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        技術文章

        液壓油的主要物理性質

        發佈時間:2017-05-12 瀏覽次數:4505次

        液壓傳動是以液壓油(通常爲礦物油)作爲工作介質來傳遞動力和信號的。因此液壓油的質量(物理、化學性能)的優劣,尤其是力學性能對液壓系統工作的影響很大。所以,在研究液壓系統時,必須對所用的液壓油及其性能進行較深入瞭解,以便進一步理解液壓傳動的基本原理。

        1.密度

        單位體積液體的質量稱爲該液體的密度:

        Ρ=m/v (8-1)

        式中,V爲體積;m爲體積爲V的液體的質量;Ρ爲液體的密度。

        密度是液體一個重要的物理量參數。隨着溫度或壓力的變化,其密度也會發生變化,但變化量一般很小,可以忽略不計。一般液壓油的密度爲900kg/m3。

        2.可壓縮性

        液體受壓力的作用而發生體積減小變化稱爲液體的可壓縮性。若液壓油中混入空氣時,其可壓縮性將顯著增加,並將嚴重影響液壓系統的工作性能,因此在液壓系統中儘量減少油液中混入的氣體及其他揮發物質(如汽油、煤油、乙醇和苯等)的含量。

        3.黏性

         (1)黏性的意義。液體在外力作用下流動時,液體分子間內聚力會阻礙分子相對運動,即分子之間產生一種內摩擦力,這一特性稱爲液體的黏性。黏性是液體的重要物理特性,也是選擇液壓用油的依據。

        由於液體在外力作用下才有黏性,因此液體在靜止狀態下是不呈現黏性的。液體黏性的大小用黏度來表示。

         (2)液體的黏度。指定量表示黏性高低的量,常用的黏度有3種,即動力黏度、運動黏度和相對黏度。平時提到油的牌號實際是運動黏度。

        1)動力黏度µ。在我國法定計量單位制及SI制中,動力黏度µ的單位是Pa·s(帕·秒)或用N·s/m2(牛·秒/米2)表示。

        在CGS制中,口的單位爲dgn·s/cm2(達因·秒/釐米2),叉稱爲P(泊)。P的1%稱爲cP(釐泊)。其換算關係如下

        1Pa·s=10P=l03cP

        2)運動黏度v。動力黏度µ和該液體密度Ρ之比值,稱爲運動黏度。 

        v=µ/Ρ (82)

        運動黏度µ沒有明確的物理意義。因爲在其單位中只有長度和時間的量綱,所以稱爲運動黏度。它是工程實際中經常用到的物理量。

        在我國法定計量單位制及SI制中,運動黏度v的單位是m2/s(米2/秒)。

        在CGS制中,v的單位是Cm2/s(釐米2/秒),通常稱爲St(沲)。1St(沲)=100cSt(釐沲)。兩種單位制的換算關係爲 

        im2/S=104St=106cSt

        就物理意義來說,µ並不是一個黏度的量,但工程中常用它來標誌液體的黏度。例如,液壓油的牌號,就是這種油液在40℃時運動黏度v(mm2/s)的平均值,如L—AN32液壓油就是指這種液壓油在40℃時運動黏度的平均值爲32mm2/s。

        3)相對黏度。相對黏度叉稱條件黏度。它是採用特定的黏度計在規定的條件下測出來的液體黏度。根據測量條件的不同,各國採用的相對黏度的單位也不同。如中國、德國及前蘇聯等國家採用恩氏黏度(°E),美國採用國際賽氏秒(SSU),英國採用雷氏黏度(R)等。

        恩氏黏度由恩氏黏度計測定,即將200cm3的被測液體裝入底部有Ф2.8mm小孔的恩氏黏庋計的容器中,在某一特定溫度t℃時,測定液體在自重作用下流過小t1所需的時間t和同體積的蒸餾水在20℃時流過同一小孔所需的時間t2,兩者之比值便是該液體在t℃時的恩氏黏度。恩氏黏度用符號°E表示

        °Et=t1/t2(8—3)

        一般以20℃、50℃、100℃作爲測定恩氏黏度的標準溫度,由此而得來的恩氏黏度分別用°E20、°E50和°E100表示。

        恩氏黏度和運動黏度的換算關係可以查詢相關手冊或書籍。

         (3)調和油的黏度。選擇合適黏度的液壓油,對液壓系統的工作性能有着十分重要的作用。有時現有的油液黏度不能滿足要求,可把兩種不同黏度的油液混合起來使用,稱爲調和油。調和油的黏度與兩種油所佔的比例有關,一般可用下表的經驗公式計算。

        係數c的數值  

        a

        10

        20

        30

        40

        50

        60

        70

        80

        90

        b

        90

        80

        70

        60

        50

        40

        30

        20

        10

        c

        6.7

        13.1

        17.9

        22.1

        25.5

        27.9

        28.2

        25

        17

         

         (4)黏度和溫度的關係。溫度對油液黏度影響很大,當油液溫度升高時,其黏度顯著下降。油液黏度的變化直接影響液壓系統的性能和泄漏量,因此希望黏度隨溫度的變化越小越好。不同的油液有不同的黏度溫度變化關係,這種關係叫做油液的黏溫特性。

        油液的黏溫特性可以用黏度指數Ⅵ來表示,VI值越大,表示油液隨溫度的變化率越小,即黏溫特性越好。一般液壓油要求VI值在90以上,而精製的液壓油及加有添加劑的液壓油,其值可大於100。幾種國產油液黏溫圖如圖1所示。

        種國產油液黏溫圖

        液體的黏溫特性常用黏度指數VI來度量。VI表示該液體的黏度變化的程度與標準油液的黏度變化程度之比。通常在各種工作介質的質量標準中都給出黏度指數。黏度指數高,說明黏度隨溫度的變化小,其黏溫特性好。一般要求工作介質的黏度指數應在90以上,優異的在100以上。幾種常見工作介質的黏度指數列於下表中。

        常見工作介質的粘度指數

        介質種類

        黏度指數VI

        介質種類

        黏度指數VI

        通用液壓油L-HL

        90

        高含水液壓油L-HFA

        130

        抗磨液壓油L-HM

        95

        油包水乳化液L-HFB

        130~170

        低溫液壓油L-HV

        130

        水-乙二醇液L-HFC

        140~170

        高黏度液壓油L-HR

        160

        磷酸酯液L-HFDR

        130~180

         (5)黏度與壓力的關係。壓力對油液的黏度也有一定的影響。壓力越高,分子間的距離越小,因此黏度變大。不同的油液有不同的黏度壓力變化關係。這種關係叫油液的黏壓特性。

        在液壓系統中,若系統的壓力不高,壓力對黏度的影響較小,一般可以忽略不計。當壓力較高或壓力變化較大時,則壓力對黏度的影響必須考慮。

        4.其他特性 

        液壓油液還有其他一些物理化學性質,如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防鏽性、潤滑性、導熱性、穩定性以及相容性(主要指對密封材料、軟管等不侵蝕、不溶脹的性質)等,這些性質對液壓系統的工作性能有重要影響。對於不同品種的液壓油,這些性質的指標是不同的,具體應用時可查油類產品手冊。