液压传动的工作介质

1.液压油的类型

液压传动是以液体作为工作介质传递能量的，液压油的物理、化学特性将直接影响液压系统的工作。目前液压传动中采用的工作介质主要有矿物油基液压油、含水液压油和合成型液压油三大类。液压油的分类如下：

由于矿物油基液压油的润滑性能好、耐蚀性好、品种多、化学安定性好，能满足各种黏度的需要，故大多数液压传动系统都采用矿物油基液压油作为传动工作介质。矿物油基液压油主要分为普通液压油、液压导轨油、抗磨液压油、低温液压油、高黏度指数液压油、机械油、汽轮机油和其他专用液压油。

国内常用的液压油有L-HL液压油、L-HM抗磨液压油、L-HV低温抗磨液压油、L-HS低凝抗磨液压油、L-HG液压导轨油和抗燃液压油等。

常用液压油及其主要性能和适用范围：

1）L-HL液压油：具有一定的抗氧防锈和抗泡性，适用于系统压力低于7MPa的液压系统和一些低载荷的齿轮箱润滑。

2）L-HM抗磨液压油：除了具有L-HL液压油的性能外，抗磨性能强，适用于系统压力为7～21MPa的液压系统。高压抗磨液压油能在系统压力为35MPa的情况下正常工作。

3）L-HV低温抗磨液压油和L-HS低凝抗磨液压油：在L-HM抗磨液压油的基础上加强了黏温性能和低温流动性，适合在寒区或严寒区工程机械液压系统中使用。

4）L-HG液压导轨油：具有防爬性，适用于润滑机床导轨及其液压系统。

5）抗燃液压油：抗燃性好，应用在高温易燃的场合。

2.液压油的物理性质

（1）液体的密度 单位体积液体的质量称为液体的密度，用符号ρ表示。

若液体体积为V，质量为m，则

在国际单位制（SI）中，液体的密度单位是kg/m³。

在本书中，除特殊说明外，液压油都是均质的。对于矿物油基液压油，其密度ρ=850～960kg/m³；对于机床、船舶液压系统中常用的液压油（矿物油基），在15℃时其密度可取ρ=900kg/m³；对于工程机械常用液压油，其密度ρ=880kg/m³左右。在实用中可认为液压油的密度不受温度和压力的影响。

（2）液体的压缩性 液体的压缩性是指液体受压后其体积变小的性能。液体的压缩性极小，在很多场合下，可以忽略不计。但在受压体积较大或进行动态分析时就有必要考虑液体的可压缩性。液体的相对压缩量与压力增量成正比。

式中 V——增压前液体的体积；

ΔV——压力增量Δp时，因压缩而减小的体积；

Δp——压力增量；

β——体积压缩率或压缩系数。

式（1-2）中，β为正值，而当压力增加，Δp为正值时，体积总是减少，即ΔV为负值，所以在式（1-2）的左边要加一负号。β值的物理意义：液体的压力增加为单位增量时，体积的相对变化率。β值与压缩的过程有关，等温压缩与绝热压缩系数值不同，但液压油的等温和绝热压缩系数差别很小，故工程上通常不加以区别，常用液压油的体积压缩率β=（5～7）×10^-10m²/N。

体积压缩率β的倒数称为体积弹性模量（用E表示），其值为

从式（1-3）中可以看出，油液的体积弹性模量为钢的体积弹性模量的1/l50～1/100。当液压油中混有空气时，可压缩性将显著增加。例如，液压油中混有体积分数为1%的空气时，则其体积弹性模量降低到纯液压油的5%左右；液压油中混有体积分数为5%的空气时，其体积弹性模量降低到纯液压油的1%左右，故液压系统在使用和设计时应努力设法不使液压油中混有空气。(www.xing528.com)

（3）液体的黏性和黏度 液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力。液体的这种性质称为液体的黏性。

牛顿液体内摩擦定律：液层间的内摩擦力F与液层接触面积A及液层间的速度du/dy成正比。如图1-2所示，内摩擦力F的表达式为

图1-2 液体黏性示意图

液体只有在流动时才表现出黏性，静止液体是不呈现黏性的。液体黏性的大小是用黏度来表示的。黏度大，液层间内摩擦力就大，油液就“稠”；反之，油液就“稀”。

黏度是表示液体黏性大小的物理量。在液压系统中所用液压油常根据黏度来选择。常用的黏度表示方式有三种：绝对黏度（动力黏度）、运动黏度和相对黏度。

1）绝对黏度（动力黏度）μ。若用单位面积上的摩擦力（切应力τ）来表示内摩擦力，则式（1-4）可改写成

式中 μ——比例系数，称为动力黏度；

du/dy——流体层间速度差异的程度，称为速度梯度。

动力黏度μ的单位是Pa·s。以前（CGS制中）使用的单位是dyn·s/cm²（达因秒每平方厘米），又称为P（泊）。1Pa·s=10P=10³cP（厘泊）。

由式（1-5）可知，液体动力黏度μ的物理意义：当速度梯度等于1时，接触液体层间单位面积上的内摩擦力τ。

2）运动黏度ν。运动黏度是绝对黏度μ与密度ρ的比值，即

ν=μ/ρ （1-6）

运动黏度的SI单位为m²/s。还可用CGS制单位：St（斯），斯的单位太大，应用不便，常用1%St，即cSt（厘斯）来表示，故

1cSt=10^-2St=10^-6m²/s

它之所以被称为运动黏度，是因为在它的量纲中只有运动学的要素——长度和时间量纲的缘故。机械油的牌号上所标明的号数就是表明以厘斯为单位的、在温度为50℃时运动黏度ν的平均值。例如，10号机械油指明该油在50℃时其运动黏度ν的平均值是10cSt。蒸馏水在20.2℃时的运动黏度ν恰好等于1cSt，所以从机械油的牌号即可知道该油的运动黏度。例如，20号机械油说明该油的运动黏度约为水的运动黏度的20倍，30号机械油的运动黏度约为水的运动黏度的30倍，依此类推。

动力黏度和运动黏度是理论分析和推导中经常使用的黏度。它们都难以直接测量，因此工程上采用另一种可用仪器直接测量的黏度，即相对黏度。

3）相对黏度。相对黏度是以相对于蒸馏水的黏性的大小来表示该液体的黏性的。相对黏度又称条件黏度。各国采用的相对黏度单位有所不同，有的用赛氏黏度，有的用雷氏黏度，我国采用恩氏黏度。

恩氏黏度的测定方法：测定200cm³某一温度的被测液体在自重作用下流过直径为2.8mm的小孔所需的时间t_A，然后测出同体积的蒸馏水在20℃时流过同一孔所需时间t_B（t_B=50～52s），t_A与t_B的比值即为流体的恩氏黏度值。恩氏黏度用符号°E表示。被测液体温度为t（单位为℃）时的恩氏黏度用符号°E_t表示。即

°E_t=t_A/t_B （1-7）

由上述可知，恩氏黏度是一个量纲为一的量。恩氏黏度与运动黏度的换算关系式为

液体的黏度随着压力的增大而增大，但在一般液压系统的使用压力范围内，增大的数值很小，可不计。液体的黏度对温度的变化十分敏感，温度升高，黏度下降。黏度的变化影响着液压系统的性能，其重要性不亚于黏度本身。