液壓系統(tǒng)的污染度均相當(dāng)于NAS15～NAS16級，而本液壓伺服系統(tǒng)的污染度要求至少控制在NAS的6級以下，污染度嚴(yán)重超標(biāo)，根本不適合本系統(tǒng)的工作要求。
從系統(tǒng)原理圖可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)主循環(huán)系統(tǒng)共設(shè)有10臺過濾器，在吸油管路、壓力管路、回油管路、伺服閥前均設(shè)有過濾器加以保護(hù)，在這種條件下仍有NAS15～NAS16級的高污染度，充分說明本系統(tǒng)過濾器的過濾能力嚴(yán)重不足。
對于該系統(tǒng)極高污染度的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，我們認(rèn)為是對系統(tǒng)中侵入的污染物沒有能力進(jìn)行快速有效的過濾凈化，致使污染物在系統(tǒng)中逐漸積蓄并參與對元件的磨損，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而造成的。因此外界污染物侵入率和內(nèi)部污染物生成率高于主循環(huán)系統(tǒng)過濾能力是造成液壓系統(tǒng)污染物增大的主要原因。
針對這種情況，我們提出這樣的解決方案：為了快速濾除污染顆粒，在系統(tǒng)的油箱上增設(shè)外循環(huán)過濾系統(tǒng)。外循環(huán)過濾系統(tǒng)進(jìn)口設(shè)在油箱主系統(tǒng)的回油側(cè)，以便及時濾除回油管及積蓄在油箱內(nèi)的顆粒污染物。
采用上述外循環(huán)過濾系統(tǒng)后，有效地解決了油液的主過濾系統(tǒng)能力不足的缺點，克服了精密過濾與延長濾芯使用壽命之間的矛盾。在保證油液清潔度的同時，又減少了濾芯的更換次數(shù)，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，降低了運行費用。采用該裝置只需8分鐘即可完成一次全油箱油液的過濾，能有效地保證系統(tǒng)中顆粒污染物的動態(tài)平衡。經(jīng)測試，經(jīng)過外循環(huán)過濾系統(tǒng)24小時的運行，五個取樣口的油樣全部達(dá)到NAS5～NAS6級的水平。
外循環(huán)過濾系統(tǒng)有旁路過濾系統(tǒng)和移動過濾系統(tǒng)等形式。
旁路過濾系統(tǒng)就是在主系統(tǒng)中并聯(lián)一套獨立的過濾系統(tǒng)，多用于油箱體積大、系統(tǒng)流量高的場合。如圖1所示：
移動過濾系統(tǒng)即移動式濾油機(jī)，具有靈活、方便的特點，一般用于系統(tǒng)較多，且分散的場合?？煞奖愕貙Ω鞣N液壓、潤滑系統(tǒng)進(jìn)行加油過濾，也可并聯(lián)在系統(tǒng)中作為旁路過濾。
移動過濾系統(tǒng)由于不受場地限制，所以一般都采用低壓（≤1MPa）系統(tǒng)，高精度濾芯（3～5μm），大流量過濾器（1300L/min），并根據(jù)需要配置油箱、聚解脫水裝置、真空脫水排氣裝置、吸附過濾裝置等，實現(xiàn)既除顆粒雜質(zhì)，又除去油中水分、氣體、脫除膠質(zhì)及降低酸值等一系列功能，使系統(tǒng)中的油液始終保持良好的狀態(tài)。
目前，外循環(huán)過濾系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，從工程機(jī)械和小型液壓設(shè)備一直到大型設(shè)備的液壓泵站都有應(yīng)用，流量從每分鐘幾升直到上千升。
圖一所示為一種小型外循環(huán)過濾裝置，可方便地安裝在各種工程機(jī)械或小型液壓設(shè)備上。它采用1μm的高精過濾器，最大流量為16L/min，耐壓差0.35MPa，功率0.3kw。使用經(jīng)驗表明，采用這種裝置，可使系統(tǒng)油液的清潔度比原來提高3～5級（NAS1638）。
圖二所示為一種便移式外循環(huán)過濾裝置，可靈活移動于各液壓泵站間，為這些設(shè)備進(jìn)行加油過濾，并可并入系統(tǒng)作為旁路過濾。它采用3μm的高精過濾器，最大流量為32L/min，耐壓差0.6MPa，功率0.55kw。
目前外循環(huán)過濾系統(tǒng)也應(yīng)用于一些大型液壓設(shè)備和潤滑系統(tǒng)的液壓泵站。作為應(yīng)對系統(tǒng)突發(fā)事故及日常維護(hù)保養(yǎng)的一個重要組成部分。圖三所示為一種真空過濾裝置，其特點為采用三級高精度大納污量過濾器，過濾精度3～5μm甚至更高。采用真空除水系統(tǒng)進(jìn)行脫水脫氣，可使油液迅速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平。
過濾是液壓潤滑系統(tǒng)中不可缺少的油液凈化措施。液壓系統(tǒng)油液清潔度幾乎都依賴油液過濾來控制。系統(tǒng)污染控制的能力與效果，不僅僅取決于過濾器的精度，而且與過濾器在系統(tǒng)中的總體設(shè)計及對污染侵入的控制程度密切相關(guān)。目前認(rèn)為比較完善的過濾系統(tǒng)不但包括主系統(tǒng)過濾，如吸油過濾器、壓力管路過濾器、回油過濾器等，還必須包括外循環(huán)過濾（旁路過濾）。主系統(tǒng)過濾器可對系統(tǒng)重要元件進(jìn)行保護(hù)過濾，而外循環(huán)過濾可在主系統(tǒng)不工作時進(jìn)行預(yù)過濾，并在工作中進(jìn)行強(qiáng)化過濾，這樣可使油箱內(nèi)的油液始終保持很高的清潔度，為主系統(tǒng)提供清潔的油源，因而可以縮小甚至省去壓力管路的高壓過濾器。外循環(huán)過濾系統(tǒng)與內(nèi)循環(huán)過濾系統(tǒng)相結(jié)合，可以使系統(tǒng)獲得非常好的過濾效果。
