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1、2 液压传动中的工作液体工作液体是液压能的载体，其基本功能是进行能量的转换和传递。此外，它还对液压元件和系统进行润滑和冷却。2.1 液体的主要物理性质2.1.1 液体的压缩性液体体积随作用压力的变化而体积发生相应变化的性质称为液体的压缩性。压缩性大小用压缩系数 表示，即(Pa-1) (2-1)dpV1)lim(其平均值： （2-2）)(1/p式中： p、 p 压力（Pa） ；V、V 压力为 p 和 p 的液体体积（m 3） ；dp 压力增量（Pa） ；dV 压力增加到 p + dp 时的液体体积减少量（ ） ；3m既然液体具有压缩性这一物理性质，那么当液体受到压缩时，它必然产生一种向外膨胀的力
2、，当液体受到压缩时，所产生的这种向外膨胀的力，可以看成是一种弹性力，其大小用弹性系数 K 来表示。（Pa） （2-3）dpV12.1.2 粘性“人往高处走，水往低处流”这一句古话。但水为什么往低处流呢？这是因为高处的水在重力的作用下，沿着水的表面方向产生了剪切力，破坏了水的静止状态，水在剪切力的作用下开始滑动，从而产生了水的流动。水之所以流动，其原因是水对其剪切力的抗阻很小，即抵抗剪切力的能力很小。同样，其它液体也具有这种特性。但是，如果把水和油放置在两个同样的流道中，会发现二者的流动速度是不同的，即二者流动的快慢程度不同。这说明二者承受切应力的能力是不同的。液体承受切应力大小的能力反映了液体
3、的一种物理性质粘性。即粘性是液体承受切应力大小的能力。粘性是液体阻止自身发生剪切变形的一种特性，它存在于液体的内部。由于液体粘性的存在，液体在流动过程中，因克服自身的内摩擦力必然要做功。因此，液体的粘性是液体中产生机械能量损失的根源。（1）牛顿内摩擦定律6 液压传动与控制如图 2-1 所示，和为互相平行的两块平板，其间充满液体。若板固定，而 板以某一等速向右平移。由于液体附着力的作用，直接与 板相接触的液体层，将具有同板相同的速度 而随之移动，紧靠u板的液体层则不动，但中间各层液体由于其质点间的内摩擦力作用，层与层之间互相影响，相沿着滑动。流速较快的液体层，对相邻流速较慢的液体层，有一个加速作
4、用，流速较慢的液体层，对相邻流速较快的液体层，有一个减速的作用，在流速不同的液体层之间，粘性引起的内摩擦力是成对出现的。经过实验得知，两平板间各层液体的速度变化如图中所示，各层间产生的内摩擦力 F，与接触面积 A，相对速度差 du 成正比，而与垂直距离 dy 成反比，即 FAdu/dy ， 如乘以比例常数，则有：(2-4)dyuAF令 为单位面积上的内摩擦力，即内摩擦应力（或切应力） ，于是：(N/m2) (2-5)dyu式（2-4） ， （2-5）中的 du/dy 称为速度梯度，即速度在垂直于该速度方向上的变化率。（2）动力粘度式（2-4） ， （2-5）中的比例系数 ，它代表着液体的一种物
5、理性质粘性，称为动力粘度。它表示两层相距 1m，具有相对速度为 1 的相对滑动的液体，在其 1 的接触s/m2m面上所发生的内摩擦力的大小。其单位为 N .s /m2。（3）运动粘度动力粘度与密度的比值，即运动粘度。运动粘度用 表示：（ ） （2-6）s/m2液压油的牌号一般都以运动粘度 的 倍的运动粘度值来表示。比如：20 号机械610油，指的就是这种油在 50时的运动粘度的平均值为 。s/m10226（4）相对粘度（条件粘度）由于液体的动力粘度和运动粘度直接测量比较困难，因此，在工程上常采用另一种可用仪器直接测量的粘度表示方法，即相对粘度。各国采用的相对粘度的单位有所不同。我国同欧洲一些国
6、家采用恩氏粘度 。E0恩氏粘度的测定方法是：在一定温度下，将 200 mL 的被测液体从恩氏粘度计流出所需uyIabcdx+y图 2-1 平行平板流动 液压传动中的工作质 7时间 t 于同体积 20下的蒸馏水从该恩氏粘度计中流出所需时间 tB 之比称为恩氏粘度，用符号 表示。E0（2-7）Bt一般均以 50 为测量时的标准温度，记符号 。从上式看出，恩氏粘度只是一个比50E值，没有因次。恩氏粘度 与运动粘度 之间的换算关系为：E0( ) （2-8）401)73.1.( s/m2（5）油液粘性与压力、温度的关系一般而言，油液所受压力增大，其粘性变大。在压力不高且变化不大时，压力对粘性的影响可以忽
7、略不计。在压力较高或变化较大时，需要考虑压力对粘性的影响。油液粘性对温度十分敏感，当油液温度升高时，粘性下降。油液的粘度与温度之间的关系称为油液的粘温特性。一般可用粘温计算图、经验公式或粘度指数来描述粘温特性。油液的动力粘度与压力、温度的关系可用如下公式表示：（2-9）)(00tpe2.2 液压传动中的工作介质2.2.1 液压传动系统对工作介质的基本要求。液压传动系统在工作时，工作介质的各个状态参数（压力、温度、流速等）都处于不停地变化之中。工作介质应当适应这些参数的变化，保持液压传动系统工作性能稳定和自身的工作寿命。因此，工作介质应尽可能地具有以下特性。（1） 合适的粘性和较好的粘温特性。粘
8、度是工作介质的重要使用性能之一，粘度愈大，液压传动系统的压力损失和机械摩擦损失就越大，严重时，可能会造成液压泵吸空或发生气穴现象；粘度过低，又会增大液压传动系统的容积损失，降低润滑性能。表 2-1 推荐了各种液压泵使用的工作介质的粘度。粘温特性是指工作介质的粘度随工作介质温度变化的性质，国际和国内都采用粘度指数来衡量工作介质的粘温特性。粘度指数是一个约定值，用符号 来表示。如图 2-2 为液IV体的粘温特性曲线。由图 2-2 可知道，粘度指数越大得工作介质，其液体粘度随温度的变化量越小。（2）良好的抗磨性。401被 试 液 体HUVILms 2t(C)图 2-2 粘度指数8 液压传动与控制表
9、2-1 液压泵的适用粘度与推荐用液压油牌号粘度范围 /cSt液压泵类型允许 最佳工作压力/MPa工作温度/推荐用液压油牌号540 L H H 32，L H H 461200r/min 16220 2654 7 4080 L H H 46，L H H 68540 L H M 32，L H M 46叶片泵 1800r/min 20220 2554 14 4080L H M 46，L H M 68540 L H H 32，L H H 4612.5 4080 L H H 46，L H H 68540 L H M 32，L H M 4610204080 L H M 46，L H M 68540 L H
10、M 32，L H M 46齿轮泵 4220 25541632 4080L H M 46，LH M 68540 L H M 32，LH M 46径向柱塞泵 1065 1648 14354080 L H M 46，LH M 68540 L H M 32，LH M 46轴向柱塞泵 476 164735 4080 L H M 46，LH M 68580 L H H 32，LH H 46螺杆泵 194910.5 4080 L H H 46，LH H 68抗磨性是指减少液压元件零部件磨损能力。因此希望工作介质的润滑性好，其抗磨性就愈好。但在工作介质的选用中，应首先满足系统要求粘性的性能要求，即应兼顾两者的
11、需要。（3）抗氧化安定性好。工作介质抵抗空气中氧的氧化作用的能力，称为抗氧化安定性。工作介质在储运和使用过程中，与空气接触就会被氧化变质，其粘度发生变化，酸值也会增加，从而可能改变传动系统的工作性质，腐蚀液压元件。严重时，会造成一些粘稠的液态和固态物质，堵塞系统中的工作小孔和运动副间隙，加速零件磨损，破坏液压传动系统正常工作。研究发现，工作介质的温度愈高，其氧化过程愈快。对于一般的液压系统，当采用矿物油类的工作介质时，其工作温度不应超过 65，短期运转不得超过 80；机床液压系统的工作温度一般为 55。国家专业标准 ZBE341014 规定了润滑油抗氧化安定性的测定方法。（4）抗剪切安全性好。
12、工作介质通过液压元件内部时，由于受到运动零部件表面反复的剪切作用，其粘度与粘度指数都会下降，严重时会产生永久性下降，而使工作介质失去工作能力。工作介质抵抗剪切的能力称为抗剪切安全性好，用粘度下降的百分数来表示。它的测试方法可以参考ASTMD 2603 中的规定 。（5）良好的防锈蚀性能 液压传动中的工作质 9空气和水对液压元件都有锈蚀作用。锈蚀严重时，也会破坏系统的正常工作或损坏液压元件。但矿物油有防锈作用，在一定程度上能够延缓金属零部件的锈蚀过程。（6）良好的抗乳化性矿物油类工作介质工作过程中，在流动和液压元件的剧烈搅动下，可能与混入的水分形成乳化液。这种乳化液往往会促进工作介质变质，加速油
13、液的挥发，生成腐蚀性的沉淀物，从而降低工作介质的润滑性能、防锈性和工作寿命。矿物油与水接触时，抵抗它们生成乳化液的能力，称为抗乳化性。（7）抗泡沫性能好是指当工作介质中混入气体时，气体不易生成微小气泡和泡沫，即使生成，也会很快逸出。实际的液压系统都设置排气装置。（8）清净性好。工作介质不清净含有两方面的内容：一是油液的能量污染，如：热能、电能和放射线等；二是油液的物质污染，如：固体颗粒、水、空气等。详见本章第三节。（9）要与密封材料和涂料相容。液压系统中使用的一些密封元件和涂料，都是由有机合成材料制成的，因此与工作介质之间有是否相容的问题。如果不相容，就会使密封元件发生膨胀、软化或硬化，降低它
14、的工作寿命；使涂料溶解，破坏液压元件的保护涂层，污染工作介质并使其变质。在选择工作介质时必须特别注意。（10）对人体无毒害和无明显刺激作用。除了上述几项通用的要求之外，对于接触明火或高温热源的液压设备，还要求工作介质具有抗燃性。抗燃性的评定方法很多，对于矿物油通常采用闪点作为判断其抗燃性指标。闪点高的液体，抗燃性就好。一般认为，液体的工作温度比其闪点低 2030oC 时，是安全的。国标 GB267 规定了闪点的测定方法。2.2.2 常用工作介质的基本类型及其主要性能。（1）常用工作介质的标准符号和基本组成标准符号格式如图 2-3 所示。 例如：LHH 68L表示润滑剂类；HH表示无抗氧化剂的精制矿物油；6840C 时该液压油的粘度为 m2/s。6108其它产品参看文献 6。（2）矿物油类工作介质1) LHH 液压油 本产品为无（或含少量）抗氧化剂的精致矿物油。适用于对工作介质无特殊要求的一般润滑系统。无本产品时可选用 油。HL2) LHL 液压油 本产品是改善了防锈性能和抗氧化性的精致矿物油。常用于低压系统，也可用于要求换油期较长的轻负荷机械的油浴式非循环润滑系
