《液压传动》液压工作介质

1、1第一节第一节 液压油液的主要物理特性液压油液的主要物理特性 第二节第二节 液压油的化学特性及对液压油的一般要求液压油的化学特性及对液压油的一般要求 第三节第三节 液压工作介质的类型液压工作介质的类型 第四节第四节 工作介质选择使用和维护工作介质选择使用和维护 本章小结本章小结 思考题和习题思考题和习题 第二章第二章 液压工作介质液压工作介质2 工作介质(Working medium)是液压系统不可缺少的组成部分，其主要作用是完成能量转换和传递，除此之外，还有散热、防止锈腐、减少磨损和摩擦、沉淀和分离不可溶污物等作用。 液压系统早期的工作介质主要是水，目前主要是矿物石油基液压油，目前纯水和其他

2、难燃(抗燃)液压液也在应用。工作介质是液压系统的血液，对液压系统的性能、寿命和可靠性有着重要影响，不同功能的液压系统对工作介质有不同的要求，这也是选择工作介质的主要依据。 由于目前液压系统的工作介质主要是液压油(Hydraulic oil)，故本章主要介绍液压油的基本知识。 第二章第二章 液压工作介质液压工作介质3一密度一密度(Density)和重度和重度(Weight density) 密度(重度)定义为单位体积液体的质量(重度) 其中m 体积为V的液体的质量，kg G 体积为V的液体的重量，N，G=mg g 重力加速度，g=9.81 V 液体的体积 上述的密度 或重度 为平均值，在液压传动

3、理论分析中还是足够准确。 和 都随温度升高而减小和压力升高而变大，相反亦真，但变化甚小，可视为常量。 Vm/3/ mkgVG/3/mN3/mNg第一节 液压油液的主要物理特性 4 流体分子间的内聚力(引力)阻止分子间的相对运动而产生内摩擦力的特性称流体的粘性。粘度是对流体阻力(内摩擦力)的度量，即粘滞程度的定量表示。 牛顿粘性定律粘度表达式 或者dyduAF)(PadyduAF式中 A 相对运动层面积， ; F 相对运动层内摩擦力，N 液体内部切应力(单位面积上内摩擦力)，Pa=N/m2 速度梯度，(m/s)/m；u随y增大取“”号，反之取“”号 比例系数，称动力粘度，Pa.sdydu二粘性和

4、粘度52粘度的表示方法和单位 （1）动力粘度(Dynamic viscosity) 为油液体种类和温度决定的比例系数，它表征液体粘度的内摩擦程度，称动力粘度或绝对粘度(Absolute viscosity) （2）运动粘度(Kinematic viscosity) 运动粘度为动力粘度 和密度的比值 (3) 相对粘度(Relation viscosity) 直接测量动力粘度很不方便，在工程上采用简单的方法，即测量液体的相对粘度(又称条件粘度)。它采用规定的粘度计，在规定的条件下测量液体的粘度。根据测量方法和条件不同。 相对粘度有多种：中国和一些欧洲国家采用恩氏粘度(E)，英国采用商用雷氏粘度（R

5、），美国采用国际赛氏粘度（SSV）。63粘温特性(Viscosity-temperature characteristics) 油液粘度随温度升高(降低)而变小(大)的特性称粘温特性，可用粘度温度曲线表示。部分液压介质的粘度温度特性曲线如图2-2所示。 74粘压特性(Viscosity-pressure characteristics) 粘度随压力的升高(降低)而增大(减小)的特性称粘压特性。部分液压介质的粘压特性曲线见图2-3。 一般而言，对中低压传动系统，温度和压力对粘度的影一般而言，对中低压传动系统，温度和压力对粘度的影响可不计。但对于高压系统，尤其润滑问题，必须考虑压力响可不计。但对于

6、高压系统，尤其润滑问题，必须考虑压力温度，甚至混入的气体对粘度的影响。温度，甚至混入的气体对粘度的影响。 85. 可压缩性(Compressibility) 液(气)体受压后体积变小的特性称液(气)体的可压缩性(Compressibility)。在一般计算时，液体的可压缩性可不计，但对元件或系统作动态分析时则不可忽略不计。液体受压，密度变大，体积变小(图2-4) （a）初始状态 (b)终止状态图24 液体可压缩性 9三、热力学特性三、热力学特性 1体积膨胀性(Expansibility) 在压力不变时，液体体积随温度升高而变大的特性称体积膨胀特性，其大小可用体积膨胀系数表示2比热容单位质量的液

7、体上升单位温度所需的热量称比热。对于石油型液压液，比热C=17002100()3导热系数(Heat transfer coefficient)导热系数定义为沿热流传导方向单位强度梯度下，单位时间内通过单位法向面积的热量， 10四、其他物理特性四、其他物理特性1剪切安定性(Shear stability)在规定条件下，液压油(液)抵抗剪切作用保持其粘度和与粘度有关的性质不变的能力。2. 含水量(Water content)和含灰量(Ash content)油液中含水重量的百分数，称含水量或水分；油液在规定条件下燃烧后所得剩下残物重量百分数，称含灰量和灰分。两者的数量均是愈小愈好。3. 凝点(So

8、lidification Point)在规定条件下，冷却油液到停止移动时得最高温度，称凝点，一般油液的工作温度要高于凝点10以上。4. 抗泡沫性(Anti-foaming property)和空气释放能力(Air release)油液在规定条件下，使充入油液中得空气泡迅速上浮消失的能力，称抗泡沫性，其值愈小愈好。油液释放分散在自身体系中的雾沫空气的能力，称空气释放能，其值愈大愈好。 11五液体中的气体对液体性能的影响五液体中的气体对液体性能的影响 液体中所含气体体积的百分比，叫气体含量。气体在液体中的存在式有两种：混合和溶解。前者以气泡形式游离液体中，混入的气体使液体粘度变大和体积弹性模量降低

9、。溶解在液体中的气体以分子状态均匀混合在液体中，对液体的粘度和体积弹性模数无影响。 12气穴现象：液压系统中某些局部位置的绝对压力可能低于大气压Pa而形成真空状态，这时，这部分气体将迅速从液体中游离出来形成小气泡。这种现象称为液体的气穴现象(Cavitation)。如果液体压力下降较多时，使大量气体形成较大气泡，迅速从液体中游离出来，称严重气穴。它使液压系统容积效率明显降低，液体的有效体积模数显著减小，并产生振动和噪声。这是因为，当分离出来的气泡随液体到高压区时，气体又将溶解或液化，使气泡迅速破灭，产生局部液压冲击。由于发生气穴而使元件表面腐蚀，称为气蚀(Cavitation erosion)

10、。气蚀现象会大大缩短液压元件的工作寿命，恶化系统的性能，必须防止发生。13一、液压油液的有关化学特性一、液压油液的有关化学特性(Chemical character)1防锈蚀性(Rust protection)防锈蚀性是指油液阻止与其相接触的金属材料生锈和被腐蚀的能力。液压油中不可避免地存在水和空气，水分子和空气中氧的作用会使金属材料产生锈蚀。另外，液压油中其他化学添加剂发生氧化或水解反应后，产生地腐蚀性物质也会使金属材料产生锈蚀。液压元件的锈蚀影响系统的正常工作和寿命。 油液的腐蚀性可用酸值(Acidity)评价。中和1克油液中的酸性物质所需的氢氧化钾(KOH)的毫克数称酸性。酸值高的油液腐

11、蚀性强。提高油液防腐蚀的能力的主要方法是添加防腐添加剂，它与金属表面形成牢固的吸附膜，或使金属表面形成钝化膜，防止金属材料表面与腐蚀介质接触而起到防锈蚀作用。常用添加剂有十二烯基丁二酸，二壬基萘磺酸钡等。 第二节 液压油化学特性及对液压油的要求 142氧化稳定性和热稳定性氧化稳定性和热稳定性(Oxidation &Thermal stability) 氧化稳定性是指油液抵抗与含氧物质氧化稳定性是指油液抵抗与含氧物质( (如空气如空气) )起氧化反应而引起性起氧化反应而引起性质发生永久变形的能力。质发生永久变形的能力。 油液被氧化后可能形成固体沉淀物和胶状物和酸性物质，使元件发油液被氧化后可能形

12、成固体沉淀物和胶状物和酸性物质，使元件发生锈蚀、磨损而引起阻尼孔堵塞而诱发故障。良好的氧化稳定性可使油生锈蚀、磨损而引起阻尼孔堵塞而诱发故障。良好的氧化稳定性可使油液延长使用寿命。为提高氧化稳定性，通常加入抗氧化添加剂。抗氧化液延长使用寿命。为提高氧化稳定性，通常加入抗氧化添加剂。抗氧化添加剂有游离基抑制剂、过氧物质分解剂和金属钝化剂三种类型。添加剂有游离基抑制剂、过氧物质分解剂和金属钝化剂三种类型。 热稳定性是油液抵抗热作用而引起性质发生永久变形的能力。当油热稳定性是油液抵抗热作用而引起性质发生永久变形的能力。当油液温度达到一定程度时，油液产生裂化或聚合作用，前者产生挥发性较液温度达到一定程

13、度时，油液产生裂化或聚合作用，前者产生挥发性较高的物质，后者而产生树脂物质，焦油甚至焦炭。油液工作温度较高时高的物质，后者而产生树脂物质，焦油甚至焦炭。油液工作温度较高时热稳定性变差。一般情况下油液的温度都限制在热稳定性变差。一般情况下油液的温度都限制在5050以下。以下。 153抗腐性抗腐性(Anti wear,Wearability) 抗腐性是在对偶表面形成润滑膜而减少磨损的一种性能。液压元件中存在摩擦副，理想的状况是摩擦副处于完全流体润滑状态，而不能处于干摩擦状态。实际情况是摩擦副不可能一直处于完全流体润滑状态，处于干摩擦状态使摩擦阻力增加、磨损加剧，加速元件磨损失效。为使在难以形成流体

14、润滑情况下免除干摩擦，必须提高油液的抗腐性。 常用的抗磨添加剂有油酸、硫化鲸鱼油、硫化烯氢棉子油等。这类润滑剂在低温轻载条件下有良好润滑性能，在高温条件下不能起作用。 添加了极压添加剂的液压油称抗磨液压油。 164. 密封适应性密封适应性(Seal compatibility)和材料的相容性和材料的相容性油液作用于密封弹性体时，对密封件尺寸和机械性能的影响程度和适应性能，称油液的密封相适应性。良好的密封适应性意味着油液对密封件尺寸和机械性能影响极小，对密封材料的适应范围广。 油液与它接触的金属、非金属及涂料之间不发生相互损坏和显著影响性能的特性称为与材料的相容性。5. 难燃性难燃性(Fire

15、resistance property) 油液受高温热源或明火影响而不着火或难于着的能力，称难燃烧性；它是用闪点(Flash point)和燃点(Fire point)描述的。 闪点和燃点以，表示。闪点高的油液难于燃烧。矿物基液压油存在着火的危险。乳化液(Emulsion fluid)，水一乙二醇液压液(Fluid water-glycol)和磷酸酯液压液(Fluid phosphate ester)等具有良好阻燃性。176. 抗乳化性抗乳化性(Anti emulsibility)和水解稳定性和水解稳定性(Hydrolytic stability) 阻止油液与水混合形成乳化液的能力称抗乳化性。

16、水解稳定性是指油液抵抗与水起化学反应的能力。 水是油液中的非常有害的物质。为清除油液中的水分，应在油液中加入适量破乳剂，使水不易与油液形成乳化液，而是处于游离状态，以便分离出来。 油液还应具有良好的水解稳定性抵抗与水起化学反应的能力。 187. 操作特性操作特性(Operating character) 操作特性是指油液的毒性、气味、颜色和贮存特性。对以油液为工作介质的液压系统，一般有如下要求：对以油液为工作介质的液压系统，一般有如下要求： 适当的粘度和良好的粘温特性。 良好的相容性。 良好的抗磨性 良好的抗氧化性能 良好的流动性和抗燃性 良好的抗乳化性能 清洁性能好 良好的使用特性19 液压

17、传动的工作介质(液压液)可分为两大类和四种基本类型，即矿物(石)油基液压液和难燃液压液（包括乳化液、合成液和纯水）。一、矿物一、矿物(石石)油基液压液油基液压液(Petroleum Hydraulic Oil) 液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种添加剂(Additive)调制而成的。在ISO分类中，产品符号为HH、HM、HL、HR、HG、HV型油液为矿物石油型液压油。现简介如下：1. HH液压油(HH Hydraulic oil) 不含任何添加剂的精炼矿物油。其他各种液压油都是在此基础上加入不同添加剂(Addictive)调制而成的。它虽列入液压油的分类中，因其稳定性差，易起泡等，不宜作为

18、传动介质使用。第三节 液压工作介质的类型 202. HL液压油(HL Hydraulic Oil) 这是普遍液压油，俗称机械油(Machine Oil)；其中H表示液压系统用的工作介质，L表示润滑剂和有关产品；有HL10,15,22,32,45,100等规格。数字序号表示该种产品在40的运动粘度（mm2/s），可用于低压液压系统和机床主轴箱、齿轮箱润滑。3. HM液压油(抗磨液压油，Anti wear oil) 该产品有HM15,22,32,46,68,100,150等七个品种，它是在HL的基础上添加油性和极压抗磨剂、金属钝化剂等制成的。它广泛用于 各类低、中、高压液压系统及中等负荷的机械润滑

19、部位。 4. HR液压油(HR Hydraulic Numerical Control) 本产品有HR15，32，46等三个品种。它是在HL液压油基础上，添加粘度指数添加剂而成的。油液粘度随温度变化小，或粘温特性好，粘度指数高，又称高粘度指数液压油，又名数控液压油(numerical control machine oil)。它适用于数控机床中的液压系统或装有伺服阀的液压系统。215. HG液压油(HG Hydraulic oil, slideway oil) 它是在HM液压油的基础上添加抗粘滑剂而成的，适用于导轨和液压系统共用一种油的机床，具有良好润滑性和防止低速爬行特性，称为导轨液压油。6

20、. HV液压油(HV Hydraulic oil ,low temperature oil) HV液压油即低温液压油(Low temperature oil)，它是在HM液压油的基础上又添加了降凝剂，改善了低温性能。本产品寒冷环境下的中、低、高压液压系统，如常被工作条件恶劣的户外工程机械这样的液压系统所采用。7.HS液压油也是低温液压油(Low temperature oil)， 它的低温粘度比HV液压油更小，主要用于严寒地区。8.专用液压油(Special purpose oil) 航空液压油为优质液压油，具有良好的粘温性、低温性和氧化稳定性。在常温下粘度偏低，且价格昂贵，主要用于飞机液压系

21、统。 炮用液压油。本产品是添加了增粘、防锈、抗氧化剂而制作的低粘度、低凝点液压油，用于高射炮和坦克稳定性液压系统。 舰用液压油。本产品为精制液压油，含有增粘、抗氧、防锈、抗磨、抗泡沫等多种添加剂，适用于各种舰船液压系统。22二、难燃液压液(Fire resistance fluid)难燃液压油可分为三种：高水基液压液、合成液和纯水。1HFAE(高水基液，或HWBE或HWCF) HFAE(高水液乳化液) 通常称水包油乳化液，它由95的水和5的矿物油(或其他型油类)及多种添加剂混合而成，呈乳白色。国内煤矿液压系统支架系统(高压)广泛使用这种液压液。 HFAS(高水基合成液)不含油，由95的水和5的

22、含有多种水溶性添加剂的浓缩液混合而成，适用于低压系统，透明，抗磨性优于HFAE。 HFAM(高水基微孔乳化液) 是由95的水和5的含有高级润滑油与多种添加剂(含油性和极压添加剂) 混合而成，半透明。兼有HFAE和HFAS的优点，适用于中低液压系统。 HFBC油包水乳化液(Fluid water in oil) 是由40的水和60的精制矿物油和多种添加剂混合而成，呈乳白色。性能接近液压油，价格低，乳化稳定性差。在冶金轧钢的中低液压系统中应用较多。232合成液压液(Synthetic fluid) HFCC水一乙二醇(Fluid water-glycol) 。本产品中水占3555，乙二醇占2040

23、，增粘剂约占1015，其余为添加剂。 具有良好抗燃性，主要用于防火液压系统，稳定性好，使用寿命长。抗燃性好，价格昂贵(为液压油的58倍)。 缺点是对环境污染严重，有刺激性气味和轻微毒性，与普通橡胶密封件和涂料不相容，适用于需要防燃的高温高压系统。243纯水(Water) 水是液压传动的最早使用介质，后因其缺陷被液压油取代。随着人们对环境安全和可持续发展的重视及绿色概念的流行，水有环保、安全和价格低廉等优点，重新被重视，产生了纯水液压技术。一般认为纯水是自然状态的水或被物理加工过的自然状态的水，但不含任何化学添加剂应是确定的。 国外已研制出压力为14MPa16MPa的液压系统并投入工业生产，纯水液压元件还形成一定规模的商品市场。纯水原来固有的缺点并没有消失，人们寄希望于材料科学和新工艺、新的设计理念。纯水液压技术的发展，尚有许多困难，但应引起足够重视。 25一、工作介