项目一 液压传动技术的基础知识

任务一 液压油的性能及其选用

教学目标

• 熟悉液压油的类型及其特性。
• 熟悉液压油性能的影响因素。
• 掌握液压油选用的基本原则。
• 能进行液压油品质检查。

一、液压油的种类

1987年我国等效采用ISO标准制定了国家标准GB/T 7631.2—1987，对液压油进行了品种分类。我国液压油（液）的分类、品种符号及随后的产品代号、名称和质量水平与世界主要国家的表示方法完全相同。

目前，我国各种液压设备所采用的液压油，按抗燃烧性可分矿物油型（石油基液压油）和不燃或难燃油型（抗燃油型）。

矿物油系的主要成分是由提炼后的石油制品，加入各种添加剂精制而成的。这种液压油润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性好，是目前最常用的液压油，几乎90%以上的液压设备中都使用这种类型的液压油。为满足液压装置的特殊要求，可以在基油中配合添加剂来改善性能。液压油的添加剂主要有抗氧化剂、防锈剂、抗磨剂和消泡剂等。

不燃或难燃液压油系可分为水基液压液（含水液压液）和合成液压液两种。水基液压液的主要成分是水，加入了某些具有防锈和润滑等作用的添加剂。它具有价格便宜、抗燃等优点，但润滑性能差，腐蚀性大，适用温度范围小。因此，它一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成液压液由多种膦酸酯和添加剂用化学方法合成，其优点是润滑性能好、凝固点低、防火性能好，缺点是黏温性和低温性能差，价格昂贵、有毒。因此，这种合成液压液一般用于钢铁厂、压铸车间、火力发电厂和飞机等有高等级防火要求的场合。目前以水作为液压传动介质的研究，也得到了越来越多的重视。

目前市场上的液压油产品，其油液品质的测试方法一般有运动黏度、恩式黏度测试法和抗氧化能力测试法。

恩氏黏度，又称恩氏度，符号为°E。°E所表示的实际上只是与运动黏度成一定关系的值。在一定温度t℃下，从恩氏黏度计中流出200mL液体所需时间与20℃流出同体积蒸馏水所需时间之比值即为液体在温度t℃下的逻辑恩氏黏度。后者对给定黏度计是个常量，这个比值无量纲。恩氏黏度为相对黏度，为我国常用的相对黏度。在测量时必须指明是在什么温度下进度的，因为不同温度下对应的恩氏黏度不同。

液压油抗氧化能力的测试方法使用的是ASTMD943汽轮机油氧化测试法。这种方法是在金属催化剂存在的条件下，将液压油中通入氧气和水，同时进行加热，然后计算液压油中酸值上升到2.0时需要的小时数。液压油按ISO的分类见表1.1。

表1.1 的液压油按ISO分类

想一想

（1）液压油的恩氏黏度、运动黏度及抗氧化能力三者之间的关系。

（2）液压油标号与液压油特性之间的关系。

二、液压油的特性

1.液压油的作用

作为液压传动介质的液压油主要有以下功能。

（1）传动 把油泵产生的压力能传递给执行部件。

（2）润滑 对泵、阀、执行元件等运动部件进行润滑。

（3）密封 保持油泵所产生的压力。

（4）冷却 吸收并带出液压装置所产生的热量。

（5）防锈 防止液压系统中所用的各种金属部件锈蚀。

（6）传递信号 传递信号元件或控制元件发出的信号。

（7）吸收冲击 吸收液压回路中产生的压力冲击。

2.对液压油的要求

液压油作为液压传动与控制中的工作介质，在一定程度上决定了液压系统的工作性能。特别是在液压元件已经定型的情况下，液压油的良好性能与正确使用更加成为系统可靠工作重要前提。为了保证液压设备长时间正常工作，液压油必须与液压装置完全适应。不同的工作机械、不同的使用情况对液压油的要求也各不相同。

近年来随着液压系统、液压装置性能的不断提高，对液压油的品质也提出了更高的要求。液压油主要应有如下的性能。

（1）具有合适的黏度和良好的黏度-温度特性，在实际使用的温度范围内，油液黏度随温度的变化要小，液压油的流动点和凝固点低。

（2）具有良好的润滑性，能对元件的滑动部位进行充分润滑，能在零件的滑动表面上形成强度较高的油膜，避免干摩擦，能防止异常磨损和卡咬等现象的发生。

（3）具有良好的安定性，不易因热、氧化或水解而生成腐蚀性物质、胶质或沥青质，沉渣生成量小，使用寿命长。

（4）具有良好的抗锈性和耐腐蚀性，不会造成金属和非金属的锈蚀和腐蚀。

（5）具有良好的相容性，不会引起密封件、橡胶软管、涂料等的变质。

（6）油液质地纯净，污染物较少；当污染物从外部侵入时，能迅速分离。液压油中如果含有酸碱，会造成机件和密封件腐蚀；含有固体杂质，会对滑动表面造成磨损，并易使油路发生堵塞；如果含有挥发性物质，在长期使用后会使油液黏度变大，同时在油液中产生气泡。

（7）应有良好的消泡性、脱气性，油液中裹携的气泡及液面上的泡沫应比较少，且容易消除。油液中的泡沫会造成系统断油或出现空穴现象，影响系统正常工作。

（8）具有良好的抗乳化性，对于不含水液压油，油液中的水分容易分离。在油液中混入水分会使油液乳化，降低油的润滑性能，增加油的酸性，缩短油液的使用寿命。

（9）油液在工作中发热和体积膨胀都会造成工况的恶化，所以，油液应有较低的体积膨胀系数和较高的比热容。

（10）具有良好的防火性，闪点（即明火能使油面上的蒸气燃烧，但油液本身不燃烧的温度）和燃点高，挥发性小。

（11）压缩性尽可能小，响应性好。

（12）不得有毒性和异味，且易于排放和处理。

三、影响液压油性能的因素

1.工作温度对液压油品质的影响

设备的工作温度在很大程度上决定了液压油的工作寿命。大部分工业设备中液压油的工作温度大约为60℃，一般不会超过85℃。一旦将工作温度提高到85℃以上，液压油的使用寿命就会因为氧化过程的加速而缩短。工作温度每升高10℃，氧化速度增加1倍，液压油使用寿命减半。

2.油品氧化对液压油的影响

最基本的氧化过程就是润滑油的碳氢化合物转化成羧酸。在有金属颗粒（包括各种磨损颗粒）存在的情况下液压油随着温度的升高，它的氧化速度也在不断增大。随着时间的推移，氧化过程的副产品慢慢形成漆膜着色，漆膜会造成伺服系统的黏着或生成油泥。油泥是造成过滤系统和吸入式滤网堵塞的主要原因。如果存在严重氧化过程，应立即更换液压油。

3.污染对液压油品质的影响

污染现象在液压油中非常普遍，并引发许多问题。主要的污染源包括水、空气、灰尘、燃料和其他液压油或润滑油。

水污染是常见的一种。工厂中使用过的液压油，一般能测到500～1000ppm的水含量。水的危害性在于它不像油一样具有好的润滑性，而且会导致磨损。某些特殊场合，水还可能与系统添加剂反应，生成酸而导致一些有色金属发生腐蚀。水引起的其他问题包括材质表面生锈、油品加速氧化、使用寿命缩短等。

空气污染会促使油品氧化，氧化会造成油品黏度的上升。随着时间的推移，氧化导致漆膜产生，附着于表面的漆膜会造成伺服阀黏结。更糟糕的是，当油中的空气随着温度的上升而快速溶解时会造成泵面临气穴的威胁，气穴则会导致泵失效。

灰尘、金属颗粒和烟灰是在液压油中另外一些常见的污染物。金属颗粒会加速氧化进程，所有的这些固体污染物会导致磨损或者零件表面的材质疲劳。

燃料污染会导致液压油性能发生变化，包括闪点下降、黏度下降和蒸汽压上升。黏度下降会带来较低的油膜强度，影响润滑效率。

四、液压油选用的基本原则

正确合理地选择液压油是保证液压元件和液压系统正常运行的前提。合适的液压油不仅能适应液压系统各种环境条件和工作情况，对延长系统和元件的使用寿命，保证设备可靠运行，防止事故发生也有着重要作用。

选择液压油通常按以下三个基本步骤进行。

（1）列出液压系统对液压油（液）各方面性能的变化范围要求：黏度、密度、温度范围、压力范围、抗燃性、润滑性、可压缩性等。

（2）能够同时满足所有性能要求的液压油是不存在的，应尽可能选出接近要求的液压油品种。可以从液压油生产企业及其产品样本中获得工作介质的推荐资料。

（3）综合、权衡、调整各方面的要求参数，决定所采用的液压油类型。

对于各类液压油，需要考虑的因素很多，其中黏度是液压油的最重要的性能指标之一。它的选择合理与否，对液压系统的运动平稳性、工作可靠性与灵敏性、系统效率、功率损耗、气蚀现象、温升和磨损等都有显著影响。选择了黏度不符合要求的液压油，将无法保证系统正常工作，甚至可能造成系统不工作。所以，要想充分发挥液压设备的作用，保证其正常良好运作，在选用液压油时，就应根据具体情况或系统要求选择合适黏度的液压油和适当的油液种类。通常，液压油可以根据以下几方面进行选择。

1.根据环境条件选用

选用液压油时应考虑液压系统使用的环境温度和环境恶劣程度。矿物油的黏度由于受温度的影响变化很大，为保证在工作温度时有较适宜的黏度，必须考虑周围环境温度的影响。

当温度高时，宜选用黏度较高的油液；周围环境温度低时，宜选用黏度低的油液。对于恶劣环境（潮湿、野外、温差大）就应对液压油的防锈性、抗乳化性及黏度指数重点考虑。油液抗燃性、环境污染的要求、毒性和气味也是应考虑的因素。

2.根据工作压力选用

选择液压油时，应根据液压系统工作压力的大小选用。通常，当工作压力较高时，宜选用黏度较高的油，以免系统泄漏过多，效率过低；工作压力较低时，可以用黏度较低的油，这样可以减少压力损失。凡在中、高压系统中使用的液压油还应具有良好的抗磨性。

3.根据设备要求选用

1）根据液压泵的要求选择

液压油首先应满足液压泵的要求。液压泵是液压系统的重要元件，在系统中它的运动速度、压力和温升都较高，工作时间又长，因而对黏度要求较严格，所以选择黏度时应首先考虑到液压泵。否则，泵磨损快，容积效率降低，甚至可能会破坏泵的吸油条件。在一般情况下，可将液压泵要求液压油的黏度作为选择液压油的基准。液压泵所用金属材料对液压油的抗氧化性、抗磨性、水解安定性也有一定要求。

2）根据设备类型选择

精密机械设备与一般机械对液压油的黏度要求也是不同的。为了避免温度升高而引起机件变形，影响工作精度，精密机械宜采用较低黏度的液压油。例如，机床液压伺服系统，为保证伺服机构动作的灵敏性，宜采用较低黏度的液压油。

3）根据液压系统中运动件的速度选择

当液压系统中工作部件的运动速度很高，油液的流速也很高时，压力损失会随之增大，而液压油的泄漏量则相对减少，这种情况就应选用黏度较低的油液；反之，当工作部件的运动速度较低时，所需的油液的流量很小，这时泄漏量大，泄漏对系统的运动速度影响也较大，所以应选用黏度较高的油液。

4.合理选用液压油品种

液压传动系统中可使用的油液品种很多，有机械油、变压器油、汽轮机油、通用液压油、低温液压油、抗燃液压油和耐磨液压油等。机械油是最常用的机械润滑油，过去在液压设备中被广泛使用，但由于其在化学稳定性（抗氧化性、抗剪切等）、黏温特性、抗乳化、抗泡沫性及防锈性能等方面均较差，大多数情况下已无法满足液压设备的要求。变压器油和汽轮机油的某些性能指标较机械油有所提高，但从名称上看这些油主要是为适应变压器、汽轮机等设备的特殊需要而生产的，其性能并不符合液压传动用油的要求。

液压设备一般应选用通用液压油，如果环境温度较低或温度变化较大，应选择黏温特性好的低温液压油；若环境温度较高且具有防火要求，则应选择抗燃液压油；如设备长期在重载下工作，为减小磨损，可选用抗磨液压油。选择合适的液压油品种可以保证液压系统的正常工作，减少故障的发生，还可提高设备的使用寿命。

想一想

（1）液压油在选用时，主要考虑哪些因素？

（2）各种牌号的液压油的具体应用。

五、技能训练

1.液压油品质的检查

液压油一经生产出来就开始慢慢的劣化变质，而且随着时间的增长，其劣化变质的速度大大加快，各种理化性能逐渐下降，直至不能再用。因此，液压油应采取定期检查和更换制度。一般采用现场鉴定换油法。鉴定方法是把被鉴定的液压油装入透明的玻璃容器里和新油作外观检查，通过直觉判断其污染程度，或者在现场用pH试纸进行硝酸侵蚀试验，以解决被鉴定的液压油是否更换。

液压油污染严重时，会浑浊，有难闻气味，在现场工作中可凭外观、气味、状态等直观检查法判断油的污染程度，并采取相应的检查方法。

液压油品质直观检查手段，主要通过“望、闻、捻”和滤纸透析试验等方法进行。液压油在存放及使用过程中，矿物质液压油可能会因环境中的水汽、灰尘等物质进入，造成液压油颜色改变，油液变得浑浊；长期使用或高温作用，油液浓度变稀或变稠，油液颜色发黑；液压系统工作时，因磨损产生的金属颗粒及其他一些杂质，进入油箱，会导致油液浑浊，油箱底部沉积油泥；另外，油液中的胶质聚集，会形成黏稠状絮状物质，这些物质一方面会导致油液变浑，另一方面还会堵塞油管、阀、油缸等运动部件的缝隙，影响油液的流通，造成油液压力建立困难，增加运动部件的运动阻力，运动部件运动时产生爬行、突然前冲等不良运动现象，甚至造成运动部件卡死；油液中混入空气，会造成油液产生泡沫，油液压力建立困难，运动部件产生爬行。

望 观察液压油的颜色变化、通过搅拌观察液压油的黏度情况和油中悬浮物等杂质的情况，根据观察的结果判定液压油的品质。一般情况下，油液颜色应比较鲜艳均匀，有一定的透光性，无悬浮和沉淀现象。

闻 通过嗅觉来判定油液的品质。一般情况下，未变质的液压油应无难闻的气味。如果液压油有焦臭味，并且颜色变为黑褐色，说明液压油出现高温烧灼而产生了氧化现象；如果液压油产生腥臭味，说明液压油受到污染变质，污染的原因可能是因水、锈蚀物、密封件的溶化物，或者其他杂质混入液压油中引起的。

捻 通过手的触觉，来感知油液的品质。主要是感知油液的黏度情况，有无絮状或颗粒状杂质等。

基本措施是，用干净的金属棒深入油箱底部，然后抽出，观察油液应能呈不间断的线状下滴，用手指搅油揉搓，手指皮肤之间有明显的油膜润滑，手指之间无皮肤直接接触感觉、无黏稠的絮状物、颗粒状的杂质，油液品质为正常。否则，说明油液已变质或失效。或者将油液滴在平铺的干净滤纸上，观察油液渗透分层情况，如果油液仅有一层扩散，且无黏稠的絮状物、颗粒状的杂质，油液品质为正常。如果有两层及以上层次的扩散，或者有黏稠的絮状物、颗粒状的杂质，说明油液中有水分或其他液体混入、氧化沉淀、杂质沉淀等不良现象。

液压油品质判定基本措施见表1.2。

2.液压油的更换和维护

液压油在使用两年以后应该更换。要始终保护液压系统的清洁度，使油泥、水分、铁锈、金属屑和纤维等杂质不要混入系统和油中，因此，油箱加油时必须通过过滤器，同时防止空气进入油里去，所以要常检查油箱与泵间的接头密封，不让空气随油进入液压系统中去。同时要经常检查油箱液面的高度。如果油面低于油表下限则需向油缸里加同牌号的液压油，否则油箱中油量不够会吸空，造成泵磨损。系统里进入空气造成油缸爬行，泵产生噪声，使系统失去正常的工作状态，造成液压元件损坏，从而使主机失去工作性能或无法工作。

表1.2 液压油的检测方法和变质液压油的判定

课堂讨论

（1）如何检查液压油的油品?

（2）液压油品质的好坏，是保证液压系统正常工作的第一道关，如何更换液压油？

思考与练习

（1）液压油作为液压传动系统的工作介质主要具有哪些作用？

（2）液压系统对液压油主要有哪些性能要求？

（3）液压油是如何进行分类的？

（4）液压油主要有哪些物理性质，它们与温度、压力的关系是怎样的？

（5）什么是液压油的黏度？常用的黏度单位有哪些？为什么油液的黏度是液压油最主要的性能指标？

（6）应按怎样的步骤选择合适的液压油，主要应遵循哪些原则？

（7）液压油污染有哪些主要危害？造成液压油污染的主要原因有哪些？

（8）控制液压油的污染主要有哪些措施？污染的分析和测定主要有哪些方法？