液压系统基础知识

液压系统基础知识

§1 工作介质——液压油

液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却和防锈作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。故此，合理的选用液压油也是很重要的。

一、工作介质的性质

1、密度ρ

ρ = m/V [kg/ m3]

一般矿物油的密度为850~950kg/m3

2、重度γ

γ= G/V [N/ m3]

一般矿物油的重度为8400~9500N/m3

因G = mg 所以γ= G/V=ρg

3、液体的可压缩性

当液体受压力作用二体积减小的特性称为液体的可压缩性。

体积压缩系数β= - ▽V/▽pV0

▽体积弹性模量K = 1 /β

4、流体的粘性

液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。由于液体具有粘性，当流体发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了流体抵抗剪切变形的能力。粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动，在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。

粘性的大小可用粘度来衡量，粘度是选择液压用流体的主要指标，是影响流动流体的重要物理性质。

二、对工作介质的要求

液压油是液压传动系统的重要组成部分，是用来传递能量的工作介质。除了传递能量外，它还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。液压油的质量及其各种性能将直接影响液压系统的工作。从液压系统使用油液的要求来看，有下面几点：

1.适宜的粘度和良好的粘温性能。

2.应具有良好的润滑性能。为了改善液压油的润滑性能，可加入添加剂以增加其润滑性能。

3.良好的化学稳定性，即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。

4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性

5.对金属材料具有防锈性和防腐性

6.抗泡沫性好，抗乳化性好

7.油液纯净，含杂质量少

8.流动点和凝固点低，闪点(明火能使油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度)和燃点高

三、工作介质的分类及选用

1、分类

普通液压油

专用液压油

1)、石油基液压油

抗磨液压油

高粘度指数液压油

合成液压油——磷酸酯液压油

2)、难燃液压油水——乙二醇液压油

含水液压油油包税乳化液

乳化液

水包油乳化油

3)乳化液乳化液属抗燃液压油，它由水、基础油和各种添加剂组成。分水包油乳化液和油包水乳化液，前者含水量达90％～95％，后者含水量大40％。

2、选用原则

①根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，

②根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，

③一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。

液压油的牌号(即数字)表示在40℃下油液运动粘度的平均值(单位为cSt)。

四、液压油的污染与防护

液压油是否清洁，不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命，而且直接关系到液压系统是否能正常工作。液压系统多数故障与液压油受到污染有关，因此控制液压油的污染是十分重要的。

1.液压油被污染的原因，主要有以下几方面：

(1)液压系统及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里。

(2)外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。

(3)液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。

2.油液污染的危害

液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件寿命缩短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗粒进入到元件里，会使元件的滑动部分磨损加剧，并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔，或使阀芯卡死，从而造成液压系统的故障。水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速腐蚀，进而出现振动、爬行等。

3.防止污染的措施

对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手：①防止污染物侵入液压系统；②把已经侵入的污染物从系统中清楚出去。

为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施：

(1)使用前保持清洁。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新液压油看上去很清洁，其实很“脏”，必须将其静放数天后，过滤加入液压系统中使用。

(2)使液压系统在装配后、运转前保持清洁。液压元件在更换过程中必须清洗干净，最好用本液清洗，清洗时油箱除通气孔(加防尘罩)外必须全部密封，密封件不可有飞边、毛刺。

(3)工作中保持清洁。液压油在工作过程中会受到环境污染，因此应尽量防止工作中空气和水分的侵入，为完全消除水、气和污染物的侵入，采用密封油箱，通气孔上加空气滤清器，防止尘土、磨料和冷却液侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器中的胶囊。

(4)采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求，在液压系统中选用不同的过滤方式，不同的精度和不同结构的滤油器，并要定期检查和清洗滤油器和油箱。

(5)定期更换液压油。更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗，排尽后注入新油。

(6)控制液压油的工作温度。液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会加速变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限，一般液压系统的工作温度最好控制在65℃ 以下。

§2 液压冲击及空穴现象

一、液压冲击现象

液压冲击在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变(变向或停止)，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击(水力学中称为水锤现象)。

液压冲击的危害是很大的。发生液压冲击时管路中的冲击压力往往急增很多倍，而使按工作压力设计的管道破裂。此外，所产生的液压冲击波会引起液压系统的振动和冲击噪声。因此在液压系统，应当尽量减少液压冲击的影响。为此，一般可采用如下措施。

(1)缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度；

(2)在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离；

(3)应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管，也可以减小液压冲击；

(4)在系统中装置安全阀，可起卸载作用。

二、空穴现象

空穴现象：一般液体中溶解有空气，水中溶解有约2%体积的空气，液压油中溶解有(6%～12%)体积的空气。成溶解状态的气体对油液体积弹性模量没有影响，成游离状态的小气泡则对油液体积弹性模量产生显著的影响。空气的溶解度与压力成正比。当压力降低时，原先压力较高时溶解于油液中的气体成为过饱和状态，于是就要分解出游离状态微小气泡，并聚合长大，使原来充满油液的管道变为混有许多气泡的不连续状态，这种现象称为空穴现象。

气蚀现象：管道中发生空穴现象时，气泡随着液流进入高压区时，体积急剧缩小，气泡又凝结成液体，形成局部真空，周围液体质点以极大速度来填补这一空间，使气泡凝结处瞬间局部压力急剧增大，温度可达近千度。在气泡凝结附近壁面，因反复受到液压冲击与高温作用，以及油液中逸出气体具有较强的酸化作用，使金属表面产生腐蚀。因空穴产生的腐蚀，一般称为气蚀。

造成空穴的原因：①泵站的吸液管路连接、密封不严使空气进入管路；②泵站的吸液管路阻力大、流速过高。③当油液流经节流部位，流速增高，压力降低，在节流部位前后压差p1/p2≥3.5时，将发生节流空穴。

空穴现象的危害：引起系统的振动，产生冲击、噪音、气蚀，使工作状态恶化。

预防空穴现象的措施：

1.管路密封要好，防止空气渗入。

2.泵站的吸油口要有足够的管径，减小吸液阻力，自吸能力差的泵用辅助供油。

3.节流口压力降要小，一般控制节流口前后压差比p1/p2＜3.5。