液壓油的主要特性及適應性能


液壓油的主要特性及適應性能


液壓油是整個液壓系統的血液,對整個液壓系統有很大的影響。即使是一臺設計先進、製造精度很高的液壓設備,如果不能正確選擇和使用液壓油,也不能發揮設備的效率,甚至會造成嚴重事故,使設備損壞或縮短使用壽命。

液壓系統能否可靠、有效而經濟的工作,在相當程度上取決於液壓油的性能。有的液壓設備工況條件十分惡劣,如高溫、潮溼、粉塵、水分和雜質等,這就對液壓油提出了更高的要求。

因此,要求液壓油必須具有以下特性:

1、合適的粘度和良好的粘溫特性

粘度過高時,油泵吸油阻力增加,容易產生空穴和氣蝕作用,使油泵工作困難,甚至受到損壞,油泵的能量損失增大,機械總效率降低,同時,粘度過高,也會使管路中壓力損失增大,降低總效率,還會使閥和油缸的敏感性降低,工作不夠靈活。

粘度過大,不能及時帶走熱量,會造成油溫上升,加快氧化速度,縮短油品的使用壽命。粘度過低時,油泵的內洩漏增多。容積效率降低,管路接頭處的洩漏增多,控制閥的內洩漏增多,控制性能下降。同時,粘度過低,也會使潤滑油膜變薄,油品對機器滑動部件的潤滑性能降低,造成磨損增加,甚至發生燒結。

粘度是液壓油的主要指標,因此必須保持合適的粘度,液壓油一般用40℃時運動粘度為11~60mm2/s的油。粘溫特性表示粘度隨溫度變化的大小。一般工程機械在露天工作,溫度變化大,為了保證液壓系統平衡的工作,要求粘度指數大。一般抗磨液壓油粘度指數應不低於90;低溫液壓油應不低於130。

2、低溫性能

液壓油的低溫性能,包括三個方面:

第一,低溫流動性。指的是油本身在低溫時的流動性能,用傾點來評定;

第二,低溫起動性。指油在低溫下克服起動阻力,獲得迅速起動的能力;

第三,低溫泵送性。指在低溫下,油能被油泵輸送到潤滑部位的能力。幾種不同類型液壓泵油品粘度的要求見下表。

表 不同類型泵對油品粘度的要求柱塞泵

項目

Dcnison公司

商業規格齒輪泵

葉片泵

低溫起動最大粘度/mm2/s

1618

1618

1620

全功率最大粘度/mm2/s

162

162

-

操作溫度下最優粘度/mm2/s

30

30

21

全功率最小粘度/mm2/s

10

10

7.5

3、氧化安定

性液壓油在使用過程中,由於受熱、受空氣中的氧以及金屬材料的催化作用,會促使液壓油氧化變質,使油品顏色變深,酸值增加,粘度發生變化或生成沉澱物。油品的氧化化安定性,採用GB/T12581-90方法。此法是在95℃下,向加有催化劑的氧化管中通氧氣,以油品酸值達到2.0mgKOH/g時所需的小時數來表示氧化安定性。一般須在1000h以上。

4、防鏽性和防腐性。液壓系統在運轉過程中,不可避免的要混入一些空氣和水分、由於水分和空氣的共同作用,在液壓元件精度高和粗糙度值小的部件會發生鏽蝕,影響液壓元件精度。鏽又是油品氧化變質的催化劑。加入各種添加劑的液壓油品,其活性元素會腐蝕銅,銀等金屬,因此,要求液壓油應具有良好的防鏽生和防腐性,以保證液壓系統長時間的正常運轉。

液壓油的防鏽性用GB/T11143方法評定,該方法是將一個特製的鋼棒,浸入300ML潤滑油和30ML蒸餾水(A法)或合成海水(B法)混合液中,在一定溫度下,維持一定時間,將棒取出目測度棒的生鏽程度。

液壓油的抗腐蝕性能是用GB/T5096方法評定,該方法是把一塊已磨光的銅片,浸在一定量的試樣中,按產品標準加熱到指定溫度通常是100℃或150℃,保持一定時間,通常是3h,然後取出銅片,經洗滌後與腐蝕標準色板進行比較,確定腐蝕等級。

5、 抗磨性

降低摩擦,減少磨損是液壓油首要的性能指標,隨著液壓技術向高性能發展,液壓系統工作壓力不斷提高,柱塞泵的工作壓力已從原來的15~20MPa增加到35~40MPa ,葉片泵工作壓力可達20MPa以上,轉速也升高到3500~5000r/min,系統的壓力升高和功率增大,油泵的負荷必然越來越重,同時會引起磨擦面的溫升,油膜變薄,在起勸和停車時往往處於邊界潤滑狀態。如果液壓油潤滑性差,會產生粘著磨損,磨料磨損和疲勞磨損,造成泵和油馬達性能下降,壽命縮短,系統發生故障。因之,液壓油中應加入一定的極壓抗磨添加劑,如;硫代磷酸二苯酯或二烷二硫代磷酸鋅等,以提高其極壓抗磨性能。

評定抗磨性能的方法很多:其中有四球機法(SH/T0189)。具有方法是將三個直徑為12.7mm鋼球夾緊在一個油杯中,並被試油浸沒,另一個相同直徑的鋼球置於三球頂部,加載15kgf或392N(40kgf),當試油加熱到一定溫度(75±2℃),頂球在一定轉速下,(通常1200±60/60r/min)旋轉60min,然後測下邊三個球磨痕的平均直徑,用以評價杭磨損性能。四球法是點接觸,與液壓件的工作狀態不同,但由於它試驗時間短,操作方便,在產品試驗過程中被廣泛應用。

較好的辦法是FZG齒輪試驗,該試驗是在FZG齒輪試驗機上完成的。具體方法是在試驗齒輪箱中裝入1.5L被試油品,加溫到90±3℃,恆速運轉15分鐘,齒面載荷按級增加,各級載荷運轉結束後,對齒面目測檢查評定,同時記錄和繪製齒面出現的圖形,直至油品失效載荷出現為止。

6、剪切安定性

油品良好的粘溫性能。往往是通過在油品中加入高分子聚合物,即粘度指數改進劑獲得,在高壓,高速條件下工作的液壓油,經過泵,閥件,微孔時,經受激烈的剪切作用,油中作為粘度指數改進劑的高分子聚合物可能被剪斷,油品粘度下降。當油的粘度下降到一定程度後,就不能繼續使用。

測定液壓油剪切安定性的主要方法是超聲波剪切試驗法(SH/T050法)。其方法是將試樣置於聚能器(即超聲波振盪器)中,使之經受一次或多次固定時間的超聲波剪切,然後測量其粘度變化,以油的粘度下降率,來評價剪切安定性,此法具有試油少,週期短,操作方便等優點。是液壓油篩選取的主要手段。

7、 抗乳化性和水解安定性。抗乳化性是指油水乳化液分離成油層和水的能力。水解安定性是指油水混合後,油抵抗與水反應的能力,液壓油在工作過程中,可能從不同途徑混入水分,液壓油中的遊離水,能引起油中某些酯類添加劑水解,水解產生的酸性物質會腐蝕金屬元件,如柱塞泵的銅和銅合金元件。

另外,由於液壓油受劇烈攪動,水和油易於形成乳化液,這種含有灰塵,顆粒和其它髒物的乳化液,會促進油的氧化變質,生成油泥和沉積物,導致冷卻器性能下降;管道,閥門堵,油品潤滑性能下降,因此要求液壓油具有良好的水解安定性和抗乳化性能。

評定抗乳化性能的方法是,BG/T7035。具體措施是將試樣、水和銅片一起密封玻璃瓶內,然後放在90℃±0.5℃的水解安定性試驗箱內,按首尾顛倒方式旋轉48h,將油水混合物過濾,測定不溶物:再將水分離,分別測定油的粘度,酸度,水層總酸度和銅片的質量變化,並評價銅片外觀。銅片失重越小,水層總酸度越低,說明油的水解安定性越好。

8、起泡性和空氣釋放性。在液壓循環系統中,空氣可能以各種方式混進液壓油,液壓油也能溶解一定量的空氣,壓力越高溶解的空氣量越大,空氣在油中以氣泡(直徑大於10mm)和霧沫空氣(直徑小0.5mm)兩種形式出現。

起泡性是指油品生成泡沫的傾向,以及生成泡沫的穩定性;空氣釋放性是指油品釋放分散在油中霧沫氣的能力。混有空氣的液壓油,在工作時,會使系統的的效率降低,潤滑性能惡化,加速油品氧化。

液壓設備在運轉時,由於下列原因會使液壓油產生氣泡:

A.在油箱內液壓油與空氣一起受到劇烈攪動。

B.油箱內油麵過低,油泵吸油時把一部分空氣也吸進泵裡去。

C.因為空氣在油中的溶解度是隨壓力而增加的,所以在高壓區域,油中溶解的空氣較多,當壓力降低時,空氣在油中的溶解度也隨之降低,油中原來溶解的空氣就會析出一部分,因而產生氣泡。

液壓油中混有氣泡是很有害的,其害處有:

A.氣泡很容易被壓縮,因而導致液壓系統的壓力下降,能量傳遞不穩定、不可靠、不準確,產生振動和噪聲,使液壓系統的工作不規律。

B.容易產生氣蝕作用。當氣泡受到油泵的高壓時,氣泡中的氣體就會溶於油中。這時氣泡所在的區域就會變成局部真空,周圍的油液會以極高的速度來填補這些真空區域,形成衝擊壓力和衝擊波。這種衝擊壓力可高達幾十甚至上百兆帕,這就是穴蝕作用。如果這種衝擊壓力和衝擊波作用於固體壁面上,就會產生氣蝕和用,使機器損壞。

C.氣泡在油泵中受到迅速壓縮(絕熱壓縮)時,產生局部高溫可高達1000℃。促使油品蒸發、熱分解和氣化,變質變黑。

D.增加油與空氣的接觸面積,增加油中的氧分壓,促進油的氧化。因此,液壓油應有良好的抗泡性和空氣釋放性,即在設備運轉過程中,產生的氣泡要少,所產生的氣泡要能很快破滅,以免與液壓油一起被油泵吸進液壓系統中,溶在油中的微小氣泡必須容易釋放出來。

傳統上使用甲基硅油破泡,其破泡性能很好,加入10~100ppm,就可消除表面泡沫,但它抑制了油中小泡沫的釋放。近年來人們採用了聚酯非硅泡劑(T912)。

液壓油泡沫特性的測定方法(GB/T12579),是在規定和件下,測定潤滑油的泡沫傾向(吹氣5min結束時的泡沫體積)和泡沫穩定性(靜止10min結束時的泡沫體積)。

液壓油空氣釋放性的測定方法(將試油加熱到一定溫度一般是50℃),向試油中吹入過量的壓縮空氣,使試油劇烈攪動,空氣在油中形成了小氣泡(霧沫空氣)。停氣後,立即記錄油中霧沫空氣體積減到0.2%的時間,即為空氣釋放值。

9、清潔度與過濾性能。液壓油的清潔度,是對其中所含固體顆粒及汙染物多少的要求。液壓油中的顆粒雜質包括砂塵、水鏽,焊雜屑等,它們來自沒有洗淨的管中,沒經過濾或過濾不好的液壓油或通過其它途徑浸入。這些顆粒會導致元件表面的劃傷,精密伺服閥粘著,卡往和加速液壓油本身的變質。

過濾性能是指液壓油中顆粒雜質和油泥膠質通過一定孔徑濾網時的難易程度,如果雜質,油泥等不易濾掉,濾網將被堵塞,所以液壓油必須具備符合液壓系統要求的清潔度和可濾性。

有人研究液壓系統是否清洗和是否有過濾裝置對液壓油汙染程度的影響。如液壓系統經過清洗,工作時系統本身對液壓油沒有汙染,又因系統中有過濾裝置不斷將液壓油中汙染雜質濾掉,所以液壓油一直使用到換油期,汙染度遠沒達到汙染界線。這說明液壓系統使用前的清洗和使用中的過濾是保證系統長期運轉的必要條件。

水溶於油中會使某些添加劑水解生面不溶物,降低油的地過濾性能,從圖可以看出在過濾條件相同的條件下,有水液壓油比無水時難於過濾:在相同含水條件下,以烷基二硫代磷酸鋅(有灰添加劑)為添加劑的油,比無灰系液壓油難過濾。不含水的液壓油過濾速度幾乎無差別。

液壓油過濾性試驗方法按SH/T0210進行。該方法是將200ml試樣在規定設備中,室溫下,600Hg真空度下,通過1.2μm濾膜,濾出75ml油對所需時間,定為無水試樣的過濾性。含水試樣過濾性,是在200ml的水加2%的水激振盪5min後,按無水試樣方法試驗。

10、液壓與密封材料,塗料等非金屬材料和金屬材料的適應性。

材料的匹配性,是系統設計時必須考慮的一個重要問題。適應性,系統液壓油對其接觸的各種金屬材料,非金屬材料,如橡膠、塗料、塑料等無侵蝕作用,這些材料也不會使油品變質,各類液壓油與常用材料的匹配性能下表。

表 各類液壓油與常用材料匹配性

材質

普通礦物

液壓油

水-乙二醇

液壓液

磷酸脂

液壓液

油包水

乳化液

金屬

適應

適應

適應

適應

銅、黃銅

適應

適應

適應

適應

青銅

適應

有限適應

適應

適應

鎘和鋅

適應

不適應

適應

適應

適應

有限適應

適應

適應

適應

不適應

適應

適應

適應

不適應

適應

適應

錫和鎳

適應

適應

適應

適應

塗料和漆

普通耐油工業塗料

適應

不適應

不適應

不適應

環氧型與酚型

適應

適應

適應

適應

陶瓷

適應

適應

適應

適應

塑料

丙烯酸塑料

(包括有機玻璃)

適應

適應

不適應

適應

苯乙烯塑料

適應

適應

不適應

適應

環氧塑料

適應

適應

適應

適應

酚醛塑料

適應

適應

適應

適應

硅酣塑料

適應

適應

適應

適應

聚氯乙烯塑料

適應

適應

不適應

適應

尼龍

適應

適應

適應

適應

聚丙烯

適應

適應

適應

適應

聚四氟乙烯

適應

適應

適應

適應

天然膠

不適應

適應

不適應

不適應

氯丁膠

適應

適應

不適應

適應

丁腈膠

適應

適應

不適應

適應

丁基膠

不適應

適應

適應

不適應

乙丙膠

不適應

適應

適應

不適應

聚脲膠

適應

不適應

有限適應

不適應

硅膠

適應

適應

適應

適應

氟膠

適應

適應

適應

適應

其它密封材料

皮革

適應

不適應

有限適應

有限適應

含橡膠浸漬的塞子

適應

不適應

有限適應

不適應

過濾

介質

酸醋纖維一酚型

適應

適應

適應

適應

液壓油中作為摩擦改進劑和抗磨劑的磷酸酯類會使橡膠膨脹,作為極壓劑和抗氧劑的硫化物對腈膠,硅橡膠有不良影響,液壓油密封適應性,用SH/T0305石油產品密封適應性指數測定法。

具體方法是用標準像膠環放在一個錐形規上測量其風徑,然後將浸泡在100℃的油樣中24h,待環冷卻後再用量規則量內徑,將內徑變化換算成橡膠環體積膨脹百分數,定為密封適應指數。


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