第二章 液压油的性质

液压油的性质（ 第二章 液压油的性质（Properties of ic Fluids） ）
2.1概述（INTRODUCTION） 概述（ 概述 ） 在液压系统中唯一最重要的材料是工作流体本身。 在液压系统中唯一最重要的材料是工作流体本身。 液压油的性质对设备的正常工作和使用寿命有着决定性 的影响。为了液压系统能够高效地完成其工作使用清洁、 的影响。为了液压系统能够高效地完成其工作使用清洁、 高质量的液压油是非常重要的。 高质量的液压油是非常重要的。 为了满足工作要求现代大多数液压油都是经过特殊 合成的化合物。除了有一种基本的流体， 合成的化合物。除了有一种基本的流体，液压油还包含 一些添加物来得到所希望的性质。 一些添加物来得到所希望的性质。 1.液压油的主要功能 液压油的主要功能 实质上，液压油有四个主要功能： 实质上，液压油有四个主要功能： 传递能量； ✵传递能量；
γoil Sgoil = γwater
（2－3） － ）
代入已知数值得： 代入已知数值得：
8792 N m3 Sgoil = 3 = 0.897 9797 N m 注：比重是无量纲（无单位）参数。 比重是无量纲（无单位）参数。 4.密度 密度 其定义是单位体积的质量： 其定义是单位体积的质量：
m ρ＝ ＝ V
手动泵的下腔。这是吸油过程。 手动泵的下腔。这是吸油过程。单向阀是仅允许油液单 向通过的元件，用箭头表示。 向通过的元件，用箭头表示。 当用手压下手柄时， 当用手压下手柄时，油液被从手动泵中挤出并通过 单向阀2进入负载缸的下腔 进入负载缸的下腔。 单向阀 进入负载缸的下腔。负载缸在结构上与手动泵 相似，也是内有一个活塞和活塞杆的液压缸。 相似，也是内有一个活塞和活塞杆的液压缸。当油液被 挤出油泵并在流入下腔时受到阻力， 挤出油泵并在流入下腔时受到阻力，在负载活塞下就产 生压力。 生压力。由帕斯卡原理我们可知作用在负载活塞上的压 力等于油泵下腔产生的压力。 力等于油泵下腔产生的压力。 因此，手柄的每一次上下循环， 因此，手柄的每一次上下循环， 一定体积的油液就从油泵中被 挤出从而克服负载阻力使负载 缸升高一定距离。 缸升高一定距离。放油阀是一 个手动阀，当它打开时， 个手动阀，当它打开时，从负 载缸放油回油箱使负载下行。 载缸放油回油箱使负载下行。 应该注意油液从每一个液压缸
γ－重度（N/m3）； 重度（ /
W－重量（N）； －重量（ ）； V－体积（m3）； －体积（ 利用式（ － ）我们能够计算出水的重度： 利用式（2－2）我们能够计算出水的重度：
γ water
W 277.33N = = = 9786N / m3 V 0.028m3
大多数油液的重度大约为8792N/m3。然而，根据 / 然而， 大多数油液的重度大约为 油液种类的不同，其重度在8635 N/m3和9106 N/m3之 油液种类的不同，其重度在 / / 间变化。 间变化。 3.比重 比重 给定流体的比重（ 是流体的重度与4℃ 给定流体的比重（Sg）是流体的重度与 ℃纯水的 重度之比，即油液的比重： 重度之比，即油液的比重：
2.6 帕斯卡原理的应用（APPLICATIONS 帕斯卡原理的应用（ OF PASCAL’S LAW） ） 在这一节中我们将探讨一个帕斯卡原理的基本应用： 在这一节中我们将探讨一个帕斯卡原理的基本应用： 液压千斤顶。 液压千斤顶。 这个系统使用一个活塞式手动泵来驱动一个单作用 液压缸，如图。其工作原理如下。 液压缸，如图。其工作原理如下。 一手动力作用在手柄ABC的A点，手柄可绕 点旋 一手动力作用在手柄 的 点 手柄可绕C点旋 转，手动泵的活塞杆与手柄的 B点铰接。手动泵实际上是一 点铰接。 点铰接 个内有可自由上下运动活塞的 液压缸。 液压缸。活塞和活塞杆是固连 在一起的。当用手提起手柄时， 在一起的。当用手提起手柄时， 活塞上升并在其下腔产生真空。 活塞上升并在其下腔产生真空。 其结果是， 其结果是，油箱中的油液在大 气压的作用下经过单向阀1流入 气压的作用下经过单向阀 流入
γ
g
（2－5） － ）
ρwater
9786kgm s2 • m3 3 = = 1000kg m 2 9.8m s
2.4 压力（PRESSURE） 压力（ ） 1.流体压力 流体压力 ⑴压力 在流体传动系统中压力或者说得更确切些是力以相 等的数值向各个方向传递。 等的数值向各个方向传递。压力用单位面积上所受的力 来表示。因此，压力是单位面积上作用的力的总和， 来表示。因此，压力是单位面积上作用的力的总和，即：
无毒； ✵无毒； ✵低挥发性。 低挥发性。 低成本； ✵低成本； 容易得到。 ✵容易得到。 单一的液压油不具有所有这些希望的性质。 单一的液压油不具有所有这些希望的性质。为了实 际使用， 际使用，流体传动设计者必须选择最接近所有这些理想 性质的流体。 性质的流体。 液压油必须定期更换， 液压油必须定期更换，其周期不仅取决于流体本身 还与其使用环境有关。 还与其使用环境有关。实验室分析是确定液压油更换周 期的最好方法。通常说， 期的最好方法。通常说，由于油液分解或被污染而导致 其粘度和酸度增大时，它就应被更换。 其粘度和酸度增大时，它就应被更换。更好地是当系统 处于工作温度时更换油液。用这种方法，大多数杂质都 处于工作温度时更换油液。用这种方法， 处于悬浮状态并且容易排除。 处于悬浮状态并且容易排除。
2.2 流体：液体（FLUIDS: LIQUIDS） 流体：液体（ ） 流体”一词是液体和气体的总称。 “流体”一词是液体和气体的总称。液体是这样一 种流体，具有已知的质量，它具有明确的、 种流体，具有已知的质量，它具有明确的、与它的容器 形状无关的体积。 形状无关的体积。这个意思是即使液体呈现其容器的形 容器中充满液体部分的体积等于液体的体积。 状，容器中充满液体部分的体积等于液体的体积。 液体被认为是不可压缩的以致于压力变化时， 液体被认为是不可压缩的以致于压力变化时，液体 的体积不会变化。这并不绝对准确， 的体积不会变化。这并不绝对准确，但是由于压力变化 引起的体积变化是很小的， 引起的体积变化是很小的，在大多数工程应用中可忽略 不计。 不计。
p－压力； －压力； F－力； － A－面积。 －面积。 如果F和 的单位分别是 的单位分别是N和 那么p的单位就是 如果 和A的单位分别是 和m2，那么 的单位就是 Pa。 。
F p= A
（2－6） － ）
静止流体中的压力称为流体静压力， 静止流体中的压力称为流体静压力，它有两个重要 性质： 性质： ✵静止流体中任一点上压力大小与所受力面的方位无 即静止流体中任一点的压力在各个方向相等。 关，即静止流体中任一点的压力在各个方向相等。 ✵静止流体中压力作用方向是垂直于表面并指向该表 即沿表面内法线方向。 面，即沿表面内法线方向。 ⑵静压力的基本方程 如图所示， 如图所示，从流体中划出一个 底面积为∆A的液柱 的液柱， 底面积为 的液柱，在流体表面 外力产生的压力p 上，外力产生的压力 e＝Fe/A，液 ， ， 柱所受质量力为γhΔA，设液柱下 表面上作用的压力为p，其方向向上， 表面上作用的压力为 ，其方向向上， 则沿垂直方向的力平衡方程为 peΔA+γhΔA＝pΔA，由此得 ＝ ， p＝pe+γh （2－7） － ） ＝
式中， 是离液面 深处的压力。 是离液面h深处的压力 式中，p是离液面 深处的压力。 由式（ － ）可知： 由式（2－7）可知： 静压力是外力产生的压力p 和自重产生的压力γh之 ✵静压力是外力产生的压力 e和自重产生的压力 之 和； 静止流体压力随深度线性地增加； ✵静止流体压力随深度线性地增加； 静压力相等的各点组成的面称为等压面， ✵静压力相等的各点组成的面称为等压面，在静止流 体中等压面是水平面； 体中等压面是水平面； 在一般液压系统中工作压力（ ✵在一般液压系统中工作压力（ pe）比自重产生的压 大得多， 可忽略， 力γh大得多，故在液压系统中 可忽略，即p＝ pe。 大得多 故在液压系统中γh可忽略 ＝ 2.压力的计算基准和单位 压力的计算基准和单位 ⑴压力计算基准 绝对压力p 以绝对真空为计算基准的压力； ✵绝对压力 abs：以绝对真空为计算基准的压力； 大气压p 由大气产生的压力； ✵大气压 a：由大气产生的压力； 相对压力（表压） ：以大气压为基准的压力， ✵相对压力（表压）p：以大气压为基准的压力，压 力表所指示的压力均为相对压力。 力表所指示的压力均为相对压力。
2.3 重量、密度、比重（WEIGHT, 重量、密度、比重（ DENSITY, SPECIFIC GRAVITY） ） 1.重量 重量 所有物质，不论固体或流体， 所有物质，不论固体或流体，都受到地心引力的作 这个力称为物体的重力，并与物体的质量成正比， 用。这个力称为物体的重力，并与物体的质量成正比， 定义为： 定义为： F = W = mg （2－1） － ） F－力（N）； － ）； W－流体的重量（N）； －流体的重量（ ）； m－流体的质量（kg）； －流体的质量（ ）； g－重力加速度（9.8m/s2）。 －重力加速度（ / 2.重度 重度 重度被定义为单位体积流体的重量， 重度被定义为单位体积流体的重量，即： W γ＝ ＝ （2－2） － ） V
真空度p 压力比大气压低的数值。 ✵真空度 v：压力比大气压低的数值。 它们之间关系如图所示： 它们之间关系如图所示： pabs＝pa+p pv＝pa－pabs。 ⑵压力的单位 压力有多种单位。 制中， 压力有多种单位。在SI制中，压力的单位是 ， 制中 压力的单位是Pa， 1Pa=1N/m2，由于 太小，工程上常用 由于Pa太小 工程上常用MPa，目前也 太小， / ， 可用bar。1MPa＝106Pa，1bar＝105Pa。 可用 。 ＝ ， ＝ 。 在工程上还有以下压力单位被应用 标准大气压（ ），工程 标准大气压（atm），工程 ）， 大气压（ ）， ），mH2O（米水柱 大气压（at）， （ ），mmHg（毫米汞柱高）， 高）， （毫米汞柱高）， kgf/cm2。 / 1atm＝1.033kgf/cm2＝ ＝ / 10.33mH2O＝760mmHg＝ ＝ ＝