液压传动工作液体的基本性质要求

1.液体的粘度

粘度是选择工作介质的首要因素。在同样工作压力下，粘度过高会导致部件运动阻力增加、温度升高快、系统发热、泵的自吸能力下降、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，并使密封能力和油膜支撑能力下降，导致摩擦副间产生干摩擦降低润滑性能。所以在给定的温度、压力等运行条件下，液压机构的工作介质要具有合适的粘度，且粘度变化要小。

粘度的定义及单位：在外力作用下，液体内某一层面与其相邻层面间发生相对运动时，沿其界面产生内部摩擦阻力，此种性质称为粘性。表示粘性大小（即反映此内摩擦阻力大小程度）的物理量称为粘度。粘度一般可分为下列三种：

（1）动力粘度（绝对粘度、粘性动力系数）

动力粘度是各种粘度表示法的基础。在图2-3中，根据牛顿粘性定律，单位面积A上的粘性力F/A，即内摩擦阻力τ与垂直于该面上的速度变化率v/y或dv/dy成比例，其比例常数μ即动力粘度。μ的法定计量单位为帕秒（Pa·s）。

（2）运动粘度（粘性运动系数）

运动粘度是液体在同一温度下的动力粘度与该液体密度的比值，用ν表示。其法定计量单位为m²/s，而在实用上标定油的粘度用cm²/s（St，沲）的1/100，即mm²/s（cSt，厘沲）表示。

一般液压操动机构所选用的液压油为10#航空液压油，其运动粘度ν为40℃下15cSt，50℃下10cSt。欧洲进口的液压机构，如法国的ETNA公司、德国的ABB公司则使用Esso Univis J13或Aeroshell Fluid4，这两种油品可以互换，其运动粘度ν为40℃下13cSt。

（3）条件粘度（相对粘度）

条件粘度是用各种粘度计所测得的粘度，以条件单位表示，测定的方法和表示粘度的单位很多，因此条件粘度的种类也很多，例如恩氏、赛氏、雷氏等粘度。

我国主要采用运动粘度，其他一些国家采用的粘度单位与运动粘度换算的公式，见表2-1。

图2-3 动力粘度示意图

表2-1 各个国家采用的粘度单位及其换算的公式

按我国GB规定，液压油产品的代号按下列顺序表示：“类组号-牌号-尾注号”。“牌号”即该介质在40℃时的运动粘度等级，并在级前冠以“N”字符，以区别于其他温度下的运动粘度等级。尾注号有以下几种：H表示由石油烃叠合或缩合等工艺制得的产品；G表示具有良好的粘-温特性，可减少导轨的爬行现象；D表示具有良好的低温起动性能；K表示对镀银部件具有良好的抗腐蚀性。

常用液压油的牌号和粘度见表2-2（注：旧标准是以50℃时的粘度值作为液压油的粘度等级牌号）。

表2-2 常用液压油的牌号和粘度

2.液体的粘温特性

各种液体的粘度随着温度升高而降低，每种液体有自身的粘度随温度变化的特性，即粘温特性。使用时要求液体的粘度随温度变化越小越好。粘温特性用粘度指数Ⅵ表示，Ⅵ表示被试油的粘度随温度变化的程度同标准油粘度变化程度比较的相对值，粘度指数计算简图如图2-4所示。如果被试油（图中虚线所示）在210℉和100℉时的粘度为已知，取两种标准油液（在图中用两条实现表示），一种粘度指数为100，另一种粘度指数为零，它们在210℉时的粘度和被试油的相同。被试油的粘度指数可用下式求得

式中 U——被试油在100℉（37.8℃）时的粘度；

L——VI值为零的油在100℉（37.8℃）时的粘度，而这种油在210℉（98.9℃）时的粘度与被试油粘度相同；

H——VI值为100的油在100℉（37.8℃）时的粘度，而这种油在210℉（98.9℃）时的粘度与被试油粘度相同。

L和H的数值随被试油在210℉时粘度的不同而改变，可在一般液压手册中查得。

图2-4 粘度指数计算简图

粘度指数高，表示粘温曲线平缓，也就是粘温性能好。液压用油的粘度指数值一般要求在90以上，精制油液及附有添加剂的油液粘度指数可大于100。在计算时，L、H的数值在国标GB/T 1995中有数表可查用。在实际工作中，只要知道液压油在40℃和100℃时的运动粘度mm²/s，其粘度指数VI值即可在（GB/T 2541石油产品粘度指数算表）中直接查到，不用计算。图2-5所示为几种国产液压油的粘温特性曲线。从图2-5中可看出在所列的几种油品中，N15（10号）航空液压油和YC-N46低温液压油的粘温性能最好。

3.液体的粘度和压力的关系(www.xing528.com)

油液的压力增加时，分子间的距离就缩小，因此液体的粘度一般随压力的升高而增大。当压力在30MPa以下时，粘度和压力的变化几乎成线性的关系。当压力很高时，粘度将急剧增大。粘度和压力的关系可用下式表示：

ν_p=ν0e^10.2bp （2-5）

式中 ν_p——压力为p时的运动粘度；

ν₀——压力为零表压（一个大气压）时的运动粘度；

b——系数，对于一般液压传动用油，b=0.002～0.003；

p——液压油压力（MPa）。

实际应用中的液压传动矿物油，可用下式计算压力在0～50MPa范围内的油液粘度：

ν_p=ν₀（1+0.0306p） （2-6）

压力对粘度的影响在低压时不明显，当压力大于50MPa时，其影响趋于显著。压力升高到70MPa以上时，液体的粘度将比常压下增加4～10倍。

图2-5 几种国产液压油的粘温特性曲线

1—N32机械油 2—YC-N32低温液压油 3—N15机械油 4—N15（10号）航空液压油 5—HU-45汽轮机油 6—N68机械油 7—N46机械油 8—HU-30汽轮机油 9—YC-N46低温液压油 10—HU-20汽轮机油

4.润滑性

为了提高功率和容积效率，液压系统和元件发展趋向是高压、高速。液压元件内部摩擦副在高负载、高速或其他工况（如快速启动和停止）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，以免造成液压元件性能降低、寿命缩短、故障增多，要求工作油液对元件摩擦具有良好的润滑性和极压抗磨性。

5.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。氧化后酸值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥甚至油膜会堵塞滤油器，妨碍部件的动作以及降低系统效率。因此，油液应具有良好的氧化安定性和热安定性。

6.剪切安定性

工作介质通过液压元件的狭窄通道（节流间隙或阻尼孔时），要经受剧烈的剪切作用，会使一些聚合型增粘剂高分子断裂，造成粘度永久性下降，在高压、高速时，情况更严重。为延长使用寿命，要求剪切安定性好。

7.防锈和抗腐蚀性

液压元件的各种金属零件，在工作油液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，会产生磨损引起故障，并因其催化作用促使油品进一步氧化，引起元件腐蚀。所以要求工作介质具有阻止与其接触的金属元件产生锈蚀的能力和防腐蚀性。

8.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。混有水分的油液在液压元件的剧烈搅拌下，易形成乳化液，使油液水解变质或生成沉淀物，引起系统锈蚀和腐蚀，妨碍冷却和导热，阻滞管道和油液在阀内的流动，降低润滑性。因此，要求工作介质应有良好的抗乳化性、水解安定性和分水性。10号航空液压油的水分含量不大于60mg/kg，Esso Univis J13或Aeroshell Fluid 4的水分含量不大于0.01g/100g。

9.抗泡沫性

空气混入油液后会产生气泡，混有气泡的油液在液压系统内循环，不仅会使系统的压力和能量传递不稳定，产生滞后现象，失去可靠性和准确性，并会使润滑条件恶化，产生异常的噪声、振动和工作不正常。此外，气泡还增加了与空气的接触面积，加速了工作介质氧化，因此要求工作介质应具有良好的抗泡沫性和空气释放能力。

10.相容性

工作介质对液压系统中密封材料、金属材料、塑料、橡胶、过滤材料和镀层、油漆的适应性。适应性指接触这些材料时无侵蚀作用，反之，这些材料也不会使油液污染变质，能相互相容，不会产生金属腐蚀、橡胶和塑料的溶胀软化变形、镀层溶解等。其结果都会造成系统运行故障，缩短使用寿命，加快了油液的变质，缩短换油期，因此要求工作介质与系统内材料的相容性要好。

11.其他要求

对工作介质的其他要求还有：低温性，难燃性，在工作压力下具有足够的不可压缩性，比热和热传导率要大，热膨胀系数要小，清洁度要高，无毒性、无异味，贮存安定性等。