液压工程手册

液压工程手册，机械工业出版社出版（北京阜成门外百万庄南街一号，北京市书刊出版业营业许可证出字第117号），1990年4月北京第一版，1990年4月 北京第一次印刷。雷天觉主编，北京市印刷一厂印刷，新华书店北京发行元元祥篇华书店经售。定价74.00元。5.工作介质5.1液压系统对工作介质的一般要求3175.1.1对工作介质粘度的要求粘度是选择工作介质的首要因素。对一定的液压系统，只能应用粘度变化范围有限的工作介质才能正常工作。在相同工作压力下，粘度过高，各部件运动 阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。反之，粘度过低会增加泵的容积损失，并使油膜支承能力下降，而导致摩擦体间 产生干摩擦。所以，在给定的运动条件下，工作介质对不同的液压元件和装置要具有合适的粘度范围，同时在温度、压力变化下和剪切力作用下，油的粘度变 化均要小。5.1.2润滑性为了提高比功率，液压系统和元件发展趋向是高压、高转速。在这样的条件下，液压元件内部摩擦副在高负荷或其他工作状况（如启动或停车）下，多数 处于边界润滑状态。因此，为减少各类磨损，要求工作介质对元件的摩擦副有良好的润滑性。5.1.3氧化安定性工作介质与空气接触，特别是在高温、高压下容易氧化、变质。氧化后酸值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状物质会堵塞滤器，妨碍部件的动作以及 降低系统效率。因此，要求它具有良好的氧化安定性。5.1.4剪切安定性工作介质通过液压元件的狭隘通道（节流间隙或阻尼孔）时，要经受剧烈的剪切作用，会使一些聚合型增粘剂高分子断裂，造成粘度永久性下降，在高压、 高速时，这种情况尤为严重。为延长使用寿命，要求剪切安定性好。5.1.5防锈和抗腐蚀性液压元件的各种金属零件，在溶解于工作介质中的水分和空气的作用下，精加工表面会发生锈蚀。锈蚀颗粒在系统内循环，会产生磨损和引起故障。所以 要求工作介质对金属材料有足够的防锈性和防腐蚀性。5.1.6抗乳化性工作介质在工作过程中可能从不同的途经混入水分。混有水分的工作介质在泵和其他元件的剧烈搅拌下，很容易形成乳化液，使工作介质变质或生成沉淀 物，妨碍冷却器的导热，阻滞管道和介质在阀门内的流动，降低润滑性。所以，要求工作介质有良好的抗乳化性。5.1.7抗泡沫性空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环，不仅会使系统的压力降低，润滑条件恶化，还会产生异常的噪声、振动和工作不正 常。此外，气泡还增加了与空气的接触面积，加速了工作介质的氧化。所以要求工作介质起泡少、消泡容易，抗泡沫性好。5.1.8对密封材料的相容性工作介质对密封材料的影响，主要表现在二个方面：一是是密封材料溶胀软化；二是使其硬化，其结果都会使密封失效，引起泄露，系统压力下降，以至 不能正常工作。所以要求工作介质与系统内密封材料的相容性好。5.1.9其他要求对工作介质的其他要求还有：化学稳定性；在工作压力下，具有充分的不可压缩性；比热和热传导率要大；热膨胀系数要小；具有足够的清洁度；无毒性、 无臭味；抗燃性等。5.2工作介质的物理化学性质5.2.1粘度（1）粘度的定义及单位在外力作用下，液体内某一部分与其相邻部分间发生相对运动时，沿其界面产生内部摩擦阻力，此种性质成为粘性。表示粘性大小（即反映此内摩擦阻力 大小程度）的物理量称为粘度。粘度一般可分为下列三种：1）动力粘度（绝对粘度、粘性动力系数）动力粘度是各种粘度表示法的基础。比例常数即动力粘度，的表示单位：国际单位制为帕秒（Pa-s）； CGS单位制为泊（P），通常用厘泊（cP）。2）运动粘度（粘性运动系数）运动粘度是液体在同一温度下的动力粘度与该液体密度的比值（v）。其单位：SI单位制为m2/s，常用mm2/s； CGS单位制 为厘 chi （cSt）。3）条件粘度（相对粘度）条件粘度是用各种粘度计所测得的粘度，以条件单位表示。测定的方法和表示粘度的单位很多，因此，条件粘度的种类也很多，例如恩氏、赛氏、雷氏等粘度。我国主要采用运动粘度，最近I SO规定统一采用运动粘度。其他一些主要国家采用的粘度单位及与运动粘度换算的公式，见表5.2-1。（2）粘度-温度特性（以下简称粘-温特性）各种液体的粘度随着温度升高而降低。每种液体有自身的粘度随温度变化的特性。即粘温特。使用时，要求液体的粘度随温度变化愈小愈好。粘温特性通 常用下列三种方法表示：1）粘度-温度曲线图图5.2.2为一些典型液压油、液的粘度-温度曲线图，供查阅参考。2）粘度温度系数粘度温度系数是根据液体运动粘度的数值按下式计算：NWX0100 =（v0v 100） /V50（5.2-1）NWX20100= （v20v100）/v50（5.2-2）式中v：、v20、v50、v100分别为液体在0C、20C、50C、100C时的运动粘度。粘温系数越小，表示粘度随温度变化小，液体的粘温特性就越好。3）粘度系数液压油的粘度指数（VI），表明试油的粘度随温度变化的程度同标准油的粘度变化程度比值的相对值。粘度指数高，即表示粘-温曲线平缓，粘温特性好。 一般液压油的粘度指数值要求在90以上，优异的在100以上。在国际GB1995-80石油产品粘度指数计算法中规定粘度指数计算公式如下：a）粘度指数VI=0100时，VI= （LU） / （LH）X100（5.2-3）b）粘度指数VIN100时，VI=10n-1/0.00715+100（5.2-4）N=（logHlog v）/ log v（5.2-5）式中U一试样40C运动粘度（cSt）；V一试样100。运动粘度(cSt)；H与试样100。运动粘度相同，粘度指数为100的石油产品在40。时的运动粘度(cSt)；L与试样100。运动粘度相同，粘度指数为0的石油产品在40。时的运动粘度(cSt)。在计算时，H、L的数值在该国标(GB1995-80)中有数表可查用。但在实际工作中，只要知道液压油在40。时的运动粘度(cSt)后，其粘度指数(VI)值， 即可在GB1995-80石油产品粘度指数计算法中直接查到，不用计算。(3) 粘度-压力特性液体的动力粘度与压力P(MPa)的关系可用下列近似公式表示：u = u ekp(Pa s)(5.2-6)0式中r0 一大气压力下液体的动力粘度(Pa - s)；K 一随各种液体而异的系数，石油型液压油为：K=0.0150.35MPa。压力对粘度的影响在低压时不明显，当压力大于50 MPa时，其影响趋于显著。压力升高到70MPa以上时，液体的粘度将比常压下增加410倍，参看图5.2-3。5.2.2密度密度系单位体积内所含液体物质的质量(g/mL)，我国采用20。时的密度为液压油的标准密度，以P20表示。一些典型液压工作介质的密度见表5.2-2。5.2.3温度膨胀由温度(t)引起的液压工作介质的体积(V)和密度(p)的变化为：V=V0(1 + av t)(mL)(5.2-7)P=P0(1av *At)(g/ml)(5.2-8)式中V0常温下工作介质的体积(mL)；P 0 常温下工作介质的密度(g/ml)； t 一由常温起算的温度差=t t0(。)；Av 一液体膨胀系数(。-1)。一般石油型液压油av=8.590X10-4/。，平均取av=8.7X10-4/。5.2.4热导率热导率表示液体内热传导的难易程度，其表达式：Qn=XA (t2t1) /L(5.2-9)式中Qn一所传导的热量(W)；A n传热面积(m2)；t2 t1 温度差(K)；2 L 一与热流成直角方向的物质厚度(m)；入一热导率。一般石油型油，在普通温度下可取：入=0.1160.151(W/mK)。5.2.5比热容比热容是指单位重量或质量的液体，当温度升高1度时所需要的热量，一般石油型油平均可取c=(0.40.5) X4187J (kg K) (5.2-10)但是必须注意，所有液压油的比热容几乎都是随温度的上升而增大的。5.2.6体积弹性模量在压力作用下液压油的体积变化，用压缩率B表示。而油液的体积弹性模量K就是B的倒数：B=1/VXdV/dp (MPa-1)(5.2-11)K=1/B (MPa)(5.2-12)式中V一液压油的体积(m3)；P一压力(MPa)。不同的实验方法和实验装置所得的K值也各不相同。一般石油型液压油的K值，平均约为(1.22)X103MPa。但在实际应用中，由于在液体内不可避免地 混入气泡等原因，使K值显著减小，因此，建议选用(0.71.4)X103MPa。5.2.7闪点闪点是在规定的开形杯或闭形杯内，用规定容量的油样加热到它蒸发的油气与空气混合后，在与规定火焰接触能发生闪光时，油样的最低温度。闪点测量法有开杯和闭杯二种，一般轻质油多用闭杯法(GB261-83)，而液压油多用开杯法(GB267-77)。同一种油液，用开杯测定的结果要比闭杯高出10 30。根据闪点可以知道油液中含有低沸点的馏份的程度，闪点高，表明低沸点馏份少，油液在高温下的安全性好，闪点低就不宜在高温下使用。5.2.8凝点凝点是油液在试验条件下，冷却到失去流动性时的最高温度。测定液压油凝点可按GB510-83进行：将样油装在双层试管中进行冷却，当冷却到预期的温度 时，将试管倾斜45，并停留一分钟后油面不产生移动时的最高温度，此温度即为凝点。外国油液一般给出倾点，这只是测定方法不同而已，倾点较凝点高 3。液压油的低温流动性与凝点有关，一般认为，在凝点以上10。，液压油的流动性是好的。5.2.9酸值酸值是中和1g液压油中的全部酸性物质所需氢氧化钾的毫克数，以KOH/g的mg数表示。酸值用石油产品酸值测定面(GB264-77)测定。酸值是控制液压油使用性能的重要指标之一。酸值大的油液容易造成机件的腐蚀，而且还会促进油液变质、增加机械磨损。因此根据设备的使用条件，还 规定了可用的最高酸值，在使用中当酸值超过规定时，需要更换新油。但目前有的液压油加有二硫代二磷酸酯锌抗磨抗氧剂(ZDDP)，这类添加剂本身酸值很高， 所以新油酸值高，并非不能使用，使用中应加以区分。5.2.10腐蚀腐蚀是液压油在规定条件下，对规定金属试片的腐蚀作用。液压油要求腐蚀试验合格。腐蚀试验一般按SY2620-77润滑油腐蚀试验法进行。用T3铜片在100。的样油中浸泡3h,而后用目测评定试片表面是否有变色或斑痕。对一些特殊的系统， 也可用铝、铸铁、钢等金属在规定条件下进行试验。