随着工程机械的驾驶室、排放系统、电子设备和安全技术日趋先进，传统液压硬件的可用空间正面临越来越大的竞争。
与此同时，制造商们热衷于在不影响生产效率的前提下，降低机器重量、减少资源消耗并简化维护。
液压油箱显然是需要缩小体积的目标，但缩小其体积并非易事——这不仅仅是设计一个更小的油箱的问题。
油藏历史上承担着多种功能，如果不了解这些功能就抽取石油，可能会引发一系列问题。
水库为何变得如此庞大
传统的水库规模设计指南反映了三个主要需求：热管理、污染物沉降和自然脱氧。
影响液压油质量的因素有很多。考虑到这一点，传统的经验法则是保持相当于泵流量两到三倍的油量，以便让热量、颗粒和空气从循环流体中排出。
这种局面正在改变，新的油温管理方案和高效过滤方案能够更直接地解决污染问题。
因此，通风是进一步缩小规模的最重要制约因素之一。
唐纳森公司高级液压产品经理 Jared Flanigan 表示：“大多数现代液压系统都使用油冷却器来控制油温，从而无需油箱承担此责任。”
“过滤和曝气管理使原始设备制造商能够根据系统的实际需求优化储罐尺寸。”
空气的隐性成本
在液压油加注和维护过程中，空气会通过泄漏或密封件磨损进入液压油，并且在油箱停留时间较短的情况下难以分离。部分空气以泡沫或气泡的形式可见；部分空气则溶解或夹带在液压油中，肉眼无法察觉，却隐匿其中。
高压下气泡内爆会导致液压元件发生空化损伤。当空气到达低压区时，会形成气泡，然后随着气泡移动到高压区而破裂。
由此产生的空化现象会损坏泵，并影响阀门和其他部件的性能。
即使在发生故障之前，含气油也会降低泵的效率，增加噪音和振动，并损害现代机器所期望的精确、稳定的运动。
因此，设计上的挑战不仅在于消除可见的气泡，还在于控制空气在系统中的整个过程，并防止空气返回到关键部件。
从溶解空气到可移除气泡
弗拉尼根描述了唐纳森的 STREAMTEQ 技术，该技术是通过对空气如何与液压油相互作用、在压力下的行为以及通过多孔过滤介质时的反应进行广泛研究而开发的。
他说：“这项技术可以分为三个不同的阶段：成核、聚结和生长以及捕获。
“它关注的是你看不见的空气，因此成核是使空气从溶液中出来的第一步——本质上是将其状态从夹带变为自由。
STREAMTEQ™ 两阶段除气工艺“小气泡会聚合形成更大的气泡。一旦气泡变大，就必须将其捕获并引导出油中，防止它们进入你不希望它们去的地方——也就是油泵。”
这项任务是通过双级过滤器来实现的。第一级使用多层合成滤材，高效去除污染物，并在油气混合物从高压区流向低压区时启动成核阶段。
第二阶段控制空气，捕获气泡并将其引导至储液罐的液面，使自由空气逸出。
这样一来，过滤和脱气就变成了协调的系统功能，而不是对不同问题的单独应对措施。
更复杂电路的保护
油箱优化只是其中的一部分机遇。移动液压回路已经从以机械系统为主转向以电液系统为主，在更高的压力和更小的间隙下运行。
阀门、泵和电机现在对污染更加敏感，因此高效过滤对于保持这些部件长期高效运行至关重要。
唐纳森解决方案支持复杂的液压回路。图片：Shutterstock如果泵或电机因磨损或污染而发生内部损坏，则产生的任何相应碎屑都可以通过壳体排水管重新循环；将有害污染物返回储液罐，并返回系统。
这使得机壳排水管线在污染方面成为一个特别令人担忧的问题，但由于对背压敏感以及存在损坏泵或电机密封件的风险，它们通常不进行过滤。
唐纳森 STREAMTEQ 技术中使用的双级罐内过滤器，可以通过将主机具回油和壳体排油流量结合起来，同时集成新油加注、旁通和呼吸保护，为系统提供额外的保护。
更少的独立组件意味着更智能、更简单的储罐设计，更少的潜在泄漏点，以及更简单的制造和服务流程。
过滤器不再是水箱设计完成后选择的配件，而是一项关键的设计特征，它会影响水箱的尺寸、形状和性能。
案例研究：适用于紧凑型设备的小型储罐
最近，一家领先的工程机械制造商在小型滑移装载机平台上遇到了包装方面的挑战。
重新设计的驾驶室需要更多空间，而液压油箱则占用了宝贵的空间。
制造商希望通过增加一个油箱内回油过滤器来减少油箱的占地面积并提高液压系统的保护。
实验室测试表明，采用 STEAMTEQ 脱气技术后，储气库容量可能会减少多达 44%。
生产设计团队决定采取一种更为谨慎但仍然雄心勃勃的方法。他们引入了唐纳森HKK多功能内置过滤器，该过滤器采用了STREAMTEQ除气技术，使得原有的36升储水箱容量减少了10升，即28%。
其结果是系统保护性能更佳，包装灵活性更高，每台机器的液压油用量减少了 10 升。
罐内回流过滤的加入，使现有的充注过滤器维护间隔从 500 小时延长至 1000 小时，从而延长了维护周期，改善了最终用户体验。
事实上，即使在研发阶段，这种额外的保护措施也发挥了重要作用。故障泵或电机产生的碎屑会通过壳体排水管路返回，但第二级过滤器会在碎屑循环造成进一步损坏之前将其截留。
唐纳森公司的贾里德·弗拉尼根表示：“壳体泄油功能有助于防止液压系统发生潜在的灾难性故障。之前的过滤方案不包含壳体泄油过滤，因此这证明了增强型保护措施的价值。”
在生产规模下，单台机器的少量节约也能产生可观的效益。项目数据显示，每年可节省相当于约1400桶的石油，而唐纳森公司计算得出，在十年的生产周期内，全生命周期可减少约1万吨二氧化碳当量排放。 *
这些数据取决于生产量和运营假设，但它们说明了减少初始填充量和服务消耗的累积效应。
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降低生命周期成本，而不仅仅是降低石油消耗量
液压油是一种重要的工程资源，但也是一项持续的运营成本。
一名机械师正在检修机器的液压系统。图片来源：Shutterstock较小的初始填充量可以减少制造过程中所需的材料、机器承受的重量以及维护期间最终处理的体积。
更长的过滤周期还可以减少服务干预和相关的停机时间。
弗拉尼根表示：“定期更换液压油是维护成本的主要驱动因素。最终用户不应该因为成本而推迟维护。节约系统中的液压油有助于降低整体维护成本，并改善最终用户的体验。”
然而，必须在系统层面评估这些收益。储罐小型化的益处应根据实际运行周期、流量条件、排气特性、污染目标、冷却能力和服务要求来衡量。
最终目标不是追求最小的水库，而是追求能够提供可靠机器、不影响生产率且维护更易于管理的最小水库。
从一开始就将过滤系统设计融入设计之中
OEM 工程团队的任务是做出许多影响机器设计的决策，从性能到包装和生产组装；但过滤仍然是决策过程中的一个重要因素。
唐纳森HKK多功能内置过滤器对他们来说，将储罐、过滤器、除氧策略和液压回路视为一个集成设计问题，可以创造出逐个组件开发可能会错过的选择。
“在水库设计中，过滤器绝不应该是事后才考虑的因素，”弗拉尼根说。
“油箱内过滤器是液压系统的重要组成部分。它能保护关键部件，优化油箱，同时增加功能并提供系统级保护。”
“围绕过滤器进行设计可以实现你以前从未想过的结果。”
随着设备平台变得越来越紧凑，技术要求越来越高，这种系统方法可能会变得越来越重要。
现在已经很清楚，有效的空气和污染管理可以实现更大的设计灵活性和系统保护。
有效的空气和污染管理不仅可以实现更大的设计灵活性和系统保护，还可以帮助实现下一代工程机械的效率、可靠性和可持续性目标。
图片来源：Shutterstock*基于参考排放因子、预期项目规模和制造商建议。
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本文由 KHL 内容工作室与唐纳森公司的专家合作撰写。
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所有未注明出处的图片均由唐纳森提供。
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