1.2 液压油的性质和选用
【知识目标】
（1）掌握液压油的基本性质（主要是黏性）。
（2）掌握黏度的表示方法，液压油牌号的意义、种类。
（3）正确使用液压油。
【能力目标】
（1）知道黏度的表示方法，能根据液压油牌号正确判断油的黏度。
（2）能正确合理选用和使用液压油。
1.2.1 液压油的用途
液压油有以下几种作用。
（1）传递运动与动力。液压油是液压系统的工作介质。液压泵将机械能转换成液体的压力能，液压油将压力能传至各处。由于液压油本身具有黏性，因此，在传递过程中会产生一定的能量损失。
（2）润滑。液压元件内各移动部件都可受到液压油的充分润滑，从而降低元件磨损，提高使用寿命。
（3）密封。液压油本身的黏性对细小的间隙有密封的作用。
（4）冷却。系统损失的能量会变成热量，被液压油带出。
1.2.2 液压油的性质
1.密度
液体单位体积内的质量称为密度。密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常可以忽略不计。工业液压油系矿物油，密度为0.85～0.95g/cm3；油包水型液压油含油较多，密度为0.92～0.94g/cm3；水包油型液压油含水较多，密度为1.05～1.1g/cm3。
在一般计算中，取液压油系矿物油，密度ρ=900kg/m3。
2.黏性
（1）牛顿内摩擦定律。液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚吸引力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力。液体流动时分子间产生内摩擦力的性质称为液体的黏性。液体只有在流动时才会呈现黏性。液压油的黏性对机械效率、磨耗、压力损失、容积效率、漏油及液压泵的吸入性影响很大。在图1-4所示的液体的黏性示意图上，以平行平板间的流动情况为例，设上平板以速度u0向右运动，下平板固定不动。紧贴于上平板上的流体黏附于上平板上，其速度与上平板相同。紧贴于下平板上的流体黏附于下平板上，其速度为零。中间流体的速度呈线性分布。我们把这种流动看成是许多无限薄的流体层在运动。当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时，两层间由于黏性就产生内摩擦力的作用。
根据实际测定的数据可知，流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比，而与此两流体层间的距离dy成反比，即
F=μAdμ/dy（1-1）
以τ=F/A表示内摩擦切应力，则有
图1-4 液体的黏性示意图
这就是牛顿内摩擦定律。式中，μ为比例常数，又称为黏性系数或动力黏度。
（2）黏度。液体黏性的大小用黏度来表示，常用的黏度有3种：动力黏度、运动黏度和相对黏度。
① 动力黏度。表征流体黏性的内摩擦系数，也称为绝对黏度，用μ表示，单位为Pa·s（帕·秒）。
② 运动黏度。动力黏度与液体密度的比值，称为运动黏度，用ν表示，单位为m2/s，常用单位为St（斯）、cSt（厘斯），其换算关系为1m2/s=104cm2/s(St)＝106mm2/s(cSt)。表1-2为常用液压油的牌号和运动黏度。
表1-2 常用液压油的牌号和运动黏度
黏度是液压油的主要性能指标。习惯上使用运动黏度标定液体的黏度。例如，机械油牌号的数值就是其在40℃时的平均运动黏度的数值（单位为cSt）。
液压油牌号的编制方法和详细意义可查阅有关的液压手册。
③ 相对黏度。又称为条件黏度，它是采用特定的黏度计在规定条件下测出的液体黏度。我国和德国等国家采用恩氏黏度°E，美国采用赛氏黏度，英国采用雷氏黏度。恩氏黏度°E采用恩氏黏度计测定。将200mL的被测液体装入黏度计的容器内，均匀加热到某一温度t，液体自底部φ2.8mm的小孔流尽所需时间为t1，再测出同一体积的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需时间为t2，t1与t2的比值即为被测液体在这一温度t时的恩氏黏度°Et
（3）黏度与压力的关系。液体所受压力增加时，其分子间的距离减小，内聚力增加，黏度也随之略有增大。液压油在中低压系统内，压力变化很小，压力对黏度的影响可以忽略不计。当压力较高（大于10MPa）或压力变化较大时，则需要考虑压力对黏度的影响。
（4）黏度与温度的关系。液压油对温度的变化很敏感，温度上升，黏度降低；温度下降，黏度增大。这种油的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。图1-5所示为几种常用国产液压油的黏度—温度曲线。黏度降低，造成泄漏增加、磨损增加、效率降低等问题；黏度增加，造成流动困难及液压泵转动不易等问题。如工作时油液温度超过60℃，就必须加装冷却器，因为油温在60℃以上时，每超过10℃，油的劣化速度就会加倍。我们希望液压油的黏温特性好，即黏度随温度的变化越小越好。
3.压缩性
液压油在低、中压时可视为非压缩性液体，但在高压时，压缩性就不可忽视了。液压油的可压缩性是钢的100～150倍，即与木材的压缩性相当。压缩性会降低运动的精度，增大压力损失，而使油温上升；在压力信号传递时，会有时间延迟、响应不良等现象。
液压油还有其他一些性质，如稳定性、抗泡沫性、抗乳化性、抗燃性、防锈性、润滑性以及相容性等。这些性质是通过在液压油中加入各种添加剂来实现的。
图1-5 几种国产液压油的黏度—温度曲线
1.2.3 液压油的种类
液压油主要有矿物油型、乳化型、合成型三大类。
1.矿物油型液压油
矿物油型液压油主要由石油炼制而成，并添加了抗氧化剂和防锈剂等添加剂，是用途最广的一种液压油。其缺点是耐火性差，不能用在高温、易燃、易爆的场合。
2.乳化型液压油
乳化型液压油抗燃性好，主要用于有起火危险的场合及大容量系统。其包含水包油型和油包水型两种类型。水包油型的价格便宜，但润滑性差，会侵蚀油封和金属；油包水型抗磨防锈性好，又具有抗燃性，但稳定性较差。
3.合成型液压油
合成型液压油是一种化学合成溶剂。其性能良好，具有以上两种类型的优点。
1.2.4 液压油的选用
液压油有很多种类，可根据不同的使用场合选用合适的类型。在类型确定的情况下，最主要考虑的是所选油液的黏度。选择液压油时应主要考虑如下因素。
1.系统的工作压力
选择液压油时，应根据液压系统工作压力的大小选用。通常，工作压力较高时，宜选用黏度较高的油，以免系统泄漏过多，效率过低；工作压力较低时，可以用黏度较低的油，这样可以减少压力损失。例如，当压力p=7～20MPa时，可选用N46～N100的液压油；当压力p＜7MPa时，可选用N32～N68的液压油。
凡是在中、高压系统中使用的液压油，还应具有良好的抗磨性。
2.执行元件的运动速度
执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，宜选用黏度较低的液压油。反之采用较高黏度的液压油。
3.工作环境温度
工作环境温度高时，为了减少泄漏，宜选用黏度较高的液压油。环境温度低时，宜选用黏度较低的液压油。
4.液压泵的类型
液压泵是液压系统的重要元件，在系统中它的运动速度、压力和温升都较高，工作时间又长，因而对黏度要求较严格。选择黏度时应首先考虑到液压泵，否则会造成液压泵磨损快，容积效率降低，甚至可能破坏液压泵的吸油条件。在一般情况下，可将液压泵对液压油黏度的要求作为选择液压油的基准。液压泵所用金属材料对液压油的抗氧化性、抗磨性、水解安定性也有一定要求。按液压泵的要求确定液压油的标准，各类液压泵推荐用油见表1-3。
表1-3 各类液压泵推荐用油
注：液压油牌号L-HM32的含义是，L表示润滑剂，H表示液压油，M表示抗磨型，黏度等级为VG32。
1.2.5 液压油的污染与控制
液压油的污染是液压系统发生故障的主要原因。液压系统所有故障中，80%以上是由液压油的污染造成的。即使是新油，往往也含有许多污染物颗粒，甚至可能会比高性能液压系统允许的多10倍。因此正确使用液压油，做好液压油的管理和防污染工作是保证液压系统工作可靠性，延长液压元件使用寿命的重要手段。
1.污染的主要原因
污染物的来源是多方面的，总体来说可分为系统内部残留、内部生成和外部侵入3种。造成油液污染的主要原因有以下几点。
（1）液压油虽然是在比较清洁的条件下精炼和调制成的，但在油液运输和储存过程中会受到管道、油桶、油罐的污染。
（2）液压系统和液压元件在加工、运输、存储、装配过程中，灰尘、焊渣、型砂、切屑、磨料等残留物造成污染。
（3）在液压系统运行中，由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏、不良而由系统外部侵入的灰尘、砂土、水分等污染物造成污染。
（4）液压系统运行过程中产生污染物。金属及密封件因磨损而产生的颗粒、通过活塞杆等处进入系统的外界杂质、油液氧化变质的生成物也都会造成油液的污染。
2.污染的危害
液压油污染会使液压系统性能变坏，经常出现故障，液压元件磨损加剧，寿命缩短。油液污染对液压系统的危害可大致归纳为以下几点。
（1）固体颗粒使液压元件滑动部分磨损加剧，反应变慢，甚至造成卡死，缩短其使用寿命。固体颗粒物还易堵塞滤油器，使液压泵运转困难，造成吸空，产生气蚀、振动和噪声。
（2）造成液压元件的微小孔道和缝隙堵塞，使液压阀性能下降或动作失灵。
（3）加速密封件的磨损，使泄漏量增大。
（4）液压油中混入水分会使液压油的润滑能力降低，并使油液乳化变质，并腐蚀金属表面，生成的锈片会进一步污染油液。
（5）低温时，自由水会变成冰粒，堵塞元件的间隙和孔道。
（6）空气混入液压油会产生气蚀，降低元件机械强度，致使液压系统出现振动和爬行，产生噪声。
（7）空气还能加速油液氧化变质，增大油液的可压缩性。
3.污染的控制
对液压油进行良好的管理，保证液压油的清洁，对于保证设备的正常运行，提高设备使用寿命有着非常重要的意义。污染物种类不同，来源各异，治理和控制措施也有较大差别。我们应在充分分析了解污染物来源及种类的基础上，采取经济有效的措施，控制油液污染水平，保证系统正常工作。
对液压油的污染控制工作概括起来有两个方面：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。污染的控制要贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用、维修等各个环节。在实际工作中，污染控制主要有以下措施。
（1）在使用前保持液压油清洁。液压油进厂前必须进行取样检验，加入油箱前应按规定进行过滤并注意加油管、加油工具及工作环境的影响。储运液压油的容器应清洁、密封，系统中漏出来的油液未经过滤不得重新加入油箱。
（2）做好液压元件和密封元件的清洗工作，减少污染物侵入。所有液压元件及零件装配前应彻底清洗，特别是细管、细小盲孔及死角的铁屑、锈片、灰尘、沙粒等，应清洗干净，并保持干燥。零件清洗后一般应立即装配，暂时不装配的，应妥善防护，防止二次污染。
（3）液压系统在装配后、运行前应保持清洁。液压元件加工和装配时要认真清洗和检验，装配后进行防锈处理。油箱、管道和接头应在去除毛刺、焊渣后进行酸洗，以去除表面氧化物。液压系统装配好后，应做循环冲洗，并严格检查后，再投入使用。液压系统开始使用前，还应将空气排尽。
（4）在工作中保持液压油清洁。因为液压油在工作中会受到环境的污染，所以应采用密封油箱或在通气孔上加装高效能空气滤清器，可避免外界杂质、水分侵入。控制液压油的工作温度，防止油温过高，造成油液氧化变质。
（5）防止污染物从活塞杆伸出端侵入。液压缸活塞工作时，活塞杆在油液与大气间往返，易将大气中的污染物带入液压系统中。设置防尘密封圈是防止这种污染侵入的有效方法。
（6）合理选用过滤器。根据设备的要求、使用场合，在液压系统中选用不同过滤方式、不同精度和结构的滤油器，并定期对滤油器进行检查、清洗。
观察与实践
（1）观察污染程度不同的液压油，通过颜色、气味判断污染程度。
（2）给出不同温度同种牌号的液压油，观察它们的流动情况。
思考与练习
（1）什么是液体的黏性？常用的表示方法有哪几种？
（2）如何选择液压油的黏度？
（3）液压油的污染有什么危害？如何控制液压油的污染？