润滑基础 - 液压油的主要性质

润滑基础 - 液压油的主要性质

如果说油泵（主油泵）是整个液压系统的心脏，那么液压油就是整个液压系统的血液。它对整个液压系统有很大的影响。即使是一台设计先进、制造精度很高的液压设备，如果不能正确选择和使用液压油，也不能发挥设备的效率，甚至会造成严重事故，使设备损坏或缩短使用寿命。

液压系统能否可靠、有效而经济的工作，在相当程度上取决于液压油的性能。有的液压设备工况条件十分恶劣，如高温、潮湿、粉尘、水分和杂质等，这就对液压油提出了更高的要求。

因此，要求液压油必须具有以下特性：

① 合适的粘度和良好的粘温特性。

粘度过高时，油泵吸油阻力增加，容易产生空穴和气蚀作用，使油泵工作困难，甚至受到损坏，油泵的能量损失增大，机械总效率降低，同时，粘度过高，也会使管路中压力损失增大，降低总效率，还会使阀和油缸的敏感性降低，工作不够灵活。

粘度过大，不能及时带走热量，会造成油温上升，加快氧化速度，缩短油品的使用寿命。粘度过低时，油泵的内泄漏增多。容积效率降低，管路接头处的泄漏增多，控制阀的内泄漏增多，控制性能下降。

同时，粘度过低，也会使润滑油膜变薄，油品对机器滑动部件的润滑性能降低，造成磨损增加，甚至发生烧结。

粘度是液压油的主要指标，因此必须保持合适的粘度，液压油一般用40℃时运动粘度为11～60mm²/s的油。粘温特性表示粘度随温度变化的大小。

一般工程机械在露天工作，温度变化大，为了保证液压系统平衡的工作，要求粘度指数大。一般抗磨液压油粘度指数应不低于90；低温液压油应不低于130。

② 低温性能。

液压油的低温性能，包括三个方面：
第一，低温流动性。指的是油本身在低温时的流动性能，用倾点来评定；
第二，低温起动性。指油在低温下克服起动阻力，获得迅速起动的能力；
第三，低温泵送性。指在低温下，油能被油泵输送到润滑部位的能力。

几种不同类型液压泵对油品粘度的要求见下图
 不同类型泵对油品粘度的要求

③ 氧化安定性。

液压油在使用过程中，由于受热、受空气中的氧以及金属材料的催化作用，会促使液压油氧化变质，使油品颜色变深，酸值增加，粘度发生变化或生成沉淀物。

油品的氧化化安定性，采用GB/T12581-90方法。此法是在95℃下，向加有催化剂的氧化管中通氧气，以油品酸值达到2.0mgKOH/g时所需的小时数来表示氧化安定性。一般须在1000h以上。

④ 防锈性和防腐性。

液压系统在运转过程中，不可避免的要混入一些空气和水分、由于水分和空气的共同作用，在液压元件精度高和粗糙度值小的部件会发生锈蚀，影响液压元件精度。

锈又是油品氧化变质的催化剂。加入各种添加剂的液压油品，其活性元素会腐蚀铜，银等金属，因此，要求液压油应具有良好的防锈生和防腐性，以保证液压系统长时间的正常运转。

液压油的防锈性用GB/T11143方法评定，该方法是将一个特制的钢棒，浸入300ML润滑油和30ML蒸馏水（A法）或合成海水（B法）混合液中，在一定温度下，维持一定时间，将棒取出目测度棒的生锈程度。

液压油的抗腐蚀性能是用GB/T5096方法评定，该方法是把一块已磨光的铜片，浸在一定量的试样中，按产品标准加热到指定温度通常是100℃或150℃，保持一定时间，通常是3h，然后取出铜片，经洗涤后与腐蚀标准色板进行比较，确定腐蚀等级。

⑤ 抗磨性。

降低摩擦，减少磨损是液压油首要的性能指标，随着液压技术向高性能发展，液压系统工作压力不断提高，柱塞泵的工作压力已从原来的15～20MPa增加到35～40MPa ，叶片泵工作压力可达20MPa以上，转速也升高到3500～5000r/min，系统的压力升高和功率增大，油泵的负荷必然越来越重，同时会引起磨擦面的温升，油膜变薄，在起劝和停车时往往处于边界润滑状态。

如果液压油润滑性差，会产生粘着磨损，磨料磨损和疲劳磨损，造成泵和油马达性能下降，寿命缩短，系统发生故障。因之，液压油中应加入一定的极压抗磨添加剂，如；硫代磷酸二苯酯或二烷二硫代磷酸锌等，以提高其极压抗磨性能。

评定抗磨性能的方法很多：其中有四球机法（SH/T0189）。

具有方法是将三个直径为12.7mm钢球夹紧在一个油杯中，并被试油浸没，另一个相同直径的钢球置于三球顶部，加载15kgf或392N（40kgf），当试油加热到一定温度（75±2℃），顶球在一定转速下，（通常1200±60/60r/min）旋转60min，然后测下边三个球磨痕的平均直径，用以评价杭磨损性能。

四球法是点接触，与液压件的工作状态不同，但由于它试验时间短，操作方便，在产品试验过程中被广泛应用。

较好的办法是FZG齿轮试验，该试验是在FZG齿轮试验机上完成的。

具体方法是在试验齿轮箱中装入1.5L被试油品，加温到90±3℃，恒速运转15分钟，齿面载荷按级增加，各级载荷运转结束后，对齿面目测检查评定，同时记录和绘制齿面出现的图形，直至油品失效载荷出现为止。

⑥ 剪切安定性。

油品良好的粘温性能。往往是通过在油品中加入高分子聚合物，即粘度指数改进剂获得，在高压，高速条件下工作的液压油，经过泵，阀件，微孔时，经受激烈的剪切作用，油中作为粘度指数改进剂的高分子聚合物可能被剪断，油品粘度下降。当油的粘度下降到一定程度后，就不能继续使用。

测定液压油剪切安定性的主要方法是超声波剪切试验法（SH/T050法）。

其方法是将试样置于聚能器（即超声波振荡器）中，使之经受一次或多次固定时间的超声波剪切，然后测量其粘度变化，以油的粘度下降率，来评价剪切安定性，此法具有试油少，周期短，操作方便等优点。是液压油筛选取的主要手段。

⑦ 抗乳化性和水解安定性。

抗乳化性是指油水乳化液分离成油层和水的能力。水解安定性是指油水混合后，油抵抗与水反应的能力，液压油在工作过程中，可能从不同途径混入水分，液压油中的游离水，能引起油中某些酯类添加剂水解，水解产生的酸性物质会腐蚀金属元件，如柱塞泵的铜和铜合金元件。

另外，由于液压油受剧烈搅动，水和油易于形成乳化液，这种含有灰尘，颗粒和其它脏物的乳化液，会促进油的氧化变质，生成油泥和沉积物，导致冷却器性能下降；管道，阀门堵，油品润滑性能下降，因此要求液压油具有良好的水解安定性和抗乳化性能。

评定抗乳化性能的方法是，BG/T7035。具体措施是将试样、水和铜片一起密封玻璃瓶内，然后放在90℃±0.5℃的水解安定性试验箱内，按首尾颠倒方式旋转48h，将油水混合物过滤，测定不溶物：再将水分离，分别测定油的粘度，酸度，水层总酸度和铜片的质量变化，并评价铜片外观。铜片失重越小，水层总酸度越低，说明油的水解安定性越好。

⑧ 起泡性和空气释放性。在液压循环系统中，空气可能以各种方式混进液压油，液压油也能溶解一定量的空气，压力越高溶解的空气量越大，空气在油中以气泡（直径大于10mm）和雾沫空气（直径小0.5mm）两种形式出现。

起泡性是指油品生成泡沫的倾向，以及生成泡沫的稳定性；空气释放性是指油品释放分散在油中雾沫气的能力。混有空气的液压油，在工作时，会使系统的的效率降低，润滑性能恶化，加速油品氧化。

液压设备在运转时，由于下列原因会使液压油产生气泡：
A.在油箱内液压油与空气一起受到剧烈搅动。
B.油箱内油面过低，油泵吸油时把一部分空气也吸进泵里去。
C.因为空气在油中的溶解度是随压力而增加的，所以在高压区域，油中溶解的空气较多，当压力降低时，空气在油中的溶解度也随之降低，油中原来溶解的空气就会析出一部分，因而产生气泡。

液压油中混有气泡是很有害的，其害处有：

A.气泡很容易被压缩，因而导致液压系统的压力下降，能量传递不稳定、不可靠、不准确，产生振动和噪声，使液压系统的工作不规律。

B.容易产生气蚀作用。当气泡受到油泵的高压时，气泡中的气体就会溶于油中。这时气泡所在的区域就会变成局部真空，周围的油液会以极高的速度来填补这些真空区域，形成冲击压力和冲击波。

这种冲击压力可高达几十甚至上百兆帕，这就是穴蚀作用。如果这种冲击压力和冲击波作用于固体壁面上，就会产生气蚀和用，使机器损坏。

C.气泡在油泵中受到迅速压缩（绝热压缩）时，产生局部高温可高达1000℃。促使油品蒸发、热分解和气化，变质变黑。

D.增加油与空气的接触面积，增加油中的氧分压，促进油的氧化。

因此，液压油应有良好的抗泡性和空气释放性，即在设备运转过程中，产生的气泡要少，所产生的气泡要能很快破灭，以免与液压油一起被油泵吸进液压系统中，溶在油中的微小气泡必须容易释放出来。

传统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释放。近年来人们采用了聚酯非硅泡剂（T912）。

液压油泡沫特性的测定方法（GB/T12579），是在规定和件下，测定润滑油的泡沫倾向（吹气5min结束时的泡沫体积）和泡沫稳定性（静止10min结束时的泡沫体积）。

液压油空气释放性的测定方法（将试油加热到一定温度一般是50℃），向试油中吹入过量的压缩空气，使试油剧烈搅动，空气在油中形成了小气泡（雾沫空气）。停气后，立即记录油中雾沫空气体积减到0.2%的时间，即为空气释放值。

⑨ 清洁度与过滤性能。液压油的清洁度，是对其中所含固体颗粒及污染物多少的要求。液压油中的颗粒杂质包括砂尘、水锈，焊杂屑等，它们来自没有洗净的管中，没经过滤或过滤不好的液压油或通过其它途径浸入。

这些颗粒会导致元件表面的划伤，精密伺服阀粘着，卡往和加速液压油本身的变质。

过滤性能是指液压油中颗粒杂质和油泥胶质通过一定孔径滤网时的难易程度，如果杂质，油泥等不易滤掉，滤网将被堵塞，所以液压油必须具备符合液压系统要求的清洁度和可滤性。

有人研究液压系统是否清洗和是否有过滤装置对液压油污染程度的影响。如液压系统经过清洗，工作时系统本身对液压油没有污染，又因系统中有过滤装置不断将液压油中污染杂质滤掉，所以液压油一直使用到换油期，污染度远没达到污染界线。

这说明液压系统使用前的清洗和使用中的过滤是保证系统长期运转的必要条件。

水溶于油中会使某些添加剂水解生面不溶物，降低油的地过滤性能，从图可以看出在过滤条件相同的条件下，有水液压油比无水时难于过滤：在相同含水条件下，以烷基二硫代磷酸锌（有灰添加剂）为添加剂的油，比无灰系液压油难过滤。不含水的液压油过滤速度几乎无差别。

液压油过滤性试验方法按SH/T0210进行。该方法是将200ml试样在规定设备中，室温下，600Hg真空度下，通过1.2μm滤膜，滤出75ml油对所需时间，定为无水试样的过滤性。含水试样过滤性，是在200ml的水加2%的水激振荡5min后，按无水试样方法试验。

⑩ 液压与密封材料，涂料等非金属材料和金属材料的适应性。

材料的匹配性，是系统设计时必须考虑的一个重要问题。适应性，系统液压油对其接触的各种金属材料，非金属材料，如橡胶、涂料、塑料等无侵蚀作用，这些材料也不会使油品变质，各类液压油与常用材料的匹配性能下图。
 各类液压油与常用材料匹配性

液压油中作为摩擦改进剂和抗磨剂的磷酸酯类会使橡胶膨胀，作为极压剂和抗氧剂的硫化物对腈胶，硅橡胶有不良影响，液压油密封适应性，用SH/T0305石油产品密封适应性指数测定法。

具体方法是用标准像胶环放在一个锥形规上测量其风径，然后将浸泡在100℃的油样中24h，待环冷却后再用量规则量内径，将内径变化换算成橡胶环体积膨胀百分数，定为密封适应指数。