液压传动的工作介质

第1章

液压传动基础知识第1页/共47页第一页，共48页。第1章液压传动基础知识液压传动的工作介质液体静力学液体动力学管路系统流动分析液压冲击与气穴现象液体流动时的压力损失小孔和缝隙的流量第2页/共47页第二页，共48页。1.1.1液压油的物理特性1、密度ρρ=m/V[kg/m3]

一般矿物油的密度为850~950kg/m32、液体的可压缩性当液体受压力作用下体积减小的特性称为液体的可压缩性。体积压缩系数

体积弹性模量K=1/β[N/m2]

V­——压力变化前的液体体积；dP——压力的变化量（N/m2）dV——在压力变化dP时液体体积的变化量m3；液压油的体积弹性模量和温度、压力以及含在油液中的空气有关。一般在分析时取β=700--1000MPa。封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧（称为液压弹簧）：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。液体的可压缩性很小，在一般情况下当液压系统在稳态下工作时可以不考虑可压缩的影响。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，就需要考虑液体可压缩性的影响。1.1液压传动的工作介质第3页/共47页第三页，共48页。3、黏性定义：液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的黏性。存在的条件：黏性表征了流体抵抗剪切变形的能力。处于相对静止状态的流体不存在变形的抵抗，只有当运动流体流层间发生相对运动时，黏性才表现出来。剪切变形内摩擦力第4页/共47页第四页，共48页。黏性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动，在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。黏度的重要性：黏性的大小可用黏度来衡量，黏度是选择液压用流体的主要指标，是影响流动流体的重要物理性质。第5页/共47页第五页，共48页。

当液体流动时，由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的黏性使流体内各处的速度大小不等，以流体沿如图2-1所示的平行平板间的流动情况为例。图2-1液体的黏性示意图设上平板以速度u0向右运动，下平板固定不动。紧贴于上平板上的流体粘附于上平板上，其速度与上平板相同。紧贴于下平板上的流体粘附于下平板图2-1液体黏性示意图上，其速度为零。中间流体的速度按线性分布。我们把这种流动看成是许多无限薄的流体层在运动，当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时，两层间由于黏性就产生内摩擦力的作用。第6页/共47页第六页，共48页。

根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比，而与此二流体层间的距离dy成反比，即：以τ=F/A表示切应力，则有：

(2-4)

式中：μ为衡量流体黏性的比例系数，称为绝对黏度或动力黏度；表示流体层间速度差异的程度，称为速度梯度。第7页/共47页第七页，共48页。速度梯度：流体在两界面之间流动时，由于材料之间摩擦力的存在，使流体内部与流体和界面接触处的流动速度发生差别，产生一个渐变的速度场，称为速度梯度，或称切速率、剪切速率。

第8页/共47页第八页，共48页。

上式是液体内摩擦定律的数学表达式。当速度梯度变化时，μ为不变常数的流体称为牛顿流体，μ为变数的流体称为非牛顿流体。除高黏性或含有大量特种添加剂的液体外，一般的液压用流体均可看作是牛顿流体。第9页/共47页第九页，共48页。黏度的分类：绝对黏度μ运动黏度νΝν相对黏度°Et黏度第10页/共47页第十页，共48页。(1)绝对黏度μ。绝对黏度又称动力黏度，它直接表示流体的黏性即内摩擦力的大小。动力黏度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dy=1时，单位面积上的内摩擦力的大小，即：

动力黏度的国际(SI)计量单位为牛顿·秒/米2，符号为N·s/m2，或为帕·秒，符号为Pa·s。第11页/共47页第十一页，共48页。(2)运动黏度ν。运动黏度是绝对黏度μ与密度ρ的比值：在理论分析和计算中常常碰到绝对黏度与密度的比值，为方便起见才采用运动黏度这个单位来代替μ/ρ。它之所以被称为运动黏度，是因为在它的量纲中只有运动学的要素长度和时间因次的缘故。机械油的牌号上所标明的号数就是表明以厘斯为单位的，在温度50℃时运动黏度ν的平均值。从机械油的牌号即可知道该油的运动黏度。动力黏度和运动黏度是理论分析和推导中经常使用的黏度单位。它们都难以直接测量，因此，工程上采用另一种可用仪器直接测量的黏度单位，即相对黏度。ν=μ/ρ

例如20号油说明该油的运动黏度约为水的运动黏度的20倍，30号油的运动黏度约为水的运动黏度的30倍，如此类推。

第12页/共47页第十二页，共48页。(3)相对黏度°Et（条件黏度）相对黏度是以相对于蒸馏水的黏性的大小来表示该液体的黏性的。恩氏黏度的测定方法如下：测定200cm3某一温度的被测液体在自重作用下流过直径2.8mm小孔所需的时间t1，然后测出同体积的蒸馏水在20℃时流过同一孔所需时间t2(t2=50～52s)，t1与t2的比值即为流体的恩氏黏度值。恩氏黏度用符号°E表示。被测液体温度t℃时的恩氏黏度用符号°Et表示。

°Et=t1/t2

第13页/共47页第十三页，共48页。（3）相对粘度（条件粘度）：

将200ml温度为t℃的被测液体装入恩氏粘度计中，由其底部φ2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需的时间t

液，与同体积蒸馏水在20℃时流过同一粘度计所需时间t

水之比。用0Et表示。0Et=t

液/t

水，无量纲。60ml，单位：秒。故又称国际赛氏秒。恩氏粘度0E（中、德、前苏联）：赛氏粘度SUS

（美国）：第14页/共47页第十四页，共48页。

液压油黏度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，黏度就随之降低。不同种类的液压油，它的黏度随温度变化的规律也不同。我国常用黏温图表示油液黏度随温度变化的关系。(4)温度对黏度的影响。对于一般常用的液压油，当运动黏度不超过76mm2/s，温度在30～150℃范围内时，可用下述近似公式计算其温度为t℃的运动黏度：

黏温指数n随油的黏度而变化。νt为温度在t℃时油的运动黏度；ν40为温度为40℃时油的运动黏度；n为黏温指数。

黏度指数第15页/共47页第十五页，共48页。在一般情况下，压力对黏度的影响比较小，在工程中当压力低于5MPa时，黏度值的变化很小，可以不考虑。当液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其黏度也随之增大。因此，在压力很高以及压力变化很大的情况下，黏度值的变化就不能忽视。(5)压力对黏度的影响。第16页/共47页第十六页，共48页。换算关系：单位：均为

m2/s60ml，单位：秒。故又称商用雷氏秒。雷氏粘度R1S

（英国、美国）：第17页/共47页第十七页，共48页。（6）黏度指数黏度指数是度量油液黏度随温度变化程度的参数，黏度指数越高，则说明油温升高对黏度的影响越小，石油基液压油的黏度指数在95和105之间。而聚乙二醇的黏度指数则在160～200范围内。注意黏度指数与黏温指数的差别

第18页/共47页第十八页，共48页。在工程实际应用中，当液体压力在低于50MPa的情况下，可用下式计算其黏度：νp=ν0(1+αp)

式中：νp为压力在p(Pa)时的运动黏度；ν0为绝对压力为1个大气压时的运动黏度；p为压力(Pa)；α为决定于油的黏度及油温的系数，一般取α=(0.002～0.004)×10-5，1/Pa。第19页/共47页第十九页，共48页。1.1.2液压介质的种类

液压传动介质按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO6743/4）进行分类，主要有石油基液压油和难燃液压液两大类。

又称为矿物类液压油第20页/共47页第二十页，共48页。矿物油把通过物理蒸馏方法从石油中提炼出的基础油称为矿物油，加工流程是在原油提炼过程中，在分馏出有用的轻物质后，残留的塔底油再经提炼而成（称为老三套（溶剂精制、酮苯脱蜡、白土补充精制））。其主要两个步骤是溶剂精制去除芳烃等非理想组分和溶剂脱蜡以保证基础油的低温流动性。生产过程基本以物理过程为主，不改变烃类结构，生产的基础油取决于原料中理想组分的含量与性质；矿物油在提炼过程中因无法将所含的杂质清除干净，因此流动点较高，不适合寒带作业使用；因此，矿物油类基础油在性质上受到一定限制。

第21页/共47页第二十一页，共48页。

矿物油，主要是含有碳原子数比较少的烃类物质，多的有几十个碳原子，多数是不饱和烃，即含有碳碳双键或是叁键的烃。

第22页/共47页第二十二页，共48页。

普通液压油专用液压油1、石油基液压油抗磨液压油高黏度指数液压油

石油基液压油是以石油的精炼物为基础，加入抗氧化或抗磨剂等混合而成的液压油，不同性能、不同品种、不同精度则加入不同的添加剂。合成液压油——磷酸酯液压油2、难燃液压油水——乙二醇液压油

含水液压油油包水乳化液乳化液水包油乳化油第23页/共47页第二十三页，共48页。1、石油基液压油

（1）L-HL液压油（又名普通液压油）：采用精制矿物油作基础油，加入抗氧化、抗腐、抗泡沫、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于0℃以上的工作环境。其牌号有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代号L-HL中，L代表润滑剂类，H代表液压油，L代表防锈、抗氧化型，最后的数字代表运动黏度。

第24页/共47页第二十四页，共48页。

（2）L-HM液压油（抗磨液压油，M代表抗磨型）：其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于-15℃以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。

其牌号有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150

（3）L-HG液压油（又名液压一导轨油）：除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。第25页/共47页第二十五页，共48页。

（4）L-HV液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高黏度指数液压油）：用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增黏等添加剂调合而成。其黏温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。

（5）其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮用液压油、舰用液压油等。

在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力第26页/共47页第二十六页，共48页。2、难燃液压液

难燃液压液分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。

（1）合成型抗燃工作液

①水一乙二醇液（L-HFC液压液）：这种液体含有35％～55％的水，其余为乙二醇及各种添加剂（增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等）。其优点是凝点低（－50℃），有一定的黏性，而且黏度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统。其缺点是价格高，润滑性差，只能用于中等压力（20Mpa以下）。这种液体密度大，所以吸入困难。C2H6O2HO-CH2-CH2-OH第27页/共47页第二十七页，共48页。

水一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，可换用环氧树脂或乙烯基涂料。②磷酸酯液（L-HFDR液压液）

这种液体的优点是，使用的温度范围宽（-54～135℃），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。

其缺点是价格昂贵（为液压油的5～8倍）；有毒性；与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。第28页/共47页第二十八页，共48页。

（2）油水乳化型抗燃工作液（L-HFB、L-HFAE液压液）

油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类。

（3）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液压液）

这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占95％，其余5％为各种添加剂（抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增黏剂等）。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是黏度低，润滑性差。第29页/共47页第二十九页，共48页。1.1.3液压油的选择适宜的黏度和良好的黏温性能。一般液压系统所用的液压油其黏度范围为：ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s(2～5°E50)压缩性好，响应性能好液压油应具有良好的润滑性能良好的化学稳定性对金属、密封材料及橡胶软管等有良好的相容性比热、热传导率大，热膨胀系数小对液压油的要求：对密封材料、涂料等非金属材料的化学作用程度，如不起作用或很少起作用则相容性好

单位质量的物质作单位温度变化时所需要的热量

第30页/共47页第三十页，共48页。油液纯净，含杂质量少抗泡沫性好，抗乳化性好流动点和凝固点低，闪点和燃点高明火能使油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度液压油的选用方法使油液能自行燃烧的温度第31页/共47页第三十一页，共48页。泡沫的影响：润滑油基础油经过精制后仍会残存少量极性物质，且随着润滑油使用各种各样的添加剂来满足各种机械设备的高性能要求，便会在循环润滑系统中，产生发泡现象，不但影响润滑油的泵送，也破坏了油膜强度和稳定性，造成不应有的磨损事故，或使机器无法正常运转，诸如断油、气阻、烧结等现象便会不断发生。返回第32页/共47页第三十二页，共48页。液压油的选用方法液压油液的选用原则

选择液压油时，首先考虑其黏度是否满足要求，同时兼顾其它方面。选择时应考虑如下因素：（1）液压泵的类型（2）液压系统的工作压力（3）运动速度（4）环境温度（5）防污染的要求（6）综合经济性第33页/共47页第三十三页，共48页。选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的黏度范围，再选择合适的液压油品种。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的黏度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。第34页/共47页第三十四页，共48页。在选用液压油时，黏度是一个重要的参数。黏度的高低将影响运动部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统的发热温升等。所以，在环境温度较高，工作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选用黏度较高的液压油，否则相反。液压油的牌号(即数字)表示在40℃下油液运动黏度的平均值(单位为cSt)。原名内为过去的牌号，其中的数字表示在50℃时油液运动黏度的平均值。但是总的来说，应尽量选用较好的液压油。第35页/共47页第三十五页，共48页。使用液压油的注意事项保持液压油清洁防止空气进入液压油定期检查油液质量和液面高度控制温升看嗅摇摸识别油品品种的简易方法第36页/共47页第三十六页，共48页。1.液压油被污染的原因：液压系统的管道及液压元件内的污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里；外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进入液压油里；检修时，使灰尘、棉绒等进入液压油里；液压系统本身产生污垢,直接进入液压油等。1.1.4液压油的污染与防护

第37页/共47页第三十七页，共48页。2.油液污染的危害液压系统的工作性能液压元件

造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗粒进入到元件里，会使元件的滑动部分磨损加剧，并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔，或使阀芯卡死，从而造成液压系统的故障。水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。使液压系统经常发生故障第38页/共47页第三十八页，共48页。3.防止污染的措施使液压油在使用前保持清洁。使液压系统在装配后、运转前保持清洁。使液压油在工作中保持清洁。

采用合适的滤油器。定期更换液压油。控制液压油的工作温度。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新买来的液压油必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。液压元件在加工和装配过程中必须清洗干净，液压系统在装配后、运转前应彻底进行清洗，最好用系统工作中使用的油液清洗，清洗时油箱除通气孔(加防尘罩)外必须全部密封，密封件不可有飞边、毛刺。

尽量防止工作中空气和水分的侵入，采用密封油箱，通气孔上加空气滤清器，防止尘土、磨料和冷却液侵入。选用不同的过滤方式，不同的精度和不同的结构的滤油器，并要定期检查和清洗滤油器和油箱。更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗，排尽后注入新油。液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会加速化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限，一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，机床液压系统则应控制在55℃以下。

第39页/共47页第三十九页，共48页。TheEndThankyou!第40页/共47页第四十页，共48页。返回第41页/共47页第四十一页，共48页。液压导轨油是用于液压和导轨润滑为一个油路系统的精密机床润滑油。因此要求同时具备液压油和导轨油双重的使用性能。导轨是机床重要的运动机件，它的运动方式是往复、停顿相间的运动，常常发生粘着—滑动交替现象即爬行现象。机床出现爬行现象的原因，主要是上、下导轨之间的静摩擦系数大于动摩擦系数，静动摩擦系数差值越大，产生爬行就越严重。导轨爬行，严重影响了产品加工精度及表面光洁度，也缩短了机床及刀具的使用寿命。液压导轨油除了要求良好的抗氧性、抗磨性、破乳性和抗泡性外，还要求油品要有良好的防爬性和粘附性。防爬性能第42页/共47页第四十二页，共48页。返回评定导轨油防爬性能的方法很多，目前国内外还未有统一的方法。Lubrizol公司导轨油防爬性用ASTM

D2877评定，以静/动摩擦系数CC值表示，要求不大于0.8；美国机床工业协会HW－5标准是不大于1。我国导轨油的防爬性用粘滑特性试验法即越秀型粘滑特性试验机法测定。实验证明，越秀型粘滑特性试验机测得的静、动摩擦系数之差△μ与实际应用中的防爬效