02 第二章 液压油液.pptx

第1页：第2章液压油液封面

《液压传动》第2章封面，本章主题为液压油液，讲述工作介质的种类、物理性质、选用原则以及污染的原因与控制方法。

第2页：第2章目录

第2章 液压油液章节目录：

• §2.1 液压油液的性质和选择，包括种类、物理性质与要求选用；
• §2.2 液压油液的污染及控制，包括污染原因、危害与控制措施。

第3页：液压油液的种类

1. 液压油液的种类：工作介质分为石油基液压油、含水液压液与合成液压液三大类。

• 石油基：L-HH（无添加剂）、L-HL（抗氧防锈）、L-HM（抗磨）、L-HR（高粘度指数）、L-HV（低温）、L-HG（液压导轨油）；
• 高含水液压液 L-HFA：水包油乳化液 L-HFAE、水的化学溶液 L-HFAS；油包水乳化液 L-HFB；水—乙二醇 L-HFC；
• 难燃合成液：磷酸酯液 L-HFDR、氯化烃 L-HFDS、HFDR+HFDS（L-HFDT）、其它合成液压液 L-HFDU。

第4页：石油基液压油与常用品种

石油基液压油以机械油为基料，精炼后加入适当添加剂制成。添加剂分两类：改善化学性质的（抗氧化剂、防锈剂等）和改善物理性质的（增粘剂、抗磨剂等）。石油基液压油润滑性好但抗燃性差。

• 抗氧防锈油 HL：常用于低压系统，使用最广；
• 抗磨液压油 HM：在 HL 基础上改善抗磨性，适用于低、中、高压系统；
• 高粘度指数液压油 HR：改善粘温性能，适用于环境温度变化大、条件恶劣的低压系统；
• 低温液压油 HV：在 HM 基础上改善粘温性能，适用于环境温差大的低、中、高压系统。

第5页：液压导轨油与难燃液压液

• 液压导轨油 HG：在 HM 基础上改善粘—滑性，适用于液压系统与导轨润滑系统合用的设备；
• 水包油乳化液 HFAE：含水 80% 以上；油包水乳化液 HFB：含油 60% 以上；水的化学溶液 HFAS：含化学品添加剂的高水基液。三者低温性、粘温性和润滑性差，但难燃性好、价格便宜；
• 磷酸酯无水合成液 HFDR：难燃性较好，粘温性和低温性较差，使用温度范围宽；
• 水—乙二醇液 HFC：低温性、粘温性和对橡胶适应性好，难燃性较好但不及 HFDR。

第6页：常用液压油液的密度

（1）密度和重度：密度 ρ 为单位体积液体的质量，重度 γ 为单位体积液体的重量，即 ρ=m/V、γ=G/V。

第7页：液体的可压缩性

（2）液压油液的可压缩性：液体受压力作用体积发生变化的性质，用体积压缩系数 κ 表示，定义为单位压力变化时液体体积的相对变化量。

• κ = −(1/V)(ΔV/Δp)，因压力增大体积减小，故加负号使 κ 为正值；
• ΔV = −κ·Δp·V，Δp 为压力变化量（Pa），ΔV 为体积变化量（m³），V 为压力变化前的液体体积（m³）。

第8页：体积弹性模量

体积压缩系数的倒数称为体积弹性模量（体积模量）K，表示压力增量与体积相对变化量之比，用以说明液体抵抗压缩的能力。

• K = 1/κ = −V·Δp/ΔV；
• 石油基液压油的体积模量为钢（K=2.06×10⁵ MPa）的 1/（100~150），即可压缩性约为钢的 100~150 倍；
• 油中混入空气会显著降低抗压缩能力，工程计算中常取 K≈0.7×10³ MPa。

第9页：液压弹簧刚度

封闭在容器内液体的可压缩情况极像一根弹簧。在承压面积 A 不变时，由压力变化 Δp=ΔF/A 引起的体积变化 ΔV=A·Δl，可得液压弹簧刚度 k_h = −ΔF/Δl = A²K/V。

• K 与温度和压力有关：温度升高 K 减小，压力增大 K 加大；
• 压力大于 3 MPa 时 K 基本不变；
• 可压缩性对液压系统的动态性能影响较大，静态（稳态）工作时一般可不考虑。

第10页：液体的粘性

（3）液压油液的粘性：液体流动或有流动趋势时，分子间内聚力阻止液层相对运动而产生内摩擦力的现象。

• 图2.2 中下平板不动、上平板以 u₀ 平移，紧贴下板液层速度为零，紧贴上板为 u₀，中间各层按线性或曲线规律变化；
• 内摩擦力 F_f = μ·A·du/dy，与接触面积 A 和速度梯度 du/dy 成正比。

第11页：动力粘度

液体粘性大小用粘度表示，常用表示方法有动力粘度、运动粘度和相对粘度三种。

动力粘度 μ（绝对粘度）

μ = F_f /（A·du/dy），物理意义为单位速度梯度下相接触液层间单位面积上的内摩擦力。法定单位为 Pa·s（1 Pa·s = 1 N·s/m²），与旧单位泊的关系为 1 Pa·s = 10 P。

第12页：运动粘度

运动粘度 ν

ν = μ/ρ，即动力粘度与其密度之比。单位只有长度和时间的量纲，法定单位为 m²/s，旧单位为 St（斯），1 m²/s = 10⁴ St = 10⁶ cSt（厘斯）。

我国液压油的牌号用40℃ 时运动粘度（厘斯）的平均值表示，例如 32 号液压油即其 40℃ 时运动粘度平均值为 32 mm²/s。

第13页：相对粘度

相对粘度（条件粘度）

用特定粘度计在规定条件下测得的粘度，测出后再换算为运动粘度或动力粘度。

• 中国、德国采用恩氏粘度 °E；
• 美国用赛氏粘度 SSU；
• 英国用雷氏粘度 R。

第14页：恩氏粘度及换算

恩氏粘度测定：将 200 mL、温度为 t(℃) 的被测液体装入恩氏粘度计，测其经底部直径 2.8 mm 小孔流尽所需时间 t₁(s)，与同体积蒸馏水在 20℃ 时流尽时间 t₂(s)（通常 t₂=51 s）相比，即 °E_t = t₁/t₂。

• 标准测定温度为 20℃、40℃、100℃，相应记作 °E₂₀、°E₄₀、°E₁₀₀；
• 换算关系式：ν =（7.31°E − 6.31/°E）×10⁻⁶，ν 的单位为 m²/s。

第15页：影响粘度的因素

• 压力增大，粘度增大，但在一般液压系统的压力范围内增值很小，可忽略；
• 温度对粘度影响很大：温度升高粘度降低，反之增大，此即液压油的粘温性能。

第16页：对液压油液的要求

3. 对液压油液的要求及选用——工作介质应具备的基本性能：

• 合适的粘度，润滑性能好，粘温特性好；
• 质地纯净、杂质少，对金属和密封件有良好相容性；
• 对热、氧化、水解和剪切有良好稳定性；
• 抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；
• 体积膨胀系数小，比热容大，流动点和凝固点低，闪点和燃点高；
• 对人体无害，对环境污染小，成本低、价格便宜。

第17页：液压油液类型的选择

选用液压油液时，先按工作环境和工作条件选择类型，再选择粘度。

• 系统靠近 300℃ 以上高温热源或有明火场所，应选难燃型液压液；
• 用油量大的系统建议选乳化型，用量小的选合成型；
• 选用石油基液压油时首选专用液压油，条件受限时也可选普通液压油或汽轮机油。

第18页：液压油液粘度的选择

• 粘度太大：压力损失和发热大，系统效率降低；粘度太小：泄漏增大，效率同样降低；
• 液压泵压力高、转速和温度高，且油液进出泵时受剪切作用，一般按液压泵的要求确定油液粘度；
• 油温过高会改变粘度、使油液带腐蚀性、分解有害成分或因汽化使泵吸空，应控制油温使泵和系统工作在最佳粘度范围内。

第19页：液压油液的污染原因

§2.2 液压油液的污染及控制——污染原因主要有三方面：

• 残留物污染：元件、管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修中带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、棉纱和灰尘等未清洗干净；
• 侵入物污染：空气、尘埃、水滴经外露活塞杆、油箱通气孔和注油孔等侵入系统；
• 生成物污染：工作中产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物。

第20页：液压油液的污染危害

• 固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器，使液压泵吸油不畅、运转困难并产生噪声；堵塞阀类元件小孔或缝隙，使阀动作失灵；
• 微小固体颗粒加速相对滑动表面磨损，划伤密封件，使泄漏流量增加；
• 水分和空气混入降低润滑性、加速氧化变质，产生气蚀使元件加速损坏，并使系统出现振动、爬行等现象。

第21页：减少外来污染的措施

3. 液压油液污染控制——（1）减少外来的污染：

• 装配前严格清洗元件，机械方法除去残渣和表面氧化物后进行酸洗；
• 组装后全面清洗，最好用系统工作时使用的油液清洗，液压伺服系统应多次清洗；
• 油箱通气孔加空气滤清器，加油使用滤油车，外露件装防尘密封并定期检查更换；
• 系统维修、元件更换与拆卸应在无尘区进行。

第22页：滤除杂质、控制油温与换油

• （2）滤除系统产生的杂质：在系统相应部位安装适当精度的过滤器，定期检查、清洗或更换滤芯；
• （3）控制液压油液的工作温度：油温过高会加速氧化变质、生成各种生成物并缩短使用期限，须限制最高使用温度；
• （4）定期检查更换液压油液：按设备说明书与维护保养规程执行，换油时清洗油箱并冲洗系统管道及元件。

第23页：第2章思考题与作业

本章思考题：

• 液压油液的粘度有几种表示方法？符号与单位各是什么？
• 液压油有哪几种类型？牌号与粘度有什么关系？
• 液压油的选用应从哪几个方面考虑？
• 液压油的污染原因有哪几方面？如何控制？

作业：

• （1）密闭容器内液压油体积压缩系数 κ=1.5×10⁻³ MPa⁻¹，压力 1 MPa 时容积为 2 L，求压力升至 10 MPa 时的容积；
• （2）20℃ 时 200 mL 蒸馏水从恩氏粘度计流尽需 51 s，某液压油 40℃ 时 200 mL 流尽需 232 s，密度 900 kg/m³，求该油 40℃ 时的恩氏粘度、运动粘度和动力粘度。