液压原理培训教材
第一章 液压系统简述
一、 液压传动的工作原理
1、液压传动是以液体为工作截止来传递动力的
2、液压传动用液体的压力能来传递动力，它与液体动能的液力传动是不相同的。
3、液压传动中的工作介质是在受控制，受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。
二、液压传动的组成部分
1、动力装置―――把机械能转换成油液液压能的装置，最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。
2、执行装置―――把油液的液压能转换成机械能的装置，它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。
3、控制调节装置―――对系统中油液的压力、流量、或流动方向进行控制或调节的装置，例如溢流阀，节流阀、换向阀、先导阀等，这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。
4、辅助装置―――上述部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。
三、液压传动的控制方式
液压传动的“控制方式”有两种不同的涵义，一种指对传动部分的操控调节方式，另一种是指控制部分本身结构组成形式。
液压传动的操纵调节方式可以概略的分为手动式，半自动式、和
全自动式。而液压系统中控制部分的结构组成形式有开环和闭环式的两种。如平台的液压猫头就是开式的手动控制系统。而顶驱机械手的液压控制系统为闭环控制。
四、液压传动的优缺点
优点：
1、 在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力。在
同等功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电机的12％左右。
2、 液压装置工作比较平稳。
3、 液压装置能在大范围内实现无极调速，它还可以在运动状态下
进行调速。
4、 液压装置易于实现自动化。当液压控制和电气控制。电子控制
或气动控制结合起来使用的时候，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作。接收远程控制。
5、 液压装置易于实现过载保护。
6、 由于液压元件已实现标准化，系列化和通用化。液压装置的设
计、制作和使用都比较方便。
7、 用液压装置实现直线运动比机械传动简单。
缺点：
1、 液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩
性和泄漏等原因造成的。
2、 液压传动在工作过程中有较大的能量损失）摩擦损失、泄漏
损失），长距离损失更是如此。
3、 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温
度的影响，因此它不适宜在很高或很低的温度条件下工作。
4、 为了减少泄漏，液压元件的加工精度要求较高，因此的它的
造价较高，而且对油的污染比较敏感。
5、 液压传动要求有单独的能源。
6、 液压传动出现故障时不易找出原因。
第二章 液压油液
在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质，同时它还起着润滑、冷却和防锈的作用，也凹系统能否可靠、有效的工作，在很大程度上取决于系统所用的液压油。因此，在掌握液压系统之前，必须先对液压油液有一清晰的了解。
第一节 液压油液的特性和选择
一、 液压油液的特性
液压系统中使用的液压油液的种类如表2－1所示。
石油型的液压油以机械油为基料，精炼后按需要加入适当的添加剂而成。这种油液的润滑性好，但抗燃性差。
目前，我国在液压系统中仍大量采用机械油和汽轮机油。机械油是一种工业用润滑油，价格虽较低，但物理化学性能较差，使用时以生粘稠胶质，堵塞元件，影响系统的性能。压力越高，问题越严重。因此，只在压力较低和要求不高的场合中使用。
汽轮机油和机械油2－1液压油液的种类相比，氧化要定性好，使用寿
命长，与水混合后能迅速分
离，纯净度高。普通液压油中加有抗氧化、防锈和抗饱和的添加剂，在液压系统中使用最
广。
乳化液有两大类：一类是少量油（约5%~10%）分散在大量的水中，称为水包油乳化液，也称高水基液（O/W）; 另一类是水分散在大量的油中（约占60%），称为油包水乳化液（W/O）。后者的润滑性比前者好。
水—乙二醇液使用于要求防火的液压系统。如液体长期在高于65℃的温度下工作，水分的蒸发使它的粘度上升，因此必须经常检验。低温粘度小，它的润滑性比石油性液压油差，对大多数金属基液压系统中使用的大多数橡胶密封圈材料均能相容，但会使许多油漆脱落。
磷酸酯液自燃点高，氧化按定性好，润滑性好，使用温度宽，对大多数金属不腐蚀，但能溶解许多非金属材料，因此必须选择合适的橡胶密封材料。这种液体有毒。
为了改善液压油的性能，往往在油液中加入各种各样的添加剂。添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘剂、抗饱剂、抗磨剂等。
二、 液压油液的物理性质
液压油液的一些基本性质可在有关资料中查道，例如，石油性液压油液在15℃时的密度为900kg/m3左右，在实用中可认为不受温度和压力的影响；体积膨胀系数和比热容分别为（6.3~7.8）ⅹ10-4K -1和（1.7~2.1）ⅹ103J/(kg.K)等等。在液压技术中，液压油液最重要的性质是它的可压缩性和粘性。
（一）可压缩性
压力为P 0、体积为V 0的液体，如压力增大ΔV ，则此液体的可压缩性可用体积压缩系数k ，即单位压力变化下的体积相对体积变化量来表示。
k=(—1/ΔP )*（ΔV/ V0）
由于压力增大时液体的体积减小，因此上式右边必须加一符号。
液体体积系数的倒数，称为体积弹性模
量K ，简称体积模量。即K=1/k。表2-2示各
种液压油液的体积模量。由表中石油型液压
油体积的数值可知，它的可压缩性是钢的表2-2各种液压油液的体积模量 （20℃，大气压）
100~500倍。液压油液的体积模量和温度、压力有关：温度增大时，K 值减小，在液压油液正常的工作范围内，K 值会有5%~25%的变化；压力增大时，K 值增大，但这种变化不成线性关系，当P ≥3MPa 时，K 值基本上不再增大。液压油液中如混有气泡时，K 值将大大减小。
封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。这种弹簧的刚度k h ，在液体
承压面积A 不变时（图2-1），可以通过压力变化ΔP =ΔF/A、体积变化ΔV=A/Δl （Δl 为液柱长度变化），和式（2-1）求出，即
k h =-ΔF/Δl=A2K/V
液压油液的可压缩性对在动态下工作的液压系统来说影响极大；但当液压系统在静态（稳态）下工作时，一般不予考虑。
（二）粘性 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止的液体是不呈现粘性的。
粘性使流动液体内部各处的速度不相等，以图2－2为例，若两平行平板间充满液体，下平板不动，而上平板以速度u 0向右平动。由
于液体的粘性，紧靠下平板和上平板的液体层速度分别为零和u 0，而
中间各液层的速度则视它距下平板的距离按曲线规律或线性规律变化。
实验测定指出，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F f 与液层接
触面积A 、液层间速度梯度d u /dy 成正比，即
F f ＝ηAd u /dy （2－3）
式中，η为比例常熟，称为粘性系数或粘度。如τ表示切应力，即单位面积上的内摩擦力，则
τ＝F f /A=ηd u /dy (2-4)
这就是牛顿的液体内摩擦定律。
由上可知，液体的粘度是指它在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。粘度是衡量液体粘性的指标。这里的粘度η又称绝对粘度，或动力粘度，它的法定计算单位为Pa.s ，以前沿用的单位为P （泊，dyne.s/cm2）,1Pa.s ＝10P ＝103Cp(厘泊) 。
液体动力粘度与其密度的比值，称为液体的运动粘度υ，即
υ＝η/ρ。运动粘度的法定计算单位外为m 2/s，以前沿用的单位为St （拖），1m 2/s＝104St ＝106cSt （厘拖）。就物理意义来说，υ不是一个粘度的量，但习惯上常用它来标志液体粘度，例如机械油的牌号就是用机械油在40℃时运动粘度υ（mm 2/s计）的平均值来标志的。
液体粘度在工程上的测定方法是测出液体的“相对粘度”，然后再根据关系使换算出动力粘度或运动粘度。相对粘度又称条件粘度，它是按一定测量条件制定的。我国、德国等国采用恩氏粘度0E ，美国用赛氏粘度SSU ，英国用雷氏粘度R ，等等。
恩氏粘度用恩氏粘度计测定：将200mL 温度为t 0C 的被测液体装入粘度计的容器内，使子之由其下部直径为2.8mm 的小孔流出，测出液体流尽所需要的时间t 1(s)；再测出200mL 温度为200C 的蒸馏水在
同一粘度计中流尽所需的时间t 2(s)。这两个时间的比值即为被测液
体粘度的标准温度，由此而得来的恩氏粘度分别用0E 20、0E 50和0E 100标记。
恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式为
υ＝（7.310E －6.31/0E ）ⅹ10-6
υ的单位为m 2/s。液体的粘度也可用旋转粘度计测定。
液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压油液来说，压力增大时，粘度增大。但在一般液压系统使用的压力范围内，增大数值很小，可以忽略不计。液压油液粘度对温度的变化十分敏感，如图2－3所示，温度升高，粘度下降。这个变化率的大小直接影响液压油液的使用，其重要性不亚于粘度本身。
（三）其它性质
液压油液还有其它一些性质，如稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等）、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（对所接触的金属、密封材料、涂料等不起作用便是相容性好，否则便是不好）等，都对它的选择和使用有重要影响。
三、对液压油液要求
不同的工作机械、不同的使用情况对液压油液的要求有很大的不同，为了很好的传递运动和动力，液压系统使用的液压油液应具备如下性能：
1）合适的粘度，υ=(1..5~41.3) ⅹ10-6m 2/s或2～5.80E 50，较好的
粘温特性。
2) 润滑性能好。
3）质地纯净，杂质少。
4）对金属和密封件有良好的相容性。
5）对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性。温度低于570C 时，油液的氧化进程缓慢，之后，温度每增加100C ，氧化程度增加一倍，所以控制液压油液的温度特别重要。
6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。
7）体积膨胀系数小，比热容大。
8）流动点和凝固点低，闪点（明火能使油面上油蒸汽闪燃，但油本身不燃烧时的温度）和燃点高。
9）对人体无害，成本低。
反之，对轧钢机、压铸机、挤压机、飞机等处则须突出耐高温、热稳定不腐蚀、无毒、不挥发、防火等项的要求。
四、液压油液的选择方式
（一）液压油液的选择因素
正确而合理地选择液压油液，对液压系统适应各种工作环境的能力、延长系统和元件寿命、提高系统的工作可靠性等都有重要的影响。
选择液压油液时要考虑的因素如表2－3所示。
在众多的考虑因素中，最重要的因素是液压油液的粘度。粘度太大，液流的压力损失和发热大，使系统的效率下降；粘度太小，泄漏增大也影响系统效率。因此应选择使系统能正常、高效和可靠的油液粘度。
在液压系统中，液压泵的工作条件最为严峻，不但压力大、转速高和温度高，而且油液在被泵吸入和由泵压出时要受剪切作用，所以一般根据泵的要求来确定液压油液的粘度，如表2－4所示。
上面说过，油温对粘度影响极大，因此，为了发挥液压系统的最佳运转效率，应依具体情况控制油温，使泵和系统在油液的最佳粘度范围内工作。图2－4示各种液压油液的最佳应用温度范围。事实上，
过高的油温不仅大大改变了油液的粘度，而且会使常温下平和、稳定的油液变得带腐蚀性，分解出不利于使用的成分，或因过量汽化而使液压油泵吸空，无法正常工作。
液压油液的选择，一般要经历下述四个基本步骤：
1）定出所用油液的某些特性（粘度、密度、蒸汽压、空气溶解率、体积模量、抗燃性、温度界限、压力限、润滑性、相容性、毒性等）的容许范围。
表2－3选择液压油液时考虑的因素
2）查看说明书，找出符合或基本符合上述各项特性要求的油液。
3）进行综合、权衡，调
整各方面的要求和参数。
4）征询油液制造厂的最
终意见。 表2－4 液压泵用油液的粘度
（二）液压油液的使用
根据一定的要求来选择或配制液压油液之后，不能认为液压系统工作介质的问题已全部解决了。事实上，使用不当还是会使油液的性质发生变化的。例如，通常以为油液在某一温度和压力下的粘度是一定值，与流动情况无关，实际上油液被过度剪切后，粘度会显著减小，因此在使用液压油液时，应注意一下几点：
1) 对长期使用的液压油液，氧化、热稳定性是决定温度界限的因素，因此，应使油液长期处在低于它开始氧化的温度下工作。
2）在贮存、搬运及加注过程中，应防止油液被污染。
3）对油液定期抽样检验，并建立定期换油制度。
4) 油箱的贮油量应充分，以利于系统的散热。
5）保持系统的密封，一旦有泄漏，应立即排除。
一般说来，只要对使用石油型液压系统进行彻底清洗以及更换某些密封件和油箱涂料后，便可更换高水基液压液。但是，由于高水基液压液的粘度低、泄漏大、润滑性差、蒸发和气蚀等一系列缺点，因此在实际使用高水基液的液压系统时，还必须注意下述几点：
1）由于粘度低、泄漏大，系统的最高压力不要超过7MPa 。
2）要防止气蚀现象，可用高置油箱使泵进油口处压力增大，泵的转速不要超过1200r/min。
3）系统浸渍不到油液的部位，金属的气相锈蚀较为严重，因此应使系统尽量的充满油液。
4）由于油液的pH 值高，容易发生有金属电位差引起的腐蚀，因
此应避免使用镁合金、锌、镉之类金属。
5）定期检查油液pH 值、浓度、霉菌生长情况，并对其进行控制。
6）滤网的通疏能力须4倍于泵的流量，而不是常规的1.5倍。
（三）海上作业对液压油的要求
（1）粘度适当。当船舶航区经常变化且跨越纬度较大时，应选用粘温特性良好的液压油。一般选用运动年度20~30mm2/s（500C 时）、粘度指数在90以上的液压油。
（2）防锈性好。因船舶液压管线不经常拆装，液压元件长期封闭于油路之中。这样，若使用防锈性差的液压油，易使元件锈蚀，影响系统的工作寿命。
（3）抗氧化性好。长时间工作时，液压油就会因温度升高而容易氧化变质，并会产生胶质和沉淀渣滓。
（4）抗乳化性好。即要求液压油中安定性差的物质含量要少，以减少混入液压油中的水分形成有机酸和皂类，降低液压油的润滑性。
（5）抗泡沫性好。工作时如接触气体产生的泡沫不易消散，气体就难于分离而放出。会使液压机械产生爬行、颤动和发出噪声。
（6）凝固点低。船舶航行在低温海区时，通常要求其凝固点要比气温低10~150C 。
（7）闪点高。船舶的防火要求很高，特别是运送石油产品的传播和军舰，故其闪点至少要高于1350C 。
（8）水解稳定好。液压油与水后分解变质的程度成为水解稳定性。水在液压油中，大部分沉积在油箱或贮油部件的底部，但是有一部分
会随油一起循环，加速系统的腐蚀。当油也处于低温状态时，水就会从油中析出，凝结成坚硬的小冰粒，划伤机件的工作表面。
（9）相容性好。液压油在系统中与各种材料产生化学反应的能力称为相容性。因为液压油在系统中不可避免的会与颜料、油漆、电器绝缘物质、密封件、软管以及蓄能磨片等接触，所以要求液压油在与上述物质接触过程中应不产生化学反应或反应很轻。
（四）、海上作业液压油的选用
根据我国“液压油的分类、符号和命名”（GB7631.1-87）的规定，使用船舶液压机械的国产液压油主要有：L-HH ，无添加剂或加有少量抗氧化剂的精制矿油质量比机械油（L-AN ）高，抗氧化性和防锈性比汽轮油差，用于低压或简单机具的液压系统。L-HL （相当于产品YA-N ）加入抗氧、防锈、抗泡沫等添加剂的精制矿物油，使用寿命比机械油长1倍，主要用于低压齿轮泵系统，使用环境温度为00C 以上，最高使用温度为800C 。抗磨液压油L-HM(相当于原产品YB-N) ，在L-HL 油机基础上增加了抗磨添加剂，在中、高压条件下能使摩擦面油膜强度提高，降低摩擦和磨损，适合于各种液压泵的中—高液压系统，适用环境温度为-100C~400C 。低温液压油L-HV （相当于原产品YC-N ），在L-HM 基础上改善其粘温性，适用于环境温度变化大和工作条件恶劣的低、中、高液压系统。每种产品符号后附带的数字为粘度等级，相当于400C 的名义粘度（mm 2/s）。
表2—4为各国常用液压油的对照表。
表2-4 各国常用液压油的对照表
适用粘度范围，然后再选择合适的液压油品种。
选择液压油一般可以从一下几方面来考虑。
（1）液压泵的类型。液压泵事业压系统的主要元件，对粘度要求比较严格。若粘度选择不当，则不仅会造成泵的迅速磨损，使容积效率变低，甚至还可能破坏泵的吸油条件。各类泵推荐用油粘度见表 选用液压油是应根据泵种类、工作温度、系统压力等，首先确定
2－5。
表2-5 常用液压泵使用粘度
高的油，以免泄漏过多，效率降低，而当工作压力较低时，则宜选用粘度较低的油，以减少压力损失。
（3）液压系统的环境温度。由于矿物质的粘度将随温度的变化而变化较大，故为保证液压油在工作温度时据有较适宜的粘度，就必须考虑周围环境的温度，即当温度高时，宜采用粘度较高的液压油，而温度低时，则宜采用粘温特性良好的液压油。
（4）液压系统的运动速度。当液压系统中工作部件的运动速度很高时，液压油的流苏也高，流阻损失随之增大，而泄漏率则相对减少，故宜选用粘度较低的油液；相反，当工作部件的运动速度较低时，由于每分钟所需的油量很少，这时的泄漏率相对增大，对系统的运动速影响较大，所以宜选用粘度较高的油液。
第二节 液压油液的污染及其控制
实践证明，液压油液的污染是系统发生故障主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件寿命。据资料统计，液压系统的故障约
有70％是由于液压油的污染引起的。由于液压油液被污染，液压元件的实际使用寿命往往比设计寿命低的多。因此液压油液的正确使用、管理以及污染控制，是提高系统可靠性及延长元件寿命的重要手段。
一、污染物的种类及危害
液压系统中的污染物，是指包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物。液压油液被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果：
1）固体颗粒加速元件磨损，堵塞缝隙及滤油器，使泵、阀性能下降，产生噪声。
2）水的侵入加速油液的氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤芯堵塞。
3) 空气的混入降低油液的体积模量，引起气蚀，降低油液的润滑性。
4）溶剂、表面活性化合物化学物质使金属腐蚀。
5）微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。对高水基液压液的危害更大。 除此之外，不正当的热能、静电能、磁场能及放射能也常被认为是对油液的污染，它们有的使油温超过规定限度，导致油液变质，有的则招致火灾。
二、液压油污染原因及对液压系统的影响
下面讨论液压油污染的主要形式、产生的原因、危害和控制方法。
1、固体污染
液压元件（如：泵、马达和阀）大都是有铸件或其它毛坯经机械加工而成的，因此在这些元件内就必然会积有铸造沙、金属切削和淬火盐等脏物，这些脏物必须在元件装配以前用超声波清洗或高压冲洗等方法，去除干净。在组装成系统后，再用精滤的油循环冲洗，以确保元件的洁净。
在装配液压系统时各个元件是用管道连接起来的，一般需进行焊接加工，而焊接后会产生焊瘤和焊渣。油箱通常也是焊接构件，由于长时间的存放这些构件也会生锈。因此，在最后装配之前必须仔细检查所有的部件，并进行除锈处理和彻底的冲洗。但尽管如此，在新装配的系统中的污染物仍要比已正常运行1000h 后的系统要多。
另外，新的液压油并不是十分洁净的，在制造、储藏、输送和灌装等环节中，多少会含有或混入一些固态杂质。据国内调查表明，目前很大一部分新油的清洁度相当于NAS10~14级。美国俄克拉荷马立州大学流体动力研究中心通过取样测试，发现不少新油每ml 中大于10μm 的颗粒数超过20 000个，相当于NAS14级。由此可见，50％的新油其污染度超过了液压元件的污染耐受度水平。因此，在将新油注入液压系统时应该用泵经精滤器注入。通常对新油的洁净度要求比液压系统地清洁度高1～2级，船用液压油希望能控制在NAS7级左右。
在液压系统内洁净的油液不能永远保持洁净，这是因为在液压缸柱塞运动或温度变化时会引起油的膨胀和油的漏失，并因此造成油箱
中油面晃动，产生空气交换，于是，尘埃会进入油箱和油液中。为此，在油箱上需装设空气滤清器，其过滤精度至少应与液压系统所用滤油器的精度相同。在使用过程中也要注意活塞杆上防尘圈的性能是否正常；拆装油管接头调换滤油器或换油时也都需注意保持清洁。
在允许使用的条件下，液压元件在清洁的油液中会产生少量的磨损，泵也仅仅在设备启动和停止时才会出现瞬时的金属接触，在正常运行时相互滑移的零件将由油膜使接触面彼此分离，但如果油液中有固体物质便会使元件产生磨损。磨损产物会使磨损进一步加剧，使油液中的污染物越来越多，所以必须对油液进行过滤，只有这样才能使固体杂质含量限制在一定范围内，保证液压系统长期可靠地运行。
当液压油污染严重时，将会使液压系统的工作性能变坏，故障频繁，液压元件磨损加剧，寿命缩短，甚至损坏，这些危害主要是由污垢颗粒所造成的。
对于泵类元件来说，污垢颗粒会使泵的滑动部分（如叶片泵中的叶片槽、转子端面和配流盘；齿轮泵中的齿轮端面和侧板、齿顶和壳体；柱塞泵中的柱塞和缸孔、缸体和配流盘、滑履和斜盘等）磨损加剧，缩短泵的寿命。
对于阀类元件来说，污垢颗粒会加速磨损，引起振动，使阀芯卡紧，把节流孔和阻尼孔堵塞，从而使阀的性能变坏或动作失灵。
对于液压缸来说，污垢颗粒会加速密封件的磨损，使泄漏量加大。 液压油中含有固体杂质大小不同，小颗粒的固体杂质通过间隙的密封部位，不造成损坏；大颗粒则不能通过间隙；而那些能进入间隙，
却又无法通过的颗粒才是最危险的。颗粒在间隙中产生的后果，一方面取决于颗粒的大小、硬度和棱角的锐利性，另一方面也取决于两个滑动表面的结构和硬度。如两个表面的硬度很高，则颗粒会被压碎，这样的表面尚不至于损坏。最为常见的情况就是颗粒通过与硬质金属面的磨擦而变圆，并因此而大大失去侵蚀性，但是金属面上也会产生磨损。这种磨损叫做颗粒磨损。在运动副间隙中，污染颗粒会嵌入软质的表面，导至另一运动面的磨损称为配合体的切削磨损。有人认为，小的硬质颗粒具有如同研磨膏一样的特性，而大颗粒则会使密封面产生沟槽或划痕。
实践证明，5～15μm 的固体颗粒会造成阀件卡紧，10～30μm 颗粒会造成动力元件磨损。其中轴向柱塞泵因平面配油，油膜较薄，10～15μm 的颗粒就会造成磨损；造成径向柱塞泵（马达）或叶片泵（马达）磨损分别是15～25μm 和20～30μm 的固体颗粒。
2、水污染
水在液压油中的溶解度很小，仅200～300ppm （百万分之一）。在液压系统中中水的含量稍多，便会以游离态存在，作为沉淀物出现或使液压油成为乳状液。
水分会使金属元件锈蚀，促使液压油氧化，并于某些添加剂发生作用。游离水在低温下会生成硬度颇高的冰晶；在低压时水又会汽化，产生气穴现象。乳化后的油液粘度下降，会使磨损增加。总之，水混入液压油中的危害比一般人想象的更严重。
水混入液压油的来源可能是油箱内壁结露，或者是补油或检修时
带入。有的系统设有水冷却器，万一泄漏会使水大量进入液压油中。
3、空气污染
在液压系统中含有过量的空气也是一种污染。液压油长期暴露在空气中，空气溶解量可达8％～10％。当空气含量超过2％时油液开始变浑浊。溶解的气体仅以25～50μm的尺度均匀分布，一般不致造成危害，但当压力低于“空气分离压”（随温度升高而变大）时，溶解于油中的气体便会大量析出，形成直径约200～500μm的气泡。这会引起气蚀现象，产生噪音和振动。液压油中含有大量的气泡，还会使执行机构动作滞后，并使油液液压油发热，氧化速度加快，并且粘度降低，润滑性能变差。要减少气体污染，首先要在系统充油时将空气驱尽；同时闭时系统要有足够的补油压力；开始系统油泵吸入真空度不宜太大，防止吸入管漏泄和滤器堵塞；油箱要有足够的的容积并保持足够高的油位，吸油和回油管在油面之下不少于100mm 。
表2－6液压油液的污染物
三、污染物的测定
下面仅讨论油液中固体颗粒污染物的测定问题。油液的污染度是指单位容积油液中固体颗粒污染物的含量。衡量液压油中的固体颗粒污染程度，有总体表示法及分散表示法两种。其总体表示可以用称重法检测，即以单位容积液中含有污染颗粒的质量（mg/L）来表示，或者用污染物油液的质量（ppm ）或体积比（ppm ）来表示。分散表示
则以颗粒计数法为基础（用显微镜观察或自动颗粒计数器检测），因而相应的污染度测定方法有称重法和颗粒计数法两种。
（一）称重法
把100mL 的油液样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的重量，然后以标准定出污染物的等级。这种方法只能表示油液中颗粒污染物的总量，不能反映颗粒尺寸的大小及其分布情况。这种方法设备简单，操作方便，重复精度高，适用于液压油液日常性的质量管理场合。
（二）颗粒计数法
颗粒计数法是测定液压油液样品单位容积中不同尺寸范围内颗粒污染物的颗粒数，借以查明其区间颗粒浓度（指单位容积油液中含有某给定尺寸范围的颗粒数，例如每毫升液体内尺寸大于5μm并小于或等于15μm的颗粒数目）或累计颗粒浓度（指单位容积油液中含有大于某给定尺寸的颗粒数，例如：每毫升液体内尺寸大于5μm的颗粒数目）。目前，用的较为普遍的有显微镜法和自动颗粒计数法。
显微镜法也是将100mL 的油液样品进行真空过滤，并把得到的颗粒进行溶剂处理后，放在显微镜下，找出其尺寸大小及数量，然后依标准确定油液的污染度。这种方法的优点是能够直接看到颗粒的种类、大小及数量，从而可推测污染的原因，缺点时间长，劳动强度大，经度低，且要求有熟练的操做技术。
自动颗粒计数法是利用光源照射油液样品时，油液中颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号来测定油液的污染程度的。由于信号
的强弱和多少分别与颗粒的大小和数量有关，将测得的信号与标准颗粒产生的信号相比较，就可以算出油液样品中颗粒的大小和数量。这种方法能自动计数，测定简便、迅速、精确，可以及时从高压管道中抽样测定，因此得到广泛的应用，但是此法不能直接观察到污染物颗粒本身。
四、污染度的等级
为了描述和评定液压油液被污染的程度，以便对它进行控制，有必要规定出液压油液的污染度等级，下面介绍目前仍被采用的美国NSA1638油液污染度等级和我国制定的污染度等级国家标准。
美国NSA1638的污染度等级NSA 1638是在1964年由美国航天学会提出的液压油固体颗粒污染分级标准，该标准至今仍在使用。它是基于自然污染的颗粒数按尺寸分布通常呈指数曲线的情况，（尺寸越大的颗粒数量越少）将5μm以上的颗粒分为5个尺寸范围计数，以各尺寸范围颗粒数同时按等比级数递增来分级，采用的是总体表示法。如表2－7所示。以颗粒浓度为基础，按100mL 油液中在给定的5个颗粒尺寸间的最大允许颗粒数化分为14个等级，最清洁为00级，污染最高为12级。
表2－7 NSA1638污染度分级标准
我国制定的液压油液颗粒污染度等级标准采用ISO4406。由于过
滤后的油液污染颗粒的尺寸分布并不呈指数曲线，故国际标准组织于1978年提出ISO4406污染度等级标准。这个污染度等级标准用两个代号表示液压油液的污染度。前面的代号表示1mL 油液中大于5μm 颗粒数的等级，后面代号表示1mL 油液中大于15μm 颗粒数的等级，两个代号用一斜线分隔。代号的含义如表2－7所示。
例如，等级代号为20/17的液压油液，表示它在每毫升内大于5μm 颗粒数在5000～10000之间，大于15μm 颗粒数在640～1300之间。这种双代号标志法是很科学的，因为5μm 左右的颗粒数对堵塞元件缝隙的危害最大，而大于15μm 颗粒数对元件的磨损作用最为显著，用它们来反映油液的污染度最为恰当，因而这种标准得到了普遍的采用。
表2－8是典型液压系统的清洁度等级。 五、液压油液的污染控制
液压油液的污染原因很复杂，液压油液自身又在不断产生脏物，因此要彻底解决液压油液的污染问题是困难的。为了延长液压元件
表2－7 污染度等级国家标准
的使用寿命，保证液压系统可靠地工作，将液压油液的污染控制在某
一限度以内是较为切实可行的办法。
表2－8 典型液压系统清洁度等级
①这里的级别指NSA1638。 ②相当于ISO4406。
为了减少液压油液的污染，常采取如下措施：
1）对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中残留的污染物。液压元件在加工每道工序后都应净化，装配后经严格的清洗。 系统在组装前，油箱和管道必须清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后进行全面的清洗，不可用煤油。清洗时除油箱的通气孔（加防尘罩）外须全部密封。清洗时应尽可能加大流量，有可能时并采用热油冲洗。机械油在800C 时的粘度为其250C 时的1/8，因此800C 的热机械油能冲掉许多250C 的机械油冲不掉的的污物。系统在冲洗时需装设高效滤油器，同时使元件动作，并用铜锤敲打焊口和连接部位。
2）防止污染物从外界侵入。液压油液在工作过程中会受环境污染，
因此可在油箱呼吸空上装设高效空气滤清器或才用密封油箱，防止尘土、磨料和冷却物侵入。液压油液在运输和保管过程中会受污染，买来的油液必须静放数天，然后通过滤油器注入系统。另外，对活塞杆端应装防尘密封，经常检查并定期更换。
3）采用合适的过滤器。这是控制液压油液污染度的重要手段，应根据系统的不同情况选用不同过滤精度、不同结构的过滤器，并定期检查和清洗。
4）控制液压油液的温度。液压油液工作温度过高对液压装置不利，液压油液本身也会加速氧化变质，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650C 以下，机床液压系统还应该更低些。
定期检查和更换液压油液。每隔一定时间，对系统中的油液进行抽样检查，分析其污染度是否还在该系统的容许的使用范围内。如已不符合要求，必须立即更换。不应在油液脏到使系统工作出现故障时才更换。在更换新油液前，整个系统必须先清洗一次。
六、船上液压油污染简易检测法
采集的油样必须具有代表性，否则就会造成误判。为此，采样时应首先备妥干燥、洁净的瓶子和耐油塑料管（可用汽油清洗后吹干）；并在回油管路的压力表接头上接上一个可与塑料管相连接的螺纹接头，以备取样。采样前应先使设备空转一段时间，待液压油已被搅匀，油温升至正常温度后即可采样。应该注意，从采样管中最初流出的油液不宜留作油样。供验用的油样通常约需1L ，采用时可取2～3L 。
取样后，应将瓶子盖严，贴上标签，并注明采样的地点、设备名称和编号、采样部位、油的品种和牌号、液压油开始工作的日期和采样的日期等。
对油样是否污染和变质的现场简易判断法：首先是作外观检查，察看眼色与新油有无差异，有无水分和沉淀；有无异常臭味；有新油比较，看摇动后泡沫消失的快慢。
对油样进行污染鉴定还可以用两块透明玻璃夹住油滴试样，透光观察。此外，也可采用滤纸滴油法，即用直径为1.8mm 左右的金属丝将油样沾起并滴在240目的滤纸上，待滤纸吸干油滴后，看其所形成的滴痕。由于油液在滤纸上将从中心向周围渗透、扩散，并将固体粒子积留在中心部位，故中心部位颜色较深，而扩散出去的部分则颜色浅。显然，若油液并未变质，整个滴痕的颜色就叫均匀，否则就会产生颜色有明显有别的环形斑痕，而且是斑痕越明显，变质的程度就越严重。如果滴痕呈现棕色或灰色，则即表明油中已生成胶质、沥青或炭渣。
至于油中是否有水溶性酸、碱的判断，则可用少量水与油样一起搅匀，摇荡，并待其静止分层后，再用pH 试纸验水层的酸碱性。油中是否含水还可用以下方法判断：滴油于赤热的铁块上，如有“哧哧”声，即表示油中含有水。
以上都属简易的大致判断方法，至于精确的指标则只能交化验室后才能确定。
七、液压油的更换
一般当下列指标达到所用的品牌液压油使用极限时，就及时换油：
（1）酸值；（2）粘度；（3）P K (油膜强度) 值和P D (液压有的抗烧结性能) 值。
根据一般使用原则，换油时间间隔推荐如下： 新建系统首次换油 500工作小时 以后的换油 5000工作小时
但是，设计合理管理良好的液压系统，液压油的使用时间可以远远超过上述时间，故系统是否换油还应具体分析。下面列出了几种更换新油标准：
(1) 粘度(ν40) 变化: > ± 15%（L-HV ± 10 %) (2)酸值↑0.3mg KOH/g (3)水分>0.2 % (4)开口闪点↓8°c
(5)固体污染≥18/15(ISO)或NAS107(中、高压系统) ≥21/18(ISO)或NAS108(一般液压系统)
液压原理培训教材
第一章 液压系统简述
一、 液压传动的工作原理
1、液压传动是以液体为工作截止来传递动力的
2、液压传动用液体的压力能来传递动力，它与液体动能的液力传动是不相同的。
3、液压传动中的工作介质是在受控制，受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。
二、液压传动的组成部分
1、动力装置―――把机械能转换成油液液压能的装置，最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。
2、执行装置―――把油液的液压能转换成机械能的装置，它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。
3、控制调节装置―――对系统中油液的压力、流量、或流动方向进行控制或调节的装置，例如溢流阀，节流阀、换向阀、先导阀等，这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。
4、辅助装置―――上述部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。
三、液压传动的控制方式
液压传动的“控制方式”有两种不同的涵义，一种指对传动部分的操控调节方式，另一种是指控制部分本身结构组成形式。
液压传动的操纵调节方式可以概略的分为手动式，半自动式、和
全自动式。而液压系统中控制部分的结构组成形式有开环和闭环式的两种。如平台的液压猫头就是开式的手动控制系统。而顶驱机械手的液压控制系统为闭环控制。
四、液压传动的优缺点
优点：
1、 在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力。在
同等功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电机的12％左右。
2、 液压装置工作比较平稳。
3、 液压装置能在大范围内实现无极调速，它还可以在运动状态下
进行调速。
4、 液压装置易于实现自动化。当液压控制和电气控制。电子控制
或气动控制结合起来使用的时候，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作。接收远程控制。
5、 液压装置易于实现过载保护。
6、 由于液压元件已实现标准化，系列化和通用化。液压装置的设
计、制作和使用都比较方便。
7、 用液压装置实现直线运动比机械传动简单。
缺点：
1、 液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩
性和泄漏等原因造成的。
2、 液压传动在工作过程中有较大的能量损失）摩擦损失、泄漏
损失），长距离损失更是如此。
3、 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温
度的影响，因此它不适宜在很高或很低的温度条件下工作。
4、 为了减少泄漏，液压元件的加工精度要求较高，因此的它的
造价较高，而且对油的污染比较敏感。
5、 液压传动要求有单独的能源。
6、 液压传动出现故障时不易找出原因。
第二章 液压油液
在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质，同时它还起着润滑、冷却和防锈的作用，也凹系统能否可靠、有效的工作，在很大程度上取决于系统所用的液压油。因此，在掌握液压系统之前，必须先对液压油液有一清晰的了解。
第一节 液压油液的特性和选择
一、 液压油液的特性
液压系统中使用的液压油液的种类如表2－1所示。
石油型的液压油以机械油为基料，精炼后按需要加入适当的添加剂而成。这种油液的润滑性好，但抗燃性差。
目前，我国在液压系统中仍大量采用机械油和汽轮机油。机械油是一种工业用润滑油，价格虽较低，但物理化学性能较差，使用时以生粘稠胶质，堵塞元件，影响系统的性能。压力越高，问题越严重。因此，只在压力较低和要求不高的场合中使用。
汽轮机油和机械油2－1液压油液的种类相比，氧化要定性好，使用寿
命长，与水混合后能迅速分
离，纯净度高。普通液压油中加有抗氧化、防锈和抗饱和的添加剂，在液压系统中使用最
广。
乳化液有两大类：一类是少量油（约5%~10%）分散在大量的水中，称为水包油乳化液，也称高水基液（O/W）; 另一类是水分散在大量的油中（约占60%），称为油包水乳化液（W/O）。后者的润滑性比前者好。
水—乙二醇液使用于要求防火的液压系统。如液体长期在高于65℃的温度下工作，水分的蒸发使它的粘度上升，因此必须经常检验。低温粘度小，它的润滑性比石油性液压油差，对大多数金属基液压系统中使用的大多数橡胶密封圈材料均能相容，但会使许多油漆脱落。
磷酸酯液自燃点高，氧化按定性好，润滑性好，使用温度宽，对大多数金属不腐蚀，但能溶解许多非金属材料，因此必须选择合适的橡胶密封材料。这种液体有毒。
为了改善液压油的性能，往往在油液中加入各种各样的添加剂。添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘剂、抗饱剂、抗磨剂等。
二、 液压油液的物理性质
液压油液的一些基本性质可在有关资料中查道，例如，石油性液压油液在15℃时的密度为900kg/m3左右，在实用中可认为不受温度和压力的影响；体积膨胀系数和比热容分别为（6.3~7.8）ⅹ10-4K -1和（1.7~2.1）ⅹ103J/(kg.K)等等。在液压技术中，液压油液最重要的性质是它的可压缩性和粘性。
（一）可压缩性
压力为P 0、体积为V 0的液体，如压力增大ΔV ，则此液体的可压缩性可用体积压缩系数k ，即单位压力变化下的体积相对体积变化量来表示。
k=(—1/ΔP )*（ΔV/ V0）
由于压力增大时液体的体积减小，因此上式右边必须加一符号。
液体体积系数的倒数，称为体积弹性模
量K ，简称体积模量。即K=1/k。表2-2示各
种液压油液的体积模量。由表中石油型液压
油体积的数值可知，它的可压缩性是钢的表2-2各种液压油液的体积模量 （20℃，大气压）
100~500倍。液压油液的体积模量和温度、压力有关：温度增大时，K 值减小，在液压油液正常的工作范围内，K 值会有5%~25%的变化；压力增大时，K 值增大，但这种变化不成线性关系，当P ≥3MPa 时，K 值基本上不再增大。液压油液中如混有气泡时，K 值将大大减小。
封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。这种弹簧的刚度k h ，在液体
承压面积A 不变时（图2-1），可以通过压力变化ΔP =ΔF/A、体积变化ΔV=A/Δl （Δl 为液柱长度变化），和式（2-1）求出，即
k h =-ΔF/Δl=A2K/V
液压油液的可压缩性对在动态下工作的液压系统来说影响极大；但当液压系统在静态（稳态）下工作时，一般不予考虑。
（二）粘性 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止的液体是不呈现粘性的。
粘性使流动液体内部各处的速度不相等，以图2－2为例，若两平行平板间充满液体，下平板不动，而上平板以速度u 0向右平动。由
于液体的粘性，紧靠下平板和上平板的液体层速度分别为零和u 0，而
中间各液层的速度则视它距下平板的距离按曲线规律或线性规律变化。
实验测定指出，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F f 与液层接
触面积A 、液层间速度梯度d u /dy 成正比，即
F f ＝ηAd u /dy （2－3）
式中，η为比例常熟，称为粘性系数或粘度。如τ表示切应力，即单位面积上的内摩擦力，则
τ＝F f /A=ηd u /dy (2-4)
这就是牛顿的液体内摩擦定律。
由上可知，液体的粘度是指它在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。粘度是衡量液体粘性的指标。这里的粘度η又称绝对粘度，或动力粘度，它的法定计算单位为Pa.s ，以前沿用的单位为P （泊，dyne.s/cm2）,1Pa.s ＝10P ＝103Cp(厘泊) 。
液体动力粘度与其密度的比值，称为液体的运动粘度υ，即
υ＝η/ρ。运动粘度的法定计算单位外为m 2/s，以前沿用的单位为St （拖），1m 2/s＝104St ＝106cSt （厘拖）。就物理意义来说，υ不是一个粘度的量，但习惯上常用它来标志液体粘度，例如机械油的牌号就是用机械油在40℃时运动粘度υ（mm 2/s计）的平均值来标志的。
液体粘度在工程上的测定方法是测出液体的“相对粘度”，然后再根据关系使换算出动力粘度或运动粘度。相对粘度又称条件粘度，它是按一定测量条件制定的。我国、德国等国采用恩氏粘度0E ，美国用赛氏粘度SSU ，英国用雷氏粘度R ，等等。
恩氏粘度用恩氏粘度计测定：将200mL 温度为t 0C 的被测液体装入粘度计的容器内，使子之由其下部直径为2.8mm 的小孔流出，测出液体流尽所需要的时间t 1(s)；再测出200mL 温度为200C 的蒸馏水在
同一粘度计中流尽所需的时间t 2(s)。这两个时间的比值即为被测液
体粘度的标准温度，由此而得来的恩氏粘度分别用0E 20、0E 50和0E 100标记。
恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式为
υ＝（7.310E －6.31/0E ）ⅹ10-6
υ的单位为m 2/s。液体的粘度也可用旋转粘度计测定。
液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压油液来说，压力增大时，粘度增大。但在一般液压系统使用的压力范围内，增大数值很小，可以忽略不计。液压油液粘度对温度的变化十分敏感，如图2－3所示，温度升高，粘度下降。这个变化率的大小直接影响液压油液的使用，其重要性不亚于粘度本身。
（三）其它性质
液压油液还有其它一些性质，如稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等）、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（对所接触的金属、密封材料、涂料等不起作用便是相容性好，否则便是不好）等，都对它的选择和使用有重要影响。
三、对液压油液要求
不同的工作机械、不同的使用情况对液压油液的要求有很大的不同，为了很好的传递运动和动力，液压系统使用的液压油液应具备如下性能：
1）合适的粘度，υ=(1..5~41.3) ⅹ10-6m 2/s或2～5.80E 50，较好的
粘温特性。
2) 润滑性能好。
3）质地纯净，杂质少。
4）对金属和密封件有良好的相容性。
5）对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性。温度低于570C 时，油液的氧化进程缓慢，之后，温度每增加100C ，氧化程度增加一倍，所以控制液压油液的温度特别重要。
6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。
7）体积膨胀系数小，比热容大。
8）流动点和凝固点低，闪点（明火能使油面上油蒸汽闪燃，但油本身不燃烧时的温度）和燃点高。
9）对人体无害，成本低。
反之，对轧钢机、压铸机、挤压机、飞机等处则须突出耐高温、热稳定不腐蚀、无毒、不挥发、防火等项的要求。
四、液压油液的选择方式
（一）液压油液的选择因素
正确而合理地选择液压油液，对液压系统适应各种工作环境的能力、延长系统和元件寿命、提高系统的工作可靠性等都有重要的影响。
选择液压油液时要考虑的因素如表2－3所示。
在众多的考虑因素中，最重要的因素是液压油液的粘度。粘度太大，液流的压力损失和发热大，使系统的效率下降；粘度太小，泄漏增大也影响系统效率。因此应选择使系统能正常、高效和可靠的油液粘度。
在液压系统中，液压泵的工作条件最为严峻，不但压力大、转速高和温度高，而且油液在被泵吸入和由泵压出时要受剪切作用，所以一般根据泵的要求来确定液压油液的粘度，如表2－4所示。
上面说过，油温对粘度影响极大，因此，为了发挥液压系统的最佳运转效率，应依具体情况控制油温，使泵和系统在油液的最佳粘度范围内工作。图2－4示各种液压油液的最佳应用温度范围。事实上，
过高的油温不仅大大改变了油液的粘度，而且会使常温下平和、稳定的油液变得带腐蚀性，分解出不利于使用的成分，或因过量汽化而使液压油泵吸空，无法正常工作。
液压油液的选择，一般要经历下述四个基本步骤：
1）定出所用油液的某些特性（粘度、密度、蒸汽压、空气溶解率、体积模量、抗燃性、温度界限、压力限、润滑性、相容性、毒性等）的容许范围。
表2－3选择液压油液时考虑的因素
2）查看说明书，找出符合或基本符合上述各项特性要求的油液。
3）进行综合、权衡，调
整各方面的要求和参数。
4）征询油液制造厂的最
终意见。 表2－4 液压泵用油液的粘度
（二）液压油液的使用
根据一定的要求来选择或配制液压油液之后，不能认为液压系统工作介质的问题已全部解决了。事实上，使用不当还是会使油液的性质发生变化的。例如，通常以为油液在某一温度和压力下的粘度是一定值，与流动情况无关，实际上油液被过度剪切后，粘度会显著减小，因此在使用液压油液时，应注意一下几点：
1) 对长期使用的液压油液，氧化、热稳定性是决定温度界限的因素，因此，应使油液长期处在低于它开始氧化的温度下工作。
2）在贮存、搬运及加注过程中，应防止油液被污染。
3）对油液定期抽样检验，并建立定期换油制度。
4) 油箱的贮油量应充分，以利于系统的散热。
5）保持系统的密封，一旦有泄漏，应立即排除。
一般说来，只要对使用石油型液压系统进行彻底清洗以及更换某些密封件和油箱涂料后，便可更换高水基液压液。但是，由于高水基液压液的粘度低、泄漏大、润滑性差、蒸发和气蚀等一系列缺点，因此在实际使用高水基液的液压系统时，还必须注意下述几点：
1）由于粘度低、泄漏大，系统的最高压力不要超过7MPa 。
2）要防止气蚀现象，可用高置油箱使泵进油口处压力增大，泵的转速不要超过1200r/min。
3）系统浸渍不到油液的部位，金属的气相锈蚀较为严重，因此应使系统尽量的充满油液。
4）由于油液的pH 值高，容易发生有金属电位差引起的腐蚀，因
此应避免使用镁合金、锌、镉之类金属。
5）定期检查油液pH 值、浓度、霉菌生长情况，并对其进行控制。
6）滤网的通疏能力须4倍于泵的流量，而不是常规的1.5倍。
（三）海上作业对液压油的要求
（1）粘度适当。当船舶航区经常变化且跨越纬度较大时，应选用粘温特性良好的液压油。一般选用运动年度20~30mm2/s（500C 时）、粘度指数在90以上的液压油。
（2）防锈性好。因船舶液压管线不经常拆装，液压元件长期封闭于油路之中。这样，若使用防锈性差的液压油，易使元件锈蚀，影响系统的工作寿命。
（3）抗氧化性好。长时间工作时，液压油就会因温度升高而容易氧化变质，并会产生胶质和沉淀渣滓。
（4）抗乳化性好。即要求液压油中安定性差的物质含量要少，以减少混入液压油中的水分形成有机酸和皂类，降低液压油的润滑性。
（5）抗泡沫性好。工作时如接触气体产生的泡沫不易消散，气体就难于分离而放出。会使液压机械产生爬行、颤动和发出噪声。
（6）凝固点低。船舶航行在低温海区时，通常要求其凝固点要比气温低10~150C 。
（7）闪点高。船舶的防火要求很高，特别是运送石油产品的传播和军舰，故其闪点至少要高于1350C 。
（8）水解稳定好。液压油与水后分解变质的程度成为水解稳定性。水在液压油中，大部分沉积在油箱或贮油部件的底部，但是有一部分
会随油一起循环，加速系统的腐蚀。当油也处于低温状态时，水就会从油中析出，凝结成坚硬的小冰粒，划伤机件的工作表面。
（9）相容性好。液压油在系统中与各种材料产生化学反应的能力称为相容性。因为液压油在系统中不可避免的会与颜料、油漆、电器绝缘物质、密封件、软管以及蓄能磨片等接触，所以要求液压油在与上述物质接触过程中应不产生化学反应或反应很轻。
（四）、海上作业液压油的选用
根据我国“液压油的分类、符号和命名”（GB7631.1-87）的规定，使用船舶液压机械的国产液压油主要有：L-HH ，无添加剂或加有少量抗氧化剂的精制矿油质量比机械油（L-AN ）高，抗氧化性和防锈性比汽轮油差，用于低压或简单机具的液压系统。L-HL （相当于产品YA-N ）加入抗氧、防锈、抗泡沫等添加剂的精制矿物油，使用寿命比机械油长1倍，主要用于低压齿轮泵系统，使用环境温度为00C 以上，最高使用温度为800C 。抗磨液压油L-HM(相当于原产品YB-N) ，在L-HL 油机基础上增加了抗磨添加剂，在中、高压条件下能使摩擦面油膜强度提高，降低摩擦和磨损，适合于各种液压泵的中—高液压系统，适用环境温度为-100C~400C 。低温液压油L-HV （相当于原产品YC-N ），在L-HM 基础上改善其粘温性，适用于环境温度变化大和工作条件恶劣的低、中、高液压系统。每种产品符号后附带的数字为粘度等级，相当于400C 的名义粘度（mm 2/s）。
表2—4为各国常用液压油的对照表。
表2-4 各国常用液压油的对照表
适用粘度范围，然后再选择合适的液压油品种。
选择液压油一般可以从一下几方面来考虑。
（1）液压泵的类型。液压泵事业压系统的主要元件，对粘度要求比较严格。若粘度选择不当，则不仅会造成泵的迅速磨损，使容积效率变低，甚至还可能破坏泵的吸油条件。各类泵推荐用油粘度见表 选用液压油是应根据泵种类、工作温度、系统压力等，首先确定
2－5。
表2-5 常用液压泵使用粘度
高的油，以免泄漏过多，效率降低，而当工作压力较低时，则宜选用粘度较低的油，以减少压力损失。
（3）液压系统的环境温度。由于矿物质的粘度将随温度的变化而变化较大，故为保证液压油在工作温度时据有较适宜的粘度，就必须考虑周围环境的温度，即当温度高时，宜采用粘度较高的液压油，而温度低时，则宜采用粘温特性良好的液压油。
（4）液压系统的运动速度。当液压系统中工作部件的运动速度很高时，液压油的流苏也高，流阻损失随之增大，而泄漏率则相对减少，故宜选用粘度较低的油液；相反，当工作部件的运动速度较低时，由于每分钟所需的油量很少，这时的泄漏率相对增大，对系统的运动速影响较大，所以宜选用粘度较高的油液。
第二节 液压油液的污染及其控制
实践证明，液压油液的污染是系统发生故障主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件寿命。据资料统计，液压系统的故障约
有70％是由于液压油的污染引起的。由于液压油液被污染，液压元件的实际使用寿命往往比设计寿命低的多。因此液压油液的正确使用、管理以及污染控制，是提高系统可靠性及延长元件寿命的重要手段。
一、污染物的种类及危害
液压系统中的污染物，是指包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物。液压油液被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果：
1）固体颗粒加速元件磨损，堵塞缝隙及滤油器，使泵、阀性能下降，产生噪声。
2）水的侵入加速油液的氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤芯堵塞。
3) 空气的混入降低油液的体积模量，引起气蚀，降低油液的润滑性。
4）溶剂、表面活性化合物化学物质使金属腐蚀。
5）微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。对高水基液压液的危害更大。 除此之外，不正当的热能、静电能、磁场能及放射能也常被认为是对油液的污染，它们有的使油温超过规定限度，导致油液变质，有的则招致火灾。
二、液压油污染原因及对液压系统的影响
下面讨论液压油污染的主要形式、产生的原因、危害和控制方法。
1、固体污染
液压元件（如：泵、马达和阀）大都是有铸件或其它毛坯经机械加工而成的，因此在这些元件内就必然会积有铸造沙、金属切削和淬火盐等脏物，这些脏物必须在元件装配以前用超声波清洗或高压冲洗等方法，去除干净。在组装成系统后，再用精滤的油循环冲洗，以确保元件的洁净。
在装配液压系统时各个元件是用管道连接起来的，一般需进行焊接加工，而焊接后会产生焊瘤和焊渣。油箱通常也是焊接构件，由于长时间的存放这些构件也会生锈。因此，在最后装配之前必须仔细检查所有的部件，并进行除锈处理和彻底的冲洗。但尽管如此，在新装配的系统中的污染物仍要比已正常运行1000h 后的系统要多。
另外，新的液压油并不是十分洁净的，在制造、储藏、输送和灌装等环节中，多少会含有或混入一些固态杂质。据国内调查表明，目前很大一部分新油的清洁度相当于NAS10~14级。美国俄克拉荷马立州大学流体动力研究中心通过取样测试，发现不少新油每ml 中大于10μm 的颗粒数超过20 000个，相当于NAS14级。由此可见，50％的新油其污染度超过了液压元件的污染耐受度水平。因此，在将新油注入液压系统时应该用泵经精滤器注入。通常对新油的洁净度要求比液压系统地清洁度高1～2级，船用液压油希望能控制在NAS7级左右。
在液压系统内洁净的油液不能永远保持洁净，这是因为在液压缸柱塞运动或温度变化时会引起油的膨胀和油的漏失，并因此造成油箱
中油面晃动，产生空气交换，于是，尘埃会进入油箱和油液中。为此，在油箱上需装设空气滤清器，其过滤精度至少应与液压系统所用滤油器的精度相同。在使用过程中也要注意活塞杆上防尘圈的性能是否正常；拆装油管接头调换滤油器或换油时也都需注意保持清洁。
在允许使用的条件下，液压元件在清洁的油液中会产生少量的磨损，泵也仅仅在设备启动和停止时才会出现瞬时的金属接触，在正常运行时相互滑移的零件将由油膜使接触面彼此分离，但如果油液中有固体物质便会使元件产生磨损。磨损产物会使磨损进一步加剧，使油液中的污染物越来越多，所以必须对油液进行过滤，只有这样才能使固体杂质含量限制在一定范围内，保证液压系统长期可靠地运行。
当液压油污染严重时，将会使液压系统的工作性能变坏，故障频繁，液压元件磨损加剧，寿命缩短，甚至损坏，这些危害主要是由污垢颗粒所造成的。
对于泵类元件来说，污垢颗粒会使泵的滑动部分（如叶片泵中的叶片槽、转子端面和配流盘；齿轮泵中的齿轮端面和侧板、齿顶和壳体；柱塞泵中的柱塞和缸孔、缸体和配流盘、滑履和斜盘等）磨损加剧，缩短泵的寿命。
对于阀类元件来说，污垢颗粒会加速磨损，引起振动，使阀芯卡紧，把节流孔和阻尼孔堵塞，从而使阀的性能变坏或动作失灵。
对于液压缸来说，污垢颗粒会加速密封件的磨损，使泄漏量加大。 液压油中含有固体杂质大小不同，小颗粒的固体杂质通过间隙的密封部位，不造成损坏；大颗粒则不能通过间隙；而那些能进入间隙，
却又无法通过的颗粒才是最危险的。颗粒在间隙中产生的后果，一方面取决于颗粒的大小、硬度和棱角的锐利性，另一方面也取决于两个滑动表面的结构和硬度。如两个表面的硬度很高，则颗粒会被压碎，这样的表面尚不至于损坏。最为常见的情况就是颗粒通过与硬质金属面的磨擦而变圆，并因此而大大失去侵蚀性，但是金属面上也会产生磨损。这种磨损叫做颗粒磨损。在运动副间隙中，污染颗粒会嵌入软质的表面，导至另一运动面的磨损称为配合体的切削磨损。有人认为，小的硬质颗粒具有如同研磨膏一样的特性，而大颗粒则会使密封面产生沟槽或划痕。
实践证明，5～15μm 的固体颗粒会造成阀件卡紧，10～30μm 颗粒会造成动力元件磨损。其中轴向柱塞泵因平面配油，油膜较薄，10～15μm 的颗粒就会造成磨损；造成径向柱塞泵（马达）或叶片泵（马达）磨损分别是15～25μm 和20～30μm 的固体颗粒。
2、水污染
水在液压油中的溶解度很小，仅200～300ppm （百万分之一）。在液压系统中中水的含量稍多，便会以游离态存在，作为沉淀物出现或使液压油成为乳状液。
水分会使金属元件锈蚀，促使液压油氧化，并于某些添加剂发生作用。游离水在低温下会生成硬度颇高的冰晶；在低压时水又会汽化，产生气穴现象。乳化后的油液粘度下降，会使磨损增加。总之，水混入液压油中的危害比一般人想象的更严重。
水混入液压油的来源可能是油箱内壁结露，或者是补油或检修时
带入。有的系统设有水冷却器，万一泄漏会使水大量进入液压油中。
3、空气污染
在液压系统中含有过量的空气也是一种污染。液压油长期暴露在空气中，空气溶解量可达8％～10％。当空气含量超过2％时油液开始变浑浊。溶解的气体仅以25～50μm的尺度均匀分布，一般不致造成危害，但当压力低于“空气分离压”（随温度升高而变大）时，溶解于油中的气体便会大量析出，形成直径约200～500μm的气泡。这会引起气蚀现象，产生噪音和振动。液压油中含有大量的气泡，还会使执行机构动作滞后，并使油液液压油发热，氧化速度加快，并且粘度降低，润滑性能变差。要减少气体污染，首先要在系统充油时将空气驱尽；同时闭时系统要有足够的补油压力；开始系统油泵吸入真空度不宜太大，防止吸入管漏泄和滤器堵塞；油箱要有足够的的容积并保持足够高的油位，吸油和回油管在油面之下不少于100mm 。
表2－6液压油液的污染物
三、污染物的测定
下面仅讨论油液中固体颗粒污染物的测定问题。油液的污染度是指单位容积油液中固体颗粒污染物的含量。衡量液压油中的固体颗粒污染程度，有总体表示法及分散表示法两种。其总体表示可以用称重法检测，即以单位容积液中含有污染颗粒的质量（mg/L）来表示，或者用污染物油液的质量（ppm ）或体积比（ppm ）来表示。分散表示
则以颗粒计数法为基础（用显微镜观察或自动颗粒计数器检测），因而相应的污染度测定方法有称重法和颗粒计数法两种。
（一）称重法
把100mL 的油液样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的重量，然后以标准定出污染物的等级。这种方法只能表示油液中颗粒污染物的总量，不能反映颗粒尺寸的大小及其分布情况。这种方法设备简单，操作方便，重复精度高，适用于液压油液日常性的质量管理场合。
（二）颗粒计数法
颗粒计数法是测定液压油液样品单位容积中不同尺寸范围内颗粒污染物的颗粒数，借以查明其区间颗粒浓度（指单位容积油液中含有某给定尺寸范围的颗粒数，例如每毫升液体内尺寸大于5μm并小于或等于15μm的颗粒数目）或累计颗粒浓度（指单位容积油液中含有大于某给定尺寸的颗粒数，例如：每毫升液体内尺寸大于5μm的颗粒数目）。目前，用的较为普遍的有显微镜法和自动颗粒计数法。
显微镜法也是将100mL 的油液样品进行真空过滤，并把得到的颗粒进行溶剂处理后，放在显微镜下，找出其尺寸大小及数量，然后依标准确定油液的污染度。这种方法的优点是能够直接看到颗粒的种类、大小及数量，从而可推测污染的原因，缺点时间长，劳动强度大，经度低，且要求有熟练的操做技术。
自动颗粒计数法是利用光源照射油液样品时，油液中颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号来测定油液的污染程度的。由于信号
的强弱和多少分别与颗粒的大小和数量有关，将测得的信号与标准颗粒产生的信号相比较，就可以算出油液样品中颗粒的大小和数量。这种方法能自动计数，测定简便、迅速、精确，可以及时从高压管道中抽样测定，因此得到广泛的应用，但是此法不能直接观察到污染物颗粒本身。
四、污染度的等级
为了描述和评定液压油液被污染的程度，以便对它进行控制，有必要规定出液压油液的污染度等级，下面介绍目前仍被采用的美国NSA1638油液污染度等级和我国制定的污染度等级国家标准。
美国NSA1638的污染度等级NSA 1638是在1964年由美国航天学会提出的液压油固体颗粒污染分级标准，该标准至今仍在使用。它是基于自然污染的颗粒数按尺寸分布通常呈指数曲线的情况，（尺寸越大的颗粒数量越少）将5μm以上的颗粒分为5个尺寸范围计数，以各尺寸范围颗粒数同时按等比级数递增来分级，采用的是总体表示法。如表2－7所示。以颗粒浓度为基础，按100mL 油液中在给定的5个颗粒尺寸间的最大允许颗粒数化分为14个等级，最清洁为00级，污染最高为12级。
表2－7 NSA1638污染度分级标准
我国制定的液压油液颗粒污染度等级标准采用ISO4406。由于过
滤后的油液污染颗粒的尺寸分布并不呈指数曲线，故国际标准组织于1978年提出ISO4406污染度等级标准。这个污染度等级标准用两个代号表示液压油液的污染度。前面的代号表示1mL 油液中大于5μm 颗粒数的等级，后面代号表示1mL 油液中大于15μm 颗粒数的等级，两个代号用一斜线分隔。代号的含义如表2－7所示。
例如，等级代号为20/17的液压油液，表示它在每毫升内大于5μm 颗粒数在5000～10000之间，大于15μm 颗粒数在640～1300之间。这种双代号标志法是很科学的，因为5μm 左右的颗粒数对堵塞元件缝隙的危害最大，而大于15μm 颗粒数对元件的磨损作用最为显著，用它们来反映油液的污染度最为恰当，因而这种标准得到了普遍的采用。
表2－8是典型液压系统的清洁度等级。 五、液压油液的污染控制
液压油液的污染原因很复杂，液压油液自身又在不断产生脏物，因此要彻底解决液压油液的污染问题是困难的。为了延长液压元件
表2－7 污染度等级国家标准
的使用寿命，保证液压系统可靠地工作，将液压油液的污染控制在某
一限度以内是较为切实可行的办法。
表2－8 典型液压系统清洁度等级
①这里的级别指NSA1638。 ②相当于ISO4406。
为了减少液压油液的污染，常采取如下措施：
1）对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中残留的污染物。液压元件在加工每道工序后都应净化，装配后经严格的清洗。 系统在组装前，油箱和管道必须清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后进行全面的清洗，不可用煤油。清洗时除油箱的通气孔（加防尘罩）外须全部密封。清洗时应尽可能加大流量，有可能时并采用热油冲洗。机械油在800C 时的粘度为其250C 时的1/8，因此800C 的热机械油能冲掉许多250C 的机械油冲不掉的的污物。系统在冲洗时需装设高效滤油器，同时使元件动作，并用铜锤敲打焊口和连接部位。
2）防止污染物从外界侵入。液压油液在工作过程中会受环境污染，
因此可在油箱呼吸空上装设高效空气滤清器或才用密封油箱，防止尘土、磨料和冷却物侵入。液压油液在运输和保管过程中会受污染，买来的油液必须静放数天，然后通过滤油器注入系统。另外，对活塞杆端应装防尘密封，经常检查并定期更换。
3）采用合适的过滤器。这是控制液压油液污染度的重要手段，应根据系统的不同情况选用不同过滤精度、不同结构的过滤器，并定期检查和清洗。
4）控制液压油液的温度。液压油液工作温度过高对液压装置不利，液压油液本身也会加速氧化变质，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650C 以下，机床液压系统还应该更低些。
定期检查和更换液压油液。每隔一定时间，对系统中的油液进行抽样检查，分析其污染度是否还在该系统的容许的使用范围内。如已不符合要求，必须立即更换。不应在油液脏到使系统工作出现故障时才更换。在更换新油液前，整个系统必须先清洗一次。
六、船上液压油污染简易检测法
采集的油样必须具有代表性，否则就会造成误判。为此，采样时应首先备妥干燥、洁净的瓶子和耐油塑料管（可用汽油清洗后吹干）；并在回油管路的压力表接头上接上一个可与塑料管相连接的螺纹接头，以备取样。采样前应先使设备空转一段时间，待液压油已被搅匀，油温升至正常温度后即可采样。应该注意，从采样管中最初流出的油液不宜留作油样。供验用的油样通常约需1L ，采用时可取2～3L 。
取样后，应将瓶子盖严，贴上标签，并注明采样的地点、设备名称和编号、采样部位、油的品种和牌号、液压油开始工作的日期和采样的日期等。
对油样是否污染和变质的现场简易判断法：首先是作外观检查，察看眼色与新油有无差异，有无水分和沉淀；有无异常臭味；有新油比较，看摇动后泡沫消失的快慢。
对油样进行污染鉴定还可以用两块透明玻璃夹住油滴试样，透光观察。此外，也可采用滤纸滴油法，即用直径为1.8mm 左右的金属丝将油样沾起并滴在240目的滤纸上，待滤纸吸干油滴后，看其所形成的滴痕。由于油液在滤纸上将从中心向周围渗透、扩散，并将固体粒子积留在中心部位，故中心部位颜色较深，而扩散出去的部分则颜色浅。显然，若油液并未变质，整个滴痕的颜色就叫均匀，否则就会产生颜色有明显有别的环形斑痕，而且是斑痕越明显，变质的程度就越严重。如果滴痕呈现棕色或灰色，则即表明油中已生成胶质、沥青或炭渣。
至于油中是否有水溶性酸、碱的判断，则可用少量水与油样一起搅匀，摇荡，并待其静止分层后，再用pH 试纸验水层的酸碱性。油中是否含水还可用以下方法判断：滴油于赤热的铁块上，如有“哧哧”声，即表示油中含有水。
以上都属简易的大致判断方法，至于精确的指标则只能交化验室后才能确定。
七、液压油的更换
一般当下列指标达到所用的品牌液压油使用极限时，就及时换油：
（1）酸值；（2）粘度；（3）P K (油膜强度) 值和P D (液压有的抗烧结性能) 值。
根据一般使用原则，换油时间间隔推荐如下： 新建系统首次换油 500工作小时 以后的换油 5000工作小时
但是，设计合理管理良好的液压系统，液压油的使用时间可以远远超过上述时间，故系统是否换油还应具体分析。下面列出了几种更换新油标准：
(1) 粘度(ν40) 变化: > ± 15%（L-HV ± 10 %) (2)酸值↑0.3mg KOH/g (3)水分>0.2 % (4)开口闪点↓8°c
(5)固体污染≥18/15(ISO)或NAS107(中、高压系统) ≥21/18(ISO)或NAS108(一般液压系统)