012-液压设备用油的选择和维护

1液压设备用油的选择和维护中国石化润滑油研发（上海）中心益梅蓉摘要：液压设备润滑油的选用和维护管理对保证液压设备安全运行，延长使用寿命具有重要意义。本文介绍了液压设备用油的分类和主要性能，油液选择需考虑的因素及油液维护管理需注意的问题。关键词：液压油、维护自从英国人布拉默（J.Bramah）在1795年发明了世界上第一台水压机，液压技术为工业各领域的发展做出了重大贡献，其自身也得到了很大的发展和完善。当前，液压技术已广泛地应用于包括冶金、工程、矿山、塑料等各工业部门。并向高压、高速、大功率、低噪音、高可靠性等方面发展，同时发展了比例控制、伺服控制等控制技术。在液压技术发展的过程中，工作介质——液压油的出现和发展对其有很大的促进作用。液压技术发展初期，一直将水作为工作介质，但水的润滑性差，易产生锈蚀，这一缺陷大大阻碍了液压技术的发展。这种状况一直持续到20世纪初，美国人发明了用油做工作介质的液压设备，才使得液压技术有了快速发展。因此为液压设备选择合适的液压油并在运行中做好油品的维护对延长液压设备的使用寿命具有重要意义。1液压系统润滑油的选用1.1液压油的分类及规格1)液压油分类2003年我国等同采用了ISO6743-4:1999《润滑剂、工业用油和相关产品(L类)的分类第4部分:H组(液压系统)》制定了GB/T7631.2-2003,即《润滑剂、工业用油和相关产品(L类)的分类第2部分:H组(液压系统)》，按液压油的组成、特性及应用，将液压油分为矿油型和合成烃型液压油、可降解液压油、液压导轨油、难燃液压油、自动传动系统油、耦合器和变矩器油几大类，见图1。目前液压设备应用较多的液压油品种是矿油型和合成烃型液压油以及难燃液压油，主要的油品有HL、HM等。HL液压油：由深度精制矿物油作为基础油，加入抗氧剂和防锈剂调制而成。具有良好的防锈性和氧化安定性。HM液压油：是在HL的基础油上增加抗磨剂，使其不仅具有抗氧防锈性，更具有良好的极压抗磨性，适合使用于中高压油泵。HV液压油：是在HM的基础上，提高了其粘温性能和低温性能，使其适合于寒区或野外工作的液压系统使用。HFC抗燃液压液：水－乙二醇抗燃液。由30～55％的水；25～45％乙二醇、丙二醇或其聚合物加入防锈、抗磨等功能剂调和而成。HFDR抗燃液压液：磷酸酯抗燃液压液。在磷酸酯中加入抗氧、防腐等功能剂调和而成。2具有自燃点高、挥发性低、抗燃性好，使用温度范围宽的优点，但与密封材料的适应性差，需仔细选择。图1液压油分类2）液压油规格液压油的规格包括ISO标准，各国的国家标准，液压设备制造商的规格以及一些企业的企业标准。主要的标准有国际标准ISO11158矿物油型和合成烃型液压油，ISO/CD15380生物可降解液压油;德国标准DIN51524（I/II/III），法国标准NFE8-603(I)，中国GB11118.1;OEM规格有Parker的DenisonHF-1(柱塞泵)，HF-2（叶片泵），HF-0（两种泵）；Eaton-Vickers的M2950S，I286S；Cincinnati的P68/P70/P69。1.2液压油液的主要性能液压油的主要性能包括：粘度、粘度指数、润滑性、氧化安定性和热稳定性、防腐防锈性、适应性、抗泡和空气释放性、过滤性等。粘度：表示流体运动时分子间摩擦阻力大小，是评定油品流动性的指标。液压油的牌号是以40℃运动粘度来划分的。液压油应该有合适的粘度，粘度过大，会使运动系统压力降和功率损失增加，泵的吸入性能变差，启动困难，并可能产生气穴腐蚀。粘度偏小，泵的内泄漏增大，容积效率降低，油膜变薄，加剧磨损，造成控制精度下降甚至失效。粘度指数：表征润滑油的粘温性，是指油品的粘度随温度变化而变化的特性，粘度指数偶偶和和器器和和变变矩矩器器HHEETTGGHHNN矿矿物物油油型型及及合合成成烃烃型型HHSSHHFFDDUU液液压压系系统统GGBB//TT77663311..22--22000033流流体体静静压压系系统统流流体体动动力力系系统统液液压压导导轨轨系系统统环环境境可可接接受受液液压压液液自自动动传传动动系系统统HHEEPPGGHHEEEESSHHEEPPRRHHGGHHAA难难燃燃液液压压液液HHHHHHLLHHMMHHRRHHVVHHFFAAEEHHFFAASSHHFFBBHHFFCCHHFFDDRR3高，表示油品的粘度随温度的变化小，油品质量好。润滑性：润滑一般有流体润滑、边界润滑。在流体润滑状态下润滑剂的润滑性能由润滑油的粘度决定，即润滑性能随粘度的增加而变好。流体润滑是一个非常理想的摩擦副运行状态，但在液压设备运行中，当泵在启动、停止或高负荷、高温状态下，润滑层厚度变薄，当油膜厚度小于摩擦面微凸体的高度时，两摩擦面较高的微凸体将会直接接触，摩擦副处于边界润滑状态，这时候润滑性与粘度大小无关，起到保证润滑作用的是润滑油中所含的抗磨剂，其形成的吸附或化学反应膜可以阻止摩擦副基体材料直接接触，有效减少磨损。氧化安定性和热稳定性：油品的氧化安定性指油品在使用期中是否容易变质，是决定润滑油使用期限的重要因素。油品的氧化安定性除了与油品的化学组成有关外，还与工作条件如外界的温度、空气压力、金属和其它物质的催化作用有关，其中温度的影响最大。温度60℃以上，氧化速度明显加快。一般在未加抗氧剂和无催化作用的情况下，温度每升高10℃，油品的氧化速度约增大一倍。热稳定性是指油液在高温时抵抗化学反应和分解的能力，在高温时，油液会产生裂化或聚合反应，其中的添加剂会发生降解，油液变稠、产生腐蚀、油泥等。适应性：与密封件、非金属材料、金属材料的适应性，不适应会造成橡胶过分膨胀、金属腐蚀等。特别要注意难燃液压液与橡胶的相容性问题。防腐防锈性：指油液具有防止金属材料生锈、腐蚀的能力。油液中含有的水分和氧气，会使金属锈蚀；而添加剂分解后产生的腐蚀性物质会腐蚀元件。锈蚀产生的颗粒会加速氧化、磨损，缩短元件寿命。因此液压油液应具备良好的抗腐防锈性。抗泡性和空气释放性：在一定温度和压力下，一般油液都能溶解一定量的空气，如矿油中可以溶解5～10％的空气，空气在液压油中有溶解和掺混两种状态（掺混的空气以气泡状态悬浮于油中）。液压油中含有的气泡如果不能及时从油中释放出去时，会降低油液的体积弹性模量和刚性，造成软操作。在高压区，气泡受到压力的作用，体积急剧缩小甚至溃灭，产生高频率的震动、噪音，气泡破灭时产生局部高温使油液热分解，加速油液变质，如果这种局部液压冲击作用在液压系统零件的表面上，会产生气蚀。因此要求液压油产生的泡沫要少，并且能迅速消失，即抗泡沫性要好；还要求溶解或分散在油中的气泡能尽快地释放出来，即空气释放性也要好。抗乳化性和水解安定性：抗乳化性指油液进水后，将水分离出去的能力。水解安定性指油液抵抗与水发生发应的能力。过滤性：指油液在无水和含水情况下通过一定孔径的过滤器的难易程度。某些抗磨液压油在有水的情况下其中的抗磨剂会水解产生沉淀，造成过滤器堵塞，因此要求液压油具有良好的过滤性。1.3液压油液的选用液压设备制造商一般都对油品有推荐，如果没有推荐，那么液压油选择主要从设备的工作条件，泵的类型、运行环境等方面考虑，选择合适的质量等级和粘度牌号。1）根据机械的工作条件4工作负荷（低压、中压、高压）：对抗磨性提出要求，高压系统的液压元件特别是液压泵中处于边界润滑状态的摩擦副，由于压力加大，速度高，使摩擦磨损条件较为苛刻，必须选择抗磨液压油。循环速度：油液循环速度快，则油液在油箱中停留的时间短，因此对油品抗泡沫性、空气释放性和氧化安定性要求高。工作温度：对润滑油的粘温性、热稳定性和氧化安定性有不同的要求，温度越高，对油品氧化安定性、热稳定性要求越高。2）根据泵的类型和摩擦副形式材质液压泵的种类有叶片泵、齿轮泵、柱塞泵，齿轮泵的工作压力比较小，因此对抗磨性要求相对低，可以选用HL油；低压叶片泵和柱塞泵液可以选用HL油，中高压叶片泵和柱塞泵需选用HM油。叶片泵的叶片与定子极易磨损，其钢－钢的摩擦副，最适合选用含Zn抗磨液压油。高压柱塞泵由于含有铜部件，因此适合选用无灰抗磨液压油或含稳定Zn型抗磨剂的液压油（满足DENISONHF-0规格），含银部件的液压泵不能用含Zn抗磨液压油，只能选用无灰抗磨液压油。3）根据机械的工作环境液压设备的工作环境变化多，有地上、地下、室内、野外、寒区、沿海、高温、明火等。应根据工作环境的不同选择合适的液压油。露天环境温差大、粘温性要求高选用高粘度指数液压油；沿海环境，防锈性要求高；高温、明火环境，要求选用抗燃油。环保要求高的地区，可选用生物可降解液压油。表1根据环境及工况条件选择液压油工况环境系统压力：7MPa以下系统温度：50℃以下系统压力：7～14MPa系统温度：50℃以下系统压力：7～14MPa系统温度：50～80℃系统压力：14MPa以上系统温度：80～100℃室内固定液压设备HL液压油HL或HM液压油HM液压油HM液压油露天、寒区和严寒区HV或HS液压油HV或HS液压油HV或HS液压油HV或HS液压油地下、水上HL液压油HL或HM液压油HL或HM液压油HM液压油高温热源或旺火附近HFAE、HFAS液压液HFB、HFC液压液HFDR液压液HFDR液压液4）经济性要综合考虑液压油的价格、使用寿命、换油周期、维护费用等方面的情况，选用综合经济效益好的。5）油液粘度选择根据设备工况和工作环境确定了液压油液的品种质量等级后，还需要确定油液的粘度。泵的类型，冷启动温度和液压系统的工作温度对选择粘度有决定作用。液压设备制造商对生5产的各类泵的工作介质的粘度范围都有规定，见表2。表2液压泵制造商对工作介质的粘度要求制造商泵的类型操作粘度mm2/s有负荷下最大启动粘度，mm2/s最优粘度，mm2/s最小最大Eaton-Vickers移动柱塞泵1020086016～40工业柱塞泵135422016～40移动叶片泵95486016～40工业叶片泵135486016～40Rexroth轴向柱塞泵16100100016～36V2叶片泵1616080025～160R4径向柱塞泵1020025～160G2-G4齿轮泵10300100025～160Sundstrand30系列柱塞泵6.4160013齿轮泵10100012～60DenisonBulletin440柱塞泵1324～31叶片泵10107860（低速低压）30表3液压油粘度的选择泵型适用粘度（mm2/s）40℃粘度等级（牌号）柱塞或离心泵（供水用）2.732叶片泵7MPa18～7222、32、46、687MPa27～9032、46、68齿轮泵全压力范围27～11732、46、68、100活塞泵轴向全范围27～11732、46、68、100径向45～10046、68、100、150数控液压油压脉冲马达7MPa20～3022、327MPa30～4032、46抗燃液压液含水型油包水乳化液型18～35水－乙二醇型18～42无水型磷酸酯型18～516）液压油清洁度的选择据统计70％的液压系统失效是由于污染度高造成的因此，应根据液压元件的对污染度要求选择合适的油液。6表4不同系统对清洁度的要求装置系统可接受的清洁度的要求NAS1638ISO4406一般液压系统11～1221/15传动装置系统8～918/13伺服控制系统5～714/11～16/13数控机床系统615/12工程机械液压系统8～917/11或18/15舰艇液压系统817/14舰船发射装置918/15舰船升降机系统1221/18电厂汽轮机润滑系统、燃料系统716/13直升机、军用飞机液压系统817/14民用飞机液压系统7～916/13或18/157）难燃液压油液的选择难燃液压油液的选择，应根据使用温度、工作压力来考虑。表5难燃液压油液的选择油品名称使用温度，℃使用压力，MPa磷酸酯工业：－10～95最大150航空：－54～120最大13514～21最大2821～28水－乙二醇－18～657.0～14.0最大21.0油包水乳化液－7～55＜7.0高水基0～49