任务2　机床工作台液压系统的液压油的选用

【任务目标】

1.了解机床工作台液压系统中液压油的作用。

2.掌握液压油的基本性质。

3.掌握液压油的品种及选用。

【任务描述】

观察机床工作台液压系统常用液压油，清洗油箱、滤油器或更换油液、滤油器，了解液压油性质、特点和选用。

【知识准备】

在液压系统中，液压油是传递动力和运动的工作介质，同时起到润滑、冷却和防锈的作用。为了更好地理解液压传动原理、液压元件的结构及性能，合理设计、使用液压系统，必须了解液压油的基本性质，正确选择、使用和保养液压油。

液压油的性质主要有密度、可压缩性、黏性以及稳定性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、相容性等。

1.密度

单位体积液体的质量称为液体的密度。通常以ρ表示

式中　m——液体的质量，kg；

V——液体的体积，m3；

ρ——液体的密度，kg/m3。

密度随温度的上升而有所减小，随压力的提高而稍有增加，但变化量很小，可以忽略不计。一般液压油的密度为900kg/m3。

2.可压缩性

液体受压力的作用而发生的体积减小变化称为液体的可压缩性。在一般液压系统中，液压油可压缩性很小，可认为油液是不可压缩的。但在压力变化很大的高压系统中或进行液压系统动态分析，以及远程控制的液压机构，必须考虑其压缩性，可参考相关手册。

另外，当液压油中混入空气时，其可压缩性将显著增加，将严重影响液压系统的工作性能，故在液压系统中应尽量减少油液中的气体及其他易挥发物质（如汽油、煤油、乙醇、苯等）的含量。

3.黏性

液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力会阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的黏性。它是液体的重要物理性质，也是选择液压油的主要依据。

液体只在流动时才会呈现黏性。如图1-2-1所示，若两平行平板间充满液体，下平板固定不动，上平板以速度u0向右平动，由于液体的黏性作用，紧靠着下平板的液体层速度为零，紧靠上平板的液体层速度为u0，而中间各层液体速度则根据它与下平板间的距离，从上到下按递减规律近似呈线性分布。

实验表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A、液层间相对运动速度梯度du/dy成正比，即

式中，μ为比例常数，称为黏性系数或动力黏度。

若以τ表示内摩擦切应力，即液层间在单位面积上的内摩擦力，则有

上式又称为牛顿液体内摩擦定律。

由式（1-2-3）可知，在静止液体中，因速度梯度du/dy=0，内摩擦力为0，所以流体在静止状态不呈现黏性。

液体黏性的大小用黏度来表示，常用的黏度有三种，即动力黏度、运动黏度和相对黏度。

（1）动力黏度　表征流动液体内摩擦力大小的黏性系数，又称为绝对黏度，用μ表示。即

由上式可知，动力黏度μ的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，相互接触液层间内摩擦力。

动力黏度μ的法定计量单位为Pa·s（帕·秒）或N·s/m2。

在CGS中，动力黏度μ的单位为dyn·s/cm2，又称P（泊）。

1Pa·s=10P=106cP（厘泊）

（2）运动黏度　动力黏度μ与其密度ρ的比值，称为运动黏度，用ν表示，即

运动黏度ν无明确的物理意义。因为在其单位中只有长度与时间的量纲，类似于运动学的量，所以称为运动黏度。

运动黏度ν的法定单位是m2/s。

在CGS中，运动黏度ν为cm2/s，又称St（斯）。

1m2/s=104cm2/s（St）=106cSt（厘斯）

工程上常用运动黏度ν表示油液的黏度等级。液压油的牌号用在40℃温度时运动黏度平均值表示，例如N32号液压油，指这种油在40℃时的运动黏度平均值为32cSt。我国的液压油旧牌号则是采用按50℃时运动黏度的平均值表示的。液压油新旧牌号对照见表1-2-1。

（3）相对黏度　相对黏度又称条件黏度。因动力黏度与运动黏度都难以直接测量，工程上常用一些简便方法测定液体的相对黏度。相对黏度根据测量条件的不同，各国采用的单位各不相同，如中国、德国等采用恩氏黏度°E；美国采用赛氏黏度SSU；英国采用雷氏黏度R。

恩氏黏度°E用恩式黏度计测定，即将200cm3被测液体装入黏度计的容器内，加热液体均匀升温到温度t℃，液体由容器底部ф2.8mm的小孔流尽所需要的时间t1与流出同体积20℃蒸馏水所需时间t2（通常平均值t2=51s）的比值，称为被测液体在这一温度t℃时的恩氏黏度°E，即

一般以20℃、40℃、50℃、100℃作为测定恩氏黏度的标准温度，对应得到的恩氏黏度分别用°E20、°E40、°E50和°E100表示。

工程上通常先测出液体的恩氏黏度，再根据关系式或用查表法，换算出动力黏度或运动黏度。

当1.35≤°E≤3.2时

当°E>3.2时

（4）调合油的黏度　选择适合黏度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。但有时能得到的油液产品的黏度不合要求，在此种情况下可把同一型号两种不同黏度的油液按适当的比例混合起来使用，称为调合油。调合油的黏度可用下面经验公式计算。

式中　°E1，°E2——混合前两种油液的恩氏黏度，取°E1>°E2；

°E——调合后油的恩氏黏度；

α1，α2——参与调合的两种油液各占的百分数（α1+α2=100％）；

c——实验系数，见表1-2-2。

（5）黏度与压力的关系　液体所受的压力增加其分子间的距离将减小，内聚力增加，黏度也略随之增大。不同的油液有不同的黏度压力变化关系，这种关系称为油液的黏压关系。液体的黏度与压力的关系可表示为

νp=ν（1+0.003p）　　（1-2-10）

式中　νp——压力为p时液体的运动黏度；

ν——压力为101.33kPa时液体的运动黏度；

p——液体所受的压力。

在液压系统中，当压力不高且变化不大时，压力对黏度的影响较小，一般可忽略不计。当压力较高（大于107Pa）或压力变化较大时，应考虑压力对黏度的影响。

（6）黏度与温度的关系　油液的黏度对温度的变化十分敏感，温度升高时黏度下降。液体的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。

如图1-2-2所示为常用几种国产液压油的黏温特性曲线。由图可见，温度对黏度影响较大。

油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望黏度随温度的变化越小越好。它可用黏度指数VI来表示，它表示被试油和标准油黏度随温度变化程度比较的相对值。VI值大表示黏温特性平缓，即油的黏度受温度影响小，因而性能好；反之则差。一般的液压油要求VI值在90以上，精制的液压油或掺有添加剂的液压油VI值可达100以上。

4.其他特性

液压油的其他性质，如稳定性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（主要指对所接触的金属、密封材料、涂料等作用程度）等，它们对液压传动系统的工作性能有重要影响。这些性质可以在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得，不同品种的液压油有不同的指标，具体应用时可参阅油类产品手册。

【任务实施】

1.场地及设备

（1）场地　液压实训室、实训基地。

（2）设备　常用透明瓶装油液标本、滤油器、清洗工具。

2.认识液压油的种类

了解液压油液的种类，正确、合理地选择使用液压油液，对保证液压油液对液压系统适应各种环境条件和工作状况的能力，延长系统和元件的寿命，提高设备运转的可靠性，防止事故发生等方面都有重要影响。

液压油的品种很多，主要分为三大类：矿油型、合成型和乳化型。

矿油型液压油主要品种有通用液压油、抗磨液压油、低温液压油、高黏度指数液压油、液压导轨油及其他专用液压油。这类液压油是以机械油为原料，精炼后按需要加入适当添加剂而成，润滑性能好，应用广泛，但抗燃性较差，在一些高温、易燃、易爆的工作场合，为了安全起见，应该在液压系统中使用难燃性的合成型和乳化型，如水-乙二醇、磷酸酯等合成液或水包油、油包水等乳化液。液压油的主要品种、性质及使用范围见表1-2-3。

3.液压油的选用

正确合理地选择液压油液，对液压系统适应各种工作环境，延长系统和元件的寿命，提高系统的稳定性、可靠性都有重要的影响。

（1）选用原则　选择液压油液方法主要有三方面。

①列出液压系统对系统油液性能的要求，如黏度、工作压力、工作温度、可压缩性、抗燃性、润滑性、毒性等容许范围，以及技术经济性。

②从液压元件的生产厂产品样本或说明书中获得对液压油液的推荐材料，并考虑液压油与液压系统密封材料的适应性。尽可能选出符合或基本符合上述要求的液压油液品种。

③综合、权衡、调整各方面的要求和参数，决定采用合适的、经济的液压油液。

（2）选择油液品种　在通常情况下，应从工作压力、温度、工作环境、液压系统及元件结构和材质、经济性等几个方面综合考虑和判断。

①工作压力　液压系统的工作压力一般以其主油泵额定或最大压力为标志。如表1-2-4所示。

②工作温度　液压系统的工作温度一般以液压油的工作温度为标志。如表1-2-5所示。

③泵阀结构特点　液压油的润滑抗磨性对三大泵类的减摩效果，叶片泵最好，柱塞泵次之，齿轮泵较差。故凡是以叶片泵为主油泵的液压系统，不论其压力大小，常选用抗磨液压油HM。

液压系统阀的精度越高，要求所用的液压油清洁度也越高。如对有电液伺服阀的闭环液压系统要用清洁度高的清净液压油。对有电液脉冲马达的开环系统要求用数控机床液压油。此两种油可分别由高级抗磨液压油HM和高级低凝液压油HV代用。

（3）选择黏度等级　液压油的黏度对液压系统工作的稳定性、可靠性、效率、温升及磨损有显著影响。黏度过大，使液体流动阻力增加，功率损失大，液压泵吸油困难；黏度过小，则使泄漏增加，容积效率降低，功率损失增加，环境污染。在具体选用时，一般在温度、压力较高及工作部件速度较低时，可采用黏度较高的液压油液，反之宜采用黏度较低的液压油液。

在液压系统的元件中，泵的转速最高、压力较大、温度较高。因此，一般根据液压泵的要求来确定工作介质的黏度，见表1-2-6液压泵用油黏度范围及推荐用油。

注：1cSt=1×10-6m2/s。

4.液压油的使用

①液压系统运行前应按有关规定严格冲洗，使用中按规定要求更换新油。评定油液是否劣化，一是采取现场抽样，观察油液颜色、气味、有无沉淀物，与新油进行比较的定性方法；二是将油样送往实验室，用定量的方法评定。另外，应注意如液压传动装置在运转中的声音有异常，应及时对油液进行评定。

②保持液压系统清洁，密封良好，防止泄漏和尘土、杂物和水的侵入。因此，应定期给油箱放水，定期清洗液压系统。

③控制好液压油的温度。油温过高，油液氧化变质，产生各种生成物；过低，黏度过高使装置无法启动或发生气蚀。一般液压系统的油温，应控制在10～50℃。

【知识拓展】

液压油的污染与控制

液压油是保证液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命的重要条件。油液污染将会影响系统的正常工作和使元件过度的磨损，甚至会造成设备的故障。有关资料表明，现场70％～80％液压系统的工作不稳定和出现故障都与液压油的污染有关，因此控制液压油的污染是十分重要的。

（1）液压油被污染的原因

①液压系统的液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片和灰尘等，在系统使用前未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染。

②在液压系统工作过程中外界的砂粒、空气、水滴等，通过往复伸缩的活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等进入液压油里。另外在检修时，环境周围的污染物如灰尘、棉绒等进入液压油里。

③液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、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等所造成的液压油液污染。

（2）液压油液被污染后对液压传动系统所造成的主要危害

①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，产生噪声；堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件动作失灵，从而造成液压系统的故障。

②微小固体颗粒会加剧液压元件有相对滑动零件表面的磨损，降低元件的使用寿命，影响液压元件正常工作。同时，也会划伤密封件，使系统泄漏流量增加。

③空气和水分的混入液压油会降低润滑能力，并加速氧化变质；产生气蚀，使液压元件加速损坏；使液压传动系统出现振动、爬行等现象。

（3）防止油液污染的措施

造成液压油污染的原因多而复杂，要彻底解决液压油的污染问题是很困难的。行之有效的办法是将液压油的污染度控制在某一限度以内。对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手：一是防止污染物侵入液压系统；二是把已经侵入的污染物从系统中清除出去。污染控制要贯穿于整个液压系统的设计、制造、安装、使用和维护等各个阶段。

①保持液压油在使用前清洁。防止液压油在运输和保管过程受到外界污染，加入液压系统时必须将其静放数天后经过滤使用。

②做好液压系统在组装前、后清洁。液压元件在组装过程中必须严格清洗，液压系统在组装前、后都应用系统工作中使用的油液彻底进行清洗。拆装元件应在无尘区进行。

③保持液压油在工作中清洁。尽量避免液压油在工作过程中受到环境污染，采用密封油箱，通气孔上加空气滤清器，防止空气、水分、尘土和磨料的侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器的胶囊。

④采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求，在液压系统中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。

⑤控制液压油的工作温度。采取水冷、风冷等适当的措施，控制系统的工作温度，防止液压油氧化变质，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。

⑥定期检查和更换液压油。定期对系统的液压油进行抽样检查，发现不符合要求，应及时更换。更换新油前，必须对整个液压系统进行彻底清洗。

【思考与练习】

1.何谓液体的黏性？黏性的大小通常的表示方法有哪些？

2.黏温特性指的是什么？

3.说明常用液压油的种类及选用。