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1、液压理论与维护课程,第七章 工作介质与污染控制,第一节 工作介质 第二节 污染控制,主讲：和中灏,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,一、液压系统对工作介质的要求 1、 粘度 粘度是选择工作介质的首选因素。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，并使油膜支撑能力下降，而导致摩擦副间产生干摩擦。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、压力变化和剪切力作用下，油的粘度变化均要小。 2、 润滑性 为了提高功率和容积效率，液压系统和元件发展趋势是高压、高
2、转速。在这种情况下，液压元件内部摩擦副,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,一、液压系统对工作介质的要求 2、 润滑性 在高负荷或其它工作状况下，多数处于边界润滑状态。因此为防止发生粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损等，以免造成泵或马达性能降低，寿命缩短，系统产生故障，要求工作介质对元件的摩擦副有良好的润滑性和极压抗磨性。 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。氧化后酸性值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥甚至漆膜会堵塞滤油器，防碍部件的运作及降低系统的效率。,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,一、液压系统对工作介质的要求 4、 防锈和抗腐蚀性 液压元件
3、的各种金属零件，在工作介质中混入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，并因其催化作用促使油液进一步氧化，引起元件腐蚀。 5、 抗乳化性 工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其它元件的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，防碍冷却器的导热，阻滞管道和介质在阀门内的流动，降低润滑性。,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,一、液压系统对工作介质的要求 6、抗泡沫性 空气混入工作介质后产生气泡，混有气泡的介质在液压系统中循环，不仅使系统的压力和能量传递不稳定，产生滞后现象
4、，失去可靠性和准确性，并使润滑条件恶化，产生异常的噪音、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。 7、其它要求 低温性；难燃性；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、无臭味等。,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,二、工作介质的种类及其选用 1、工作介质的种类 1） 按油品类型、化学组成和可燃性分类,液压油,矿油型液压油,普通液压油,抗磨液压油,低凝液压油,高粘度指数液压油,专用液压油,机械油,气轮机油,抗燃油,含水型,合成型,水包油型乳化液,油包水型乳化液,水-乙二醇液压油,高水基液压油,磷酸脂
5、液压油,脂肪酸脂液压油,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,二、工作介质的种类及其选用 1、工作介质的种类 2） 按使用压力和温度分类,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,2） 按分类,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,2） 按分类,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,2、工作介质的选用和更换 1）选用原则 正确选用工作介质对液压系统适用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。原则：液压系统的环境条件、工作条件、工作介质的质量、技术经济性等。 按下述三个基本步骤进行： 列出液压系统对液压油性能变化范围的要求：粘度、密度
6、、温度范围、压力上限、蒸汽压、难燃性、润滑性、空气溶解率、可压缩性和毒性等。 尽可能选出符合或接近上述要求的液压油品种。从液压件的生产厂及产品样本中获得对工作介质的推荐资料。 最终综合、权衡、调整各方面的要求和参数，决定所采用的合适工作介质。,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,2、工作介质的选用和更换 2）品种选用 液压油品种的选用的依据是液压系统所处的工作环境和系统的工况条件。工况条件主要是温度、压力和油泵类型等。 （1）工作温度 系指液压系统液压油在工作时的温度，主要对液压油的粘温性和热安定性提出要求。 表一 按液压油工作温度选择液压油,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,2、工作介
7、质的选用和更换 2）品种选用 环境温度和液压油工作温度（操作温度）一般关系。见表二 表二 环境温度和操作温度 （指没有冷却控温的液压设备）一般关系表,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,2）品种选用 在寒区或严寒区野外工作时，当环境温度在-5-25时可用HV低温液压油；当环境温度在-5-40时，可用HS低温液压油。 液压油的使用温度对液压系统是相当重要的。液压设备中使用油温度过高，会加速油液氧化变质。长时间在高温下工作，油液的寿命会大大缩短。另外，氧化生成的酸性物质对金属起腐蚀作用，增大磨损，对液压系统不利。液压系统中油液适宜工作温度见表三： 表三 液压油工作温度范围,液压理论与维护课程,第
8、一节 工作介质,（2）工作压力 主要对液压油的润滑性既抗磨性提出要求。 对于高压系统的液压元件，特别是液压泵中处于边界润滑状态的摩擦副，由于正压力加大、速度高，而摩擦磨损条件趋于苛刻，因而必须选择润滑性即抗磨性、极压性优良的HM油。按压力选用油见表四； 表四 按液压系统和油泵工作压力选择液压油,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,（3）工作环境 一方面要考虑液压设备作业的环境是室内、室外、地下、水上、内陆沙漠，还是处于冬夏温差大的寒区等工作环境。另一方面若液压系统靠近有300以上高温的表面热源和有明火场所，就要选用难燃液压油。 （4）液压泵类型 液压泵类型较多，如叶片泵、柱塞泵、齿轮泵等，同
9、类泵又因功率、转速、压力、流量、金属材质等因素影响，使液压油的选用比较复杂。一般来说低压泵可以选用HL油，对于中、高压泵应选用HM油。通常HL油可优先用于轴向注塞泵，但不适用于叶片泵，高锌HM油适用于各类叶片泵。无灰HM油适用于含有铜和银部件的轴向注塞泵，也适用于中低压叶片泵，但不适用于高压叶片泵。低锌HM油则适用范围较宽，既适用于中、高压叶片泵，也适用于有铜和铜部件的柱塞泵。,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,3）粘度等级选用 液压油品种选择确定后，还必须确定粘度等级（即牌号）。粘度等级的选用主要取决于液压系统的实际工作温度和冷启动温度，也与所用泵的类型、压力等有关。 （1）按工作温度选
10、择粘度等级（见表五） 液压系统应按实际运行工作温度选择液压油的粘度等级，如表二所示，液压系统的实际工作温度比室内温度高出1525，在温带室外高出2535，夏天热带室外能达50。当然工作温度还与油泵类型和大小，连续工作时间长短，油箱容量以及有无冷却系统等有关。为了防止泵的磨损，必须限定运行工作温度下的最低粘度，齿轮泵最低粘度通常为20mm2/s;叶片泵最低粘度为12mm2/s；柱塞泵为8mm2/s；通常在工作温度时的最低粘度在1316mm2/s为宜。在高压系统（压力大于30MPa）工作温度比低压高10，为减少泵的内泄漏、提高容积效率、减少功率损失，工作粘度最好在25mm2/s。,液压理论与维护课
11、程,第一节 工作介质,3）粘度等级选用 （2）按启动温度选用品种和粘度等级 用于寒区和严寒区冬季野外操作的液压设备特别重要，一般选用对低温泵除有要求的HL油和HS油品种见表四，而不能选用HL或HM油，并按实际要求选择各种不同的粘度等级。国外液压泵公司一般规定了液压泵冷启动时液压油的最大粘度见表六。此外，日本规定寒区工程机械启动时要求油的最大粘度为500mm2/s，前苏联规定对于齿轮泵为14001600mm2/s、柱塞泵为10001200mm2/s、叶片泵为600800mm2/s。我国对不同液压泵满足运行的最高吸入粘度的参考指标是：齿轮泵是2000mm2/s，柱塞泵为1000mm2/s，叶片泵为
12、500700mm2/s,液压理论与维护课程,第一节 工作介质,4）液压油液的更换（加表+） 合理选用液压油仅是液压设备正常工作的起点，在系统运行过程中，应即使监测液压油的性能变化，确保及时换油，以延长液压系统的使用寿命，避免因工作介质引起系统故障，甚至发生事故。液压油的使用寿命（即换油期）因液压油品种、工作环境和系统运行工况不同，而有较大差异，当选油合理，油品质量优良，对液压系统和液压油具备良好的维护和管理，则换油期可以大大延长。在长期工作过程中，由于水、空气、杂质和金属磨损物的进入，在温度、压力、剪切作用下，液压油会出现颜色变深、浑浊、有沉淀、酸值增加、抗乳化性和抗泡沫性变差，粘度增加，热安
13、定性和氧化性劣化，出现胶状聚合物或油泥等。为了确保液压系统正常运转，我国已制定了SH/T0476-92 L-HL和SH/T0599-94 L-HL液压油换油指标，当运行中的液压油已超出规定的技术要求(见表七、表八)时则已达到了换油期，应及时更换工作介质。,液压理论与维护课程,第二节 污染控制,一、油液污染及对液压系统的影响 1、污染物种类与来源 液压系统介质中存在着各种各样的污染物，其中最主要的是固体颗粒物，此外还有水、空气，以及有害化学物质等。污染物的来源主要有以下几个方面： 系统内原来残留的，如元件加工和系统组装过程中残留的金属切屑，沙粒及清洗溶剂等； 从外界侵入的，如通过油箱呼吸孔和液压
14、缸活塞杆密封从外界环境侵入系统的各种污染物，以及注油和维修过程带入的污染物等； 系统内部生成的，如系统工作中元件磨损、腐蚀产生的颗粒物，以及油液氧化分解产生的有害化合物等； 对于水基工作介质，如水包油乳化液，微生物及其代谢产物也是一种常见的污染物，因为水是微生物生存和繁殖的必要条件。,液压理论与维护课程,第二节 污染控制,一、油液污染及对液压系统的影响 2、油液污染的危害 油液污染直接影响液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命。国内外资料表明，液压系统的故障大约有70%是油液污染所引起的。油液污染对液压系统的危害主要有以下几个方面： （1）元件的污染加剧磨损 油液的污染物引起元件各种形式的磨损。
15、固体颗粒进入元件运动副间隙内，对零件表面产生切削磨损和疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对零件表面的冲击引起冲蚀磨损。油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。此外，液压系统油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。 （2）颗粒污物堵塞和淤积，引起元件故障 固体颗粒和油液氧化产生的粘稠状物质堵塞液压阀的间隙和孔口，引起阀芯阻滞和卡紧，影响阀的工作性能，甚至导致阀的失灵，造成系统故障。,液压理论与维护课程,第二节 污染控制,一、油液污染及对液压系统的影响 2、油液污染的危害 （3）加速油液性能的劣化 油液中的水和空气，以及热能是油液氧化的必要条件，而油液中的金属微粒对油液氧化起着重要的
16、催化作用。此外，油液中的水和悬浮气泡显著降低运动副间油膜的强度，使润滑性能下降。 二、油液污染分析 1、污染物分析 目前用于油液中污染物成分分析的方法主要有：光谱分析、铁谱分析和红外光谱分析。 光谱分析法的基本原理：每种元素的原子当被一定的能量激发时，具有发射和吸收特定波长的光的特性，通过光谱分析可以检测物质中的各种元素及其含量。,液压理论与维护课程,第二节 污染控制,二、油液污染分析 1、污染物分析 铁谱分析的原理：利用高梯度强磁场将油液中的铁磁性颗粒分离出来，然后进行含量测定和形貌分析。 红外光谱分析的原理：通过检测各种化合物在红外光谱区（波长2.5-25m）的特征吸收峰及吸收的特定波长光线的能量,从而对油液中的化合物进行定性和定量分析。 2、油液污染度测定 （1）油液污染度等级 油液污染度是指单位体积油液中固体颗粒污染物的含量，即油液中固体颗粒污染物的浓度。表示方法如下： 质量污染度：单位体积油液中所含固体颗粒污染物的质量，一般用mg/L表示。,液压理论与维护课程,第二节 污染控制,二、油液污染分析 2、油液污染度测定 （
