液压元件与系统 第4版 课件 第十九章　液压系统工作介质

第十九章液压系统工作介质第一节液压系统对工作介质的主要性能要求

第二节工作介质的主要理化性能

第三节工作介质的分类

第四节液压油(液)的主要品种及技术性能

第五节液压油(液)的选用

第六节液压油(液)的合理使用和维护

第七节水液压传动的优越性及使用要点工作介质是液压系统中十分重要的组成部分，如果说液压泵是液压系统的心脏，那么液压介质就相当于液压系统的血液，它在液压系统中要完成如下一系列重要功能：1)有效地传递能量和信号。

2)润滑运动部件，减少摩擦和磨损。

3)在对偶运动副中提供液压支承。

4)吸收和传送系统所产生的热量。

5)防止锈蚀。

6)传输、分离和沉淀系统中的非可溶性污染物质。

7)为元件和系统的失效提供和传递诊断信息。第一节液压系统对工作介质的主要性能要求第一节液压系统对工作介质的主要性能要求(1)合适的粘度及良好的粘温特性

(2)良好的氧化安定性和热安定性

(3)良好的抗磨性(润滑性)(4)良好的抗乳化性和水解安定性

(5)良好的抗泡性和空气释放性

(6)良好的缓蚀性(7)与密封材料的相容性

(8)良好的剪切安定性

(9)良好的过滤性第一节液压系统对工作介质的主要性能要求(10)与环境相容

(11)与产品相容

(12)良好的抗燃性

(13)其他第二节工作介质的主要理化性能1.密度

2.压缩性

3.粘度

4.润滑性能

5.闪点、燃点和自燃温度

6.倾点和凝点

7.中和值(又称酸值)

8.腐蚀性1.密度

(19-1)(19-2)单位体积流体的质量称为密度，用ρ表示。即2.压缩性(1)压缩系数和体积弹性模量每增加单位压力，液体体积所产生的相对压缩量称为压缩系数，以β表示。

(2)油中混气与有效体积弹性模量液压系统在大气环境下工作，其工作介质中不可避免地要混入气体。(1)压缩系数和体积弹性模量(19-3)(19-4)每增加单位压力，液体体积所产生的相对压缩量称为压缩系数，以β表示。即(1)压缩系数和体积弹性模量图19-1矿物油在等温压缩过程中的体积弹性模量(2)油中混气与有效体积弹性模量图19-2不同油液中空气的溶解量(2)油中混气与有效体积弹性模量图19-3液体的/随压力和空气含量的变化3.粘度(1)粘度的定义及表示方法

(2)温度对粘度的影响(3)粘度指数(VI)

(4)粘度与压力的关系(1)粘度的定义及表示方法1)动力粘度(又称绝对粘度)。

2)运动粘度。

3)条件粘度(又称相对粘度)。1)动力粘度(又称绝对粘度)。根据牛顿内摩擦定律，流体作剪切流动时所产生的摩擦切应力τ与流体的动力粘度及速度梯度dudy成正比。即(19-5)2)运动粘度。运动粘度是流体在同一温度下的动力粘度μ与其密度ρ的比值，以ν表示。即(19-6)3)条件粘度(又称相对粘度)。油液的粘度指数(VI)是目前国际上通用的表示油液粘度随温度变化特性的一个约定量值。粘度指数高，表明油液的粘度随温度变化较小。(2)温度对粘度的影响图19-4几种液压介质的粘温特性曲线(2)温度对粘度的影响图19-5水和空气的粘温特性曲线(2)温度对粘度的影响图19-6液压油的粘度与温度关系(3)粘度指数(VI)图19-7计算粘度指数示意图(使用ASTM图纸)(3)粘度指数(VI)(19-8)(19-9)(19-10)(4)粘度与压力的关系图19-8在恒温下压力对几种液压介质粘度的影响

1—矿物油型液压油2—磷酸酯

3—磷酸酯为基础的混合液体4—水-乙二醇(4)粘度与压力的关系图19-9矿物油的运动粘度随温度和压力的变化(4)粘度与压力的关系图19-10水的动力粘度随压力和温度的变化4.润滑性能液压系统中的工作介质同时也是系统中所有运动部件的润滑剂,为了减少摩擦与磨损,要求液压油最好能像润滑油一样具有良好的润滑性能,使对偶摩擦副在正常情况下处于液膜润滑状态，在临界状态下处于边界膜润滑状态(详见第二章第四节)。5.闪点、燃点和自燃温度闪点是指加热时挥发的油液与空气混合物在接触明火时突然闪火的温度。闪点与油液的挥发度关系极为密切。燃点是指当火焰掠过油液表面时,油液将释放出足够的油气,并能维持连续燃烧5s的温度。6.倾点和凝点倾点是指油液在规定的试验条件下，冷却到能够流动的最低温度。测定液压油倾点可按GB/T3535—2006中规定的内容进行。凝点是指油液冷却到失去流动性的最高温度。倾点一般比凝点高2～3℃。7.中和值(又称酸值)中和值是中和1g液压油中全部酸性物质所需氢氧化钾的毫克数，以mgKOH/g表示。中和值用GB/T4945—2002规定的颜色指示剂法测定。8.腐蚀性油液如果精制得不好，仍然会含有少量活性的含硫化合物和水溶性低分子有机酸。此外，油液受氧化后会产生氧化物，这些物质对金属都有腐蚀性。因此，液压油必须通过腐蚀性试验。第三节工作介质的分类一、按品种分类

二、按粘度分类

三、液压油的代号一、按品种分类国内外对于液压介质曾经有不同的分类方法，例如按液压系统的工作压力、温度、化学组成、用途以及易燃、难燃和不燃等进行分类。这些分类均有一定的局限性，不能反映工作介质的内在联系与区别。二、按粘度分类三、液压油的代号液压油(液)产品属于润滑剂类产品中的H组。在H组中有许多品种，每一种又有不同的粘度等级(或牌号)，其代号是按照GB498—1987和GB/T7631.2—2003规定的，其表示方法举例如下：代号L-HM46：其中L-润滑剂类，H—液压油(液)组，M—抗磨型，46—粘度等级(40℃时运动粘度约为46mm2/s)。其全名为46号抗磨液压油，或简称46号HM油。第四节液压油(液)的主要品种及技术性能一、矿物油型和合成烃型液压油的主要品种及技术性能

二、难燃液的主要品种及技术性能一、矿物油型和合成烃型液压油的主要品种及技术性能(1)L-HH液压油

(2)L-HL液压油

(3)L-HM液压油

(4)L-HG液压油

(5)L-HR液压油(6)L-HV液压油(7)L-HS液压油(1)L-HH液压油L-HH液压油是一种不含(或含有少量)抗氧化剂和其他任何添加剂的精制矿物油。

(2)L-HL液压油L-HL油是由深度精制的中性矿物油作为基础油，加入能改善其缓蚀性和氧化安定性的添加剂，并辅以抗泡剂等而成的液压油。L-HL油具有良好的缓蚀性及氧化安定性，其空气释放能力、抗泡性、抗乳化性等也较好。故L-HL油属于缓蚀抗氧化(R&O)型液压油。

(3)L-HM液压油1)锌型(有灰型)抗磨液压油。

2)无灰型(非锌型、硫磷型)抗磨液压油。1)锌型(有灰型)抗磨液压油。这类液压油中有抗磨、抗氧化、抗腐蚀剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)，它燃烧后会残留氧化锌灰，故又称为有灰型抗磨液压油。2)无灰型(非锌型、硫磷型)抗磨液压油。这类液压油中不加入二烷基二硫代磷酸锌，也不加入含金属元素的添加剂，只加入含硫、磷(或氮)的抗磨剂，因而燃烧后不残留金属氧化物灰分，故称为无灰型。(4)L-HG液压油很多机床为了简化润滑系统结构,方便操作，将导轨润滑系统与液压系统合并在一起，这就要求有一种油液既能满足液压系统的性能要求，又能满足导轨系统的润滑要求。

(5)L-HR液压油L-HR油是在L-HL油基础上添加粘度指数改进剂而制成的。L-HR油除具有良好的缓蚀、抗氧化性能外，其粘度随温度的变化不大，适用于环境温度变化较大和工作条件恶劣(如野外工程和远洋船舶等)的低压液压系统及低载荷机械的润滑部位。L-HR油使用面窄、用量少，可用L-HV油代替，故未制订统一的标准。

(6)L-HV液压油L-HV油又称低温(或低凝)液压油。它是用深度脱蜡精制的轻质矿物油或用精制矿物油与α烯烃合成油混合的半合成油构成的低倾点基础油，加入粘度指数改进剂、极压抗磨剂、抗氧化剂、缓蚀剂、降凝剂等多种添加剂调制而成的。

(7)L-HS液压油L-HS油又称合成低温液压油。它是以低温性能好的α烯烃合成油为基础油，添加与L-HV油相同的添加剂，构成其倾点可达-45℃的低温液压油，可用于严寒地区冬季在野外操作的低、中、高压液压系统。

二、难燃液的主要品种及技术性能(1)HFA液压液

(2)HFB液压液

(3)HFC液压液

(4)HFDR液压液(1)HFA液压液1)HFAE。

2)HFAS。

3)HFAM。1)HFAE。HFAE又名高水基乳化液，或称水包油乳化液。它由95%的水与5%由矿物油(或其他类型油类)及乳化剂、缓蚀剂、防霉剂等组成的浓缩液调制而成。2)HFAS。HFAS又名高水基合成液。其中不含油，由95%的水和5%含有多种水溶性(或半水溶性)添加剂的浓缩液调制而成，为透明状。其润滑性、过滤性能等均比HFAE好。3)HFAM。HFAM又名高水基微乳化液。它由95%的水与5%由矿物油(或其他类型油)及多种化学添加剂所组成的浓缩液调制而成。HFAM既非真正的溶解液，也非完全的乳化液。(2)HFB液压液HFB又称油包水乳化液。它由60%的矿物油、40%的水及多种添加剂借助乳化剂的作用形成相对稳定的乳化混合体。水以分散颗粒的形式分布在作为连续相的油中，形成油包水乳化液。(3)HFC液压液HFC又称水-乙二醇,其含水量约为45%，其余为能溶于水的乙二醇、丙二醇或它们的聚合物，以及水溶性的增粘、抗磨、缓蚀、消泡等添加剂。HFC为透明的真溶液。

(4)HFDR液压液HFDR又名磷酸酯液压液。它是由无水磷酸酯作为基础液再加入粘度指数改进剂、抗氧缓蚀剂、抗泡剂等多种添加剂调制而成的。由于磷酸酯分子结构的不同，所制液压液的粘度指数、低温性能等均有较大差别。

第五节液压油(液)的选用一、液压油的选用

二、液压油粘度等级的选择

三、难燃液压液的选用一、液压油的选用(1)根据工作环境和工况条件选择液压油

(2)根据液压泵类型选择液压油

(3)检查液压油与材料的相容性(1)根据工作环境和工况条件选择液压油(2)根据液压泵类型选择液压油液压泵对油液抗磨性能要求高低的顺序是叶片泵、柱塞泵、齿轮泵。对于以叶片泵为主泵的液压系统，不管压力高低,均应选用L-HM油。

(3)检查液压油与材料的相容性初选液压油以后，应仔细检查所选液压油及其中的添加剂与液压元件及系统中所有金属材料、非金属材料、密封材料、过滤材料及涂料等是否相容。如果发现有与液压油不相容的材料，则应改变材料或改选液压油。二、液压油粘度等级的选择(1)根据液压泵的要求选择液压油粘度

(2)检查液压系统许用的粘度极限

(3)根据工作温度范围选择粘度等级

(4)液压油粘温性能的选择(1)根据液压泵的要求选择液压油粘度液压泵(马达)是液压系统中对工作介质粘度最敏感的元件，每种液压泵都有一个允许的最小和最大粘度及最佳粘度范围，均由制造厂给出。

(2)检查液压系统许用的粘度极限液压系统许用的最小粘度取决于液压泵许用的最小粘度。

(3)根据工作温度范围选择粘度等级(3)根据工作温度范围选择粘度等级(3)根据工作温度范围选择粘度等级(4)液压油粘温性能的选择当液压油的品种及粘度等级初步确定以后，还应根据液压系统的实际工作温度及环境温度来检查油液的粘温特性是否满足要求。

三、难燃液压液的选用(1)液压设备的环境条件

(2)液压设备的工作条件

(3)使用成本

(4)废液处理(1)液压设备的环境条件如果环境温度低(低于0℃)，用水-乙二醇较好，磷酸酯也可以选用。如果环境温度高，用磷酸酯较好，或者选择其他难燃液再加冷却器。(2)液压设备的工作条件考虑液压设备的工作条件时，除考虑液压介质与金属、密封材料、涂料等的相容性以及与液压阀、液压缸的适应性以外，最主要的是要考虑液压泵的适应性。对于阀配流的卧式柱塞泵，与所有水基难燃液都是相适应的；但对于轴向柱塞泵、齿轮泵及叶片泵而言，由于水基难燃液的润滑性能差，对液压泵的轴承寿命及摩擦副的磨损均有很大影响。

(3)使用成本使用成本主要应从设备改造、介质成本、维护监测及系统效率等方面加以考虑。由于油包水乳化液、水-乙二醇及磷酸酯的粘度较大，原有液压设备改用这些介质时，除要更换不相容的材料及轴承外，其他变化不大。

(4)废液处理难燃液对环境有强烈的污染作用，废液不经过处理不能排放。水-乙二醇完全溶于水，虽有生物降解作用，但其生化耗氧量(BOD)很高，对水中生物危害很大，因此其废液必须单独收集起来进行氧化或分解处理后才能排放。第六节液压油(液)的合理使用和维护一、合理使用的要点

二、矿物油型液压油的更换

三、难燃液的合理使用及维护一、合理使用的要点(1)要验明油液的品种和牌号使用前，应验明所选油液的品种、牌号和性能等均符合和满足预先已正确选定，并且在技术文件中明确规定的要求后方能使用。

(2)使用前必须过滤新油并不清洁。

(3)灌液前液压系统应彻底清洗干净新系统首次使用以及刚维修过的系统投入使用前，均需彻底清洗干净，即便是更换油液时，也要用新换的油液清洗1～2遍，直到清洗后油液的污染度达到规定的要求为止。

(4)油液不能随意混用当已选定某一牌号的油液后，必须单独使用。

(5)严格进行污染控制应特别注意防止水分、空气及固体杂质等污染物侵入液压系统。

一、合理使用的要点(6)按换油指标及时换油应对系统油液的性能进行定期监测，当其超过换油指标时，必须及时换油。(7)加入系统的油液量应达到油箱最高油标线位置加油的方法应是先将油液加到油箱最高油标线处，开动液压泵，使液压油流至系统各管路，再加油到油箱油标线，然后再起动液压泵。二、矿物油型液压油的更换二、矿物油型液压油的更换1)定期换油法。

2)目测换油法。

3)定期对油液进行取样化验1)定期换油法。按液压设备的环境条件、工作条件和所用的油液，规定一定的换油周期，例如半年、一年或运转若干小时，到期就进行换油。这种方法在国内曾被一些液压设备较多的企业所采用。2)目测换油法。操作人员定期从正在运行的液压系统中抽取油样，通过与新油的对比或滤纸分析，检测到一些油液常规状态的变化，如油液变黑、发臭、变成乳白色等，或感觉到油已很脏，而决定换油。此法因检测人员经验和感觉不同，对于同一油样可能得出不同的判断，所以使用中有很大的局限性。3)定期对油液进行取样化验三、难燃液的合理使用及维护(1)一般要求

(2)HFA的维护

(3)HFB的维护

(4)HFC的维护

(5)HFD的维护(1)一般要求1)逐个检查所用元件、辅件与所用介质是否相适应，不适应者应一律更换。

2)检查系统中所有金属与非金属材料以及涂料等是否与所用介质相容，不相容者必须更换。

3)彻底清洗掉所有元件、辅件及管路中的残留油液，任何液压油或油脂的混入会使难燃液的润滑性能下降，元件产生异常磨损，形成悬浮物以及使难燃液使用寿命缩短。

4)清除油箱内表面的油漆，一般情况下内表面可以不涂漆。

5)估算一下液压泵入口处的真空度。

6)检查并紧固所有联接件，更换已损坏或失效的密封件。

7)液箱容积应足够大,箱盖应注意密封,以防止HFA、HFB、HFC等类难燃液中水的蒸发,并能减少污染。(2)HFA的维护1)泄漏控制。

2)监测浓缩化。

3)监测乳化稳定性。

4)定期检查霉菌生长情况及pH值。

5)废液处理。1)泄漏控制。外漏多半发生在泵体的密封处、管接头、阀安装底板的O形圈密封处以及液压缸活塞杆的密封处。为了防止外漏，应该及时紧固松动了的接头，更换损坏了的密封件，还要特别注意密封件材料是否与高水基介质相容。经验表明，只要加以注意，外漏是完全可以控制的。2)监测浓缩化。高水基介质中水的含量(体积分数)应保持在90％～95％之间。如果水的含量太低，将增加介质成本；如果含量太高，介质性能变坏，元件寿命缩短。3)监测乳化稳定性。使用水包油乳化液时，必须经常检查乳化液是否稳定。如果不稳定，则作为分散相的油粒子的尺寸不断增大。所以，通过检查油粒子尺寸是否变化就可以判断介质的稳定性。4)定期检查霉菌生长情况及pH值。虽然在高水基介质中加入了防霉剂，但很难知道其有效期，因此仍然需要注意监视介质中是否有霉菌、藻类或其他微生物存在，因为这些微生物的大量存在将堵塞过滤器或阀孔，还会引起介质不稳定，这种情况一旦发生就很难控制，因此必须立即更换介质。目前尚无简单的检查方法，主要是抽样进行霉菌培养。5)废液处理。有些合成液具有生物降解作用，且生化耗氧量(BOD)很低，可以直接排入下水道。对于乳化液，由于其中含有少量油液，应将其破乳化后再进行处理。(3)HFB的维护

图19-11油包水乳化液及水-

乙二醇的粘度随含水量的变化(4)HFC的维护对于水-乙二醇液压液，应主要监测其含水量、粘度及pH值。

(5)HFD的维护对磷酸酯液压液应主要监测其水分、酸值及粘度。磷酸酯中混入水分时会产生水解，生成磷酸，对金属有腐蚀作用。因此，应严格控制磷酸酯中水的含量不得多于0.3％。另外，磷酸酯的酸值应低于1.0mgKOH/g，粘度的变化不得超过±15%。

第七节水液压传动的优越性及使用要点一、水液压传动的突出优越性

二、水液压传动系统的监测和维护

三、水液压系统中微生物膜的形成及防治

四、设计水液压传动系统的技术要点

五、安装水液压传动系统的技术要点一、水液压传动的突出优越性1)用水代替矿物油，避免了使用矿物型液压油时所存在的污染、易燃、浪费能源、维护困难、与环境及产品不相容、废液处理困难等一系列严重问题。

2)水不会污染环境，能保证工作场所清洁。

3)水不燃，无着火危险。

4)水的价格低廉，来源广泛，无需运输与仓储。二、水液压传动系统的监测和维护1)应定期检查系统中水的温度、水的pH值、水的硬度及水中微生物繁殖情况，如果发现超过规定值或变化较大，则应及时找出原因加以解决。

2)应定期检查水的污染度，如果水中的颗粒污染物超过规定值，要及时找出原因加以解决。

3)定期检查管路接头是否松动，是否有渗漏。

4)系统中水的更换周期为：①新系统的第一次换水。②定期换水周期一般为6～12个月。

5)水箱的清洗。每次换水时，都要对水箱进行彻底清洗。

6)过滤器滤芯的更换。水液压系统不允许在没有充分过滤的情况下进行运转，所以对过滤器要进行监测，在正常工作的情况下，对于吸水管路上的过滤网及回水管路上的过滤器滤芯，至少每6个月要冲洗或更换一次。三、水液压系统中微生物膜的形成及防治(1)水液压系统中微生物膜的形成

(2)微生物膜的识别

(3)微生物膜的清除(1)水液压系统中微生物膜的形成图19-12微生物膜形成示意图(2)微生物膜的识别1)最容易产生微生物的地方是水箱内壁。打开水箱，检查水箱内表面是否有粘滞液存在，触摸水箱内表面是否感到较粘。2)系统中是否存在胶状沉积物。3)正常情况下，半透明塑料管是否变成混浊不清，并且内表面比较粘滑。如果有上述症状出现，则表明系统中有微生物膜产生，而且有大量微生物正在繁殖。。(3)微生物膜的清除一旦水液压系统中有微生物繁殖并形成微生物膜，就必须采用机械及化学方法，对系统进行清洗和杀菌，彻底清除内部的微生物膜。

四、设计水液压传动系统的技术要点(1)材料

(2)过滤器的选用

(3)过滤器的安装位置及材料

(4)液压泵的安装位置

(5)溢流阀(1)材料对于水液压元件和系统，其材料的正确选用是十分重要的。所用材料必须具有良好的缓蚀、抗磨损、抗流体冲蚀能力，必须与水相融。