《白话液压》话液压油

传递动力的媒介–液压油

1．黏性

从一个瓶子里往外倒菜油、蜂蜜，会发觉，要比倒水明显来得慢，这是由于菜 油、蜂蜜的黏性高于水。

液体的黏性来自液体分子之间的吸引力。

推动一块放在液体上面的板（下图），会感到有一些阻力。原因在于，由于黏性，最高层的液体会随着上板运动，而最底层的液体会由于下板的不动而保持不动。夹在其中的液体，就相互牵制着，不情愿但又多少得动一些。这就是阻力的来源。液体黏性越高，阻力就越大。

• 黏温特性

矿物油的黏度会随温度变化：温度越低，黏度越高（见下表）。矿物油的牌号 根据其 40°C 时的运动黏度而定。

表 3-1 矿物油在不同温度时的黏度 mm²/s

• 黏压特性

矿物油的黏度，不仅受温度影响，也随压力增加而增加。

因此，必须根据液压系统的环境温度、实际工作温度、压力、速度范围，选择恰 当黏度的液压油。

• 层流和紊流

如果注意观察从自来水龙头中流出的水（见下图），可以发觉，在流量较小 时，水柱晶莹透亮，形状相对稳定；而流量增大以后，水柱就不再透亮了，似有多 泡，形状湍动不安。前者被称为层流，后者被称为紊流。

在管道中，液体的流动也同样有层流a与紊流b之分（见下图）。

1.影响流态的因素

影响流态的主要因素：黏度、流速、管径

黏度越低则分子团相互之间的吸引力越小，流速越高则惯性力越大，而管径越 大，则液体流动时可依附的部分相对就少，流动越容易成为紊流。

2.流态的转变

如果缓慢开大自来水开关，在层流转为紊流后，再缓慢关小开关，仔细观察，会发现，必须关到更小的开度，紊流才会回复为层流。这与日常生活经验相符：保持整 齐不变为混乱易，而由混乱再恢复为整齐难。

也正是这点，给液压技术带来了最基本的不确定性。在层流和紊流时，压力损失 与流量之间还有一个基本固定的关系。但在层流-紊流过渡区，就不能断定，流态是 紊流还是层流，也就无法估算出压力损失。

• 液流通道的形状 根据对压力损失的影响，液流通道可分为以下两种类型

1.长通道，面积和形状没有突然改变，压力就逐渐下降，术语称沿程损失。这里，造成压力下降的主要原因是液体相互间，以及液体与管道壁的摩擦力。

因为管径越大，与管道壁发生摩擦的液体相对总量越少，所以，压降越小。

2.通流面积或/和形状突然改变，如，小孔、弯头、管道分叉会合处等。在这些地方，由于液流方向改变，造成涡流、分子团相互撞击、重组，内耗严重，导致压力 明显下降，术语称局部损失。

液压油的其它作用与特性

在液压油中加入所谓消泡剂，可以提高其空气分离能力。

3．散热

机械设备工作时不可避免会由于摩擦或液压油泄漏产生热，造成温度上升，对设 备中的元件带来不利影响。因此，期望流动的液压油可以把这热量带走。从这点出发，希望液压油有好的导热性和高的热容量。可惜，在这方面，普通矿 物油的能力只有水的一半。

4．带走杂质

设备工作时部件难免会发生磨损，有剥落物。液压油的流动有利于带走杂质。

5．可压缩性

液体也是可压缩的。如果压力增高 40MPa，矿物油体积会缩小约 3%。 液体中混有的未溶解空气会增高液体的可压缩性。 在正常大气压力条件下，液体中总含有一定量的溶解空气。而液体对空气的溶解能力，会随着压力和温度的下降而下降，已溶解的空气会释出，就会增加液体的可压 缩性。

在高压力、大容量情况下用液体去驱动负载，就像用一根弹簧去推动一个物体， 不易准确定位。

6．热胀冷缩

液体也会热胀冷缩

温度每上升 50°C，矿物油体积会膨胀约 3%。如果被密闭在一个容器里，无法膨 胀，就会导致压力增高约 40MPa。这很可能损坏管道及液压件，所以必须有适当的预 防措施。

7．工作持久性

液压油的价格，好的，每吨 3、4 万元，次的也在 1 万多元以上。所以，理想的 是可以长期使用，终生不换。但不利影响是多方面的。

（1）化学不相容 液压系统中的密封圈、软管等，含有天然或人造高分子材料。如果与液压油不相容，长期工作后就会发生侵蚀膨胀。

一般把密封圈、软管浸泡在热油中 24 小时，之后检测膨胀率。超过一定值，就 认为化学不相容。

（2）气蚀

如在 1.2 节已提及，在封闭管道中，通流截面小处，流速高。在 液体分子全都一心一意往前冲的时候，相互间，以及撞击管壁的力就会减小，宏观来 说，就是压力降低。这也符合能量守恒定律，压力能转化为动能。因此，在流速增高 的地方，液体的压力会降低，甚至可能形成负压。手动喷雾器（见下图 ），一些抽真空机就是根据此原理工作的。

1）造成老化的原因

a）氧化：矿物油是碳氢化合物，氧化后会形成酸酯。

b）水解：酯遇水会分解。

c）碳氢化合物受高压剪切会裂化。

d）聚合：碳氢化合物互联，形成大分子团。

2）影响老化过程的因素 油液的老化程度一般可通过其酸性——中和数来判断。

a）油液中的气和水会加快老化（见下图）。

b）由灰尘等固体颗粒引起的污染，特别是金属（尤其是非金属）的催化作用，都会加速矿物油老化。

因为加入了多种添加剂，现代液压油的特性与普通矿物油已有很大差别。因此， 根据应用场合选择合适的液压油，对于液压系统功能的正常发挥、可靠操作、工作持 久性以及经济性，都是非常重要的。

新品种液压油的研发一直没有停顿。例如，力士乐在 2015 年提出了对液压油的 新的要求 RDE90245。据壳牌公司 2017 年初报告，他们的 Tellus S2 MX 液压油率先 满足了此要求。

难燃液

难燃液被分为以下几类。

1）HFA——以水为主的乳化液，可燃成份最多为 20%，实际一般在 1%~5%，也被 称为高水基液。有点类似牛奶。通常，水包油，看似均匀的液体。但如用离心机一 甩，就会分离出奶油来。

价格便宜，主要应用于开采业。 由于其大部分会挥发，因此泄漏到大地后危害也不大。 由于黏度很低，因而很易泄漏。因此，运动部件间的间隙必须很小。因此，液体

必须很精细地过滤。 受水的凝点和挥发点的限制，工作温度只能在 5~50°C 之间。

由于含水多，会腐蚀金属，也容易滋生微生物。因此，还需要加入防锈防腐剂， 对水质要经常监测。

2）HFC——水乙二醇液，含水量为 35%~55%，可达到与矿物油相近黏度，工作温 度在-20~60°C 之间。与大多数常用密封材料都相容，抗腐蚀能力强于 HFA。在采掘 机械、冶金设备和压铸机械中应用较多。

由于水容易挥发，在含水量低于 35%时液体的可燃性会大幅增加，所以必须经常 监测水含量。

3）HFD——无水合成液，如磷酸酯、氯化烃，或两者的混合物。 黏度与矿物油相近，耐磨性能好，抗老化能力高，能用于温度变化较大的场合。 与常用密封材料以及喷涂的表面不太相容。有毒，会危害生态环境。所以，现在应用渐少。

难燃液和矿物油在某些方面的性质差别很大。这常意味着，系统的工作参数（转 速、压力等）必须降低，液压元件的使用寿命也会降低。

环保液

合成酯的化学结构与植物油相近，同样可生物快速降解，但抗氧化性能强得多。 而且因为是人工合成的，容易做到高纯度一致性。在农业机械、森林机械中已越来越 多地被应用。但目前价格还较贵，约为矿物基液压油的两倍。研发探索还在进行中。

清水

上世纪九十年代，由于发明了恰当的陶瓷加工工艺，制造出来的陶瓷零件对润滑 要求较低。因此，清水液压又重获青睐。但至今，工作压力只能在 16MPa 以下。因 此，只是被用于一些有特殊要求的行业和场所，如食品、饮料、化妆品、粮食加工、 制药、医疗、造纸、文化娱乐、体育、办公室、家用机器人等，与矿物油并不形成竞 争局面。

目前常说的“水液压”包括了高水基液体，即含有增加黏度的材料。虽然与清水 液压有些共同处，但也有很多不同处：易得性、卫生性、可应用场合、对液压元件的 要求等等。所以，不应混淆两个概念。

此外，海水淡化、从油页岩中获取石油、水切割、内高压成型、汽车用薄板的清 洁去皮等等，都必须使用高压水，且用量很大。虽然这些应用已不属于液压传动，但 从液压传动发展出来的技术与这些应用，也正相辅相成，互相推动。