液压油分析
液压传动是机械设备中常用的一种传动装置,是利用液体作传动介质,利用液体的压力或动能来传递能量的系统。液压传动离不开液压介质,液压介质是液压系统中传递和转换能的工作介质,同时还具有润滑、冷却、防锈、减震等功能。通常把液压介质分为两类;将利用液体动能的液力传动系统所用的介质称为液力传动油,应用液体压力能的液压系统所使用的液压介质称为液压油。
液力传动油又叫自动传动液(ATF)、液力油、液力变扭器油等,它是自动变速器中用来传递能量的介质和润滑、冷却零件的液体。其中主要是汽车自动传动液,它用于轿车和轻型卡车的自动变速系统,使汽车能自动适应行驶阻力的变化,做到起步无冲击,变速震动小,乘坐舒适;也用于大型装载车的变速传动箱、动力转向系统、农用机械的分动箱。其主要功能为:在扭矩转换器中作为流体动能的传动介质;在伺服机构和压力环路系统中作为静压能的传递介质;在离合器中作为滑动摩擦能的传递介质。
液压油是根据巴斯噶尔原理传递液体静压能的介质,可用于操纵各种机械。由于液压传动具有结构紧凑、反应灵敏、易于实现自动化等优点,所以在机床、冶金、船舶、建筑及航空航天等行业得到广泛的应用,是工业润滑油中用量最大的品种,占工业润滑油的40%~50%。
(1)液压系统工作
各种机械设备的液压系统的具体构造各不相同,但一般来说,应该包括能源装置、控制装置、执行装置和辅助装置四部分。
原动机
液压系统
①能源装置。又称动力元件,是把机械能转换成压力能以供给液压系统压力的装置,如各类液压泵。
②控制装置。对系统中的压力、流动方向或流量进行控制调节的装置,如节流阀、换向阀等。
③执行装置。又称执行元件,是把液压能转换成机械能的装置,如液压缸、液压马达等。
④辅助装置。上述三部分之外的装置,如滤油器、油箱等。
液压油在系统运转过程中,除了传递静压能实现了能量的传递、转换和控制外,还具有 润滑、冷却、防锈、减震等作用,以保证液压系统在不同的环境和工作条件下长期、有效地 工作。因此,液压油除像一般润滑油一样要求有合适的黏度、良好的黏温性质、良好的防锈 性及抗氧化安定性等之外,还有一些特殊的性能要求。
(2)液压油的主要性能
随着大功率、小体积、高压力液压技术的发展,对液压油的性能提出了更高的要求, 些主要性能如下.
①抗磨性
在高负荷或启动、停车的工况下,系统中各种摩擦元件(如泵和大功率的油马达等)经常处于边界润滑状态,会产生不同程度的摩擦磨损,会造成运动部件性能降低,寿命缩短,系统发生故障。因此,往往需要加入抗磨添加剂以便在摩擦副中形成边界润滑膜,具有足够的润滑性,避免干摩擦,减少磨损。
②破乳化性和水解安定性
液压油在使用过程中,均与铜、铁等金属直接接触,但由于冷凝、泄漏等很容易混入水分,在调节装置、泵及其他元件的剧烈搅动下,易形成乳化液,不仅使其性能劣化,还促使液压元件锈蚀,这些锈蚀颗粒会随着油循环造成摩擦表面的磨损,所以要求液压油应具有良好的破乳化性和水解安定性,避免液压系统金属材料的锈蚀。
③抗泡沫性和空气释放性
液压系统中可能混进空气,液压油在循环时,溶于油中的空气量会不断增加,油中空气
以气泡和雾沫空气形式存在,气泡上升到油面会消失,但雾沫空气不易逸出油面,从而会影
响液压机构传递能量的稳定性和效率,还会因为增加了油与空气接触的面积而加速油的氧
化。因此,要求溶解和分散在油中的气泡尽快从油中释放出来,即要求液压油应具有较好空
气释放性。
④抗剪切安定性
液压油中通常加入聚甲基丙烯酸酯等黏度指数改进剂,这些物质的分子链较长,液压油在高压、高速使用条件下,通过泵、阀件、微孔等元件,要经受很高剪切速率的剪切作用,往往使高分子断链成小分子,使黏度降低,当黏度降低到一定程度时油就不能使用了,这就要求添加增黏剂的液压油具有良好的抗剪切安定性,以免因黏度降低过多而造成磨损。
⑤对密封材料的适应性
液压系统比较普遍采用橡胶为密封件,还采用尼龙、塑料、皮革等其他密封材料。对于用橡胶为密封材料的液压系统来说,要求液压油不侵蚀橡胶,不使其过分溶胀,也不允许使其收缩或硬化,以免降低其密封性能。以石油为原料获得的液压油中芳烃含量越高,对橡胶的侵蚀越厉害。
此外,液压油还应具有良好的抗氧化性、防锈和防腐蚀性等。
液力传动油是一类性能更为全面的油品,要求它具有良好的扭矩转换性能、低温流动性能、抗烧结和抗磨损性能、抗氧化性能、清净分散性能、抗泡沫性能、防锈性能、与各种密封材料的适应性能以及适当的摩擦特性。它虽然没有像内燃机油对抗氧化性和清净分散性要求那样严格,也没有像齿轮油对抗磨性要求那样苛刻,但它却集中了对内燃机油、齿轮油和液压油各方面性能的全面要求,而且还增加了对摩擦特性的要求。
(3)液压油的分类
目前,国内外主要采用ISO分类,我国液压油也根据ISO 6743-4:1999《润滑剂、工业 用润滑油和相关产品(L类)》第4部分H组(液压系统)用油分类标准,制定了国家标准GB7631.2-2003,如表2.11所示。该标准把液体传动系统用工作介质按系统中的工作性质分为流体静压系统和流体动力系统工作介质,前者用于传递液体压力能,即液压油;后者用于传递液体动能,即液力传动油。液压油也可按照黏度进行分级,目前,我国采用国际通用的ISO关于工业润滑油的黏度分级方法,用40℃运动黏度的某中心值为黏度牌号,共分为10、15、22、32、46、68、100、150八个黏度级,
(4)液压油的选用和更换
液压油包括矿物油型、合成型、水基型等,每一种液压油又包括多个黏度等级,在选择液压油品种时,应从泵的类型、工作状况(工作压力、工作温度等)、环境等方面进行选择。
①泵的类型。
三大泵类中对液压油的抗磨性要求的顺序为叶片泵>柱塞泵>齿轮泵。对于叶片泵,不管其压力大小,应至少选择HM液压油;对于低压柱塞泵,可选择HM液压油或HL液压油,对于高压柱塞泵,必须选用HM液压油;对于齿轮泵,可选择HM液压油或 HL液压油,但对于高性能的齿轮泵,应首选HM液压油。
②工作压力
工作压力主要是对液压油的润滑性即抗磨性提出了要求。随着压力的升高,泵内的摩擦磨损也随之增大。因此,对于工作压力大于20MPa的叶片泵和高于30MPa的柱塞泵液压系统,应该考虑选择HM高压型抗磨液压油。
③工作温度
工作温度是指液压系统的液压油在工作时的温度,主要是对液压油的黏温性能和热安定性提出了要求。对于在寒冷室外工作的液压机械而言,由于泵启动和正常运转时的温差较大,所以应选用低温性能好、黏度指数高的HV、HS液压油,满足不同温度下泵对油品黏度的要求。
④工作环境
工作环境是指液压设备工作的环境是室内、室外、地下、水上还是沙漠等,另外,还要考虑液压系统是否在300℃以上的高温环境或有明火的场所工作。如果液压系统在300℃以上的高温环境或明火附近工作,就必须选用抗燃液压油。
选定合适的品种后,还要确定采用什么黏度级别的液压油才能使液压系统在最佳状态下工作。选用黏度级别首先要根据泵的类型决定。每种类型泵都有它适用的最佳黏度范围。叶片泵为25~68m㎡/s,柱塞泵和齿轮泵都是30~115m㎡/s。其次要考虑泵的使用工况。工作压力越大、温度越高,应选择黏度等级越高的液压油以获得较好的润滑性。
总之,在选用液压油时,要根据上述影响因素及使用的经济性(油品的价格、使用寿命等)来选用合适的液压油,以提高液压设备运行的可靠性、延长系统和相关元件的使用寿命、提高生产效率、减少液压系统故障的发生。液压油的品种选择和黏度选择。液压油在使用一段时间后,由于氧化、污染等会引起油品的质量下降,对运行液压设备中的液压油应定期取样化验,一旦其理化指标达到换油指标后,必须进行更换。更换的依据主要有以下两种:按时换油。根据设备商或油品供应商规定的时间来换油。比如对于流动性大、取样困难的工程机械设备,可选择按时换油。液压油的换油期一般在2000~5000h。按质换油。参照换油指标进行换油。比如对于规定的液压系统,可采用按质换油的方式。SH/T 0476-1992(2003)标准中规定,当使用中的L-HL液压油有一项指标达到换油指标时应更换新油,。NB/SH/T 0599-2013标准中规定,当使用中的L-HM液压油有一项指标达到换油指标时应更换新油。
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