液压传动的工作介质
时间：2021-06-15 阅读：8550
液压传动以液体为工作介质传递能量。同时，液体还有润滑、防腐、防锈及冷却作用。
工作液性质的不同及品质的优劣会大大影响液压系统的工作性能及工作的可靠性。
液压液的主要物理性质
1．密度及重度
单位体积物质的质量及重力分别称为该物质的密度 ρ （ kg/m3 ）及重度γ （ N/m3 ），
即
ρ = m V γ =W V = ρg （2.1）
式中 m 、W ——液体的质量及重力； V——液体的体积；
g ——重力加速度。
液压液的密度因液体的种类而异。表 2-1 列出了几种常用液压液的密度值。液压液的 密度随温度的升高而略有减小，随着工作压力的升高而略有增加。通常对这种变化忽略不
计，认为矿物油的密度 ρ = 900 kg/m3 。
2.粘性
流体在外力作用下流动（或有流动的趋势）时，分子间的内聚力阻止分子间相对运动
而产生一种内摩擦力，流体的这种特性称为粘性。
如图 2-1 所示，设两平行平板间充满液体，下平板不动，
上平板以速度
υ 向右平移。由于液体的粘性作用，紧贴下平
0
板的液体层速度为零，紧贴上平板的液体层速度为
υ 。而中
0
间各层液体的速度则根据它与下平板间的距离大小近似呈线性规律分布。
| 图 2-1 液体粘性 |
| 实验测定结果表明，液体流动时，相邻液层之间的内摩 擦力 F 与液层间的接触面积 A 、液层间的相对运动速度 dυ 成正比，而与液层间的距离 dy 成反比，即 |
dυ
F = μA （2.2）
dy
若用单位接触面积上的内摩擦力τ （切应力）来表示，则上式可改写成
dυ
τ = μ （2.3）
dy
式中 μ ——比例系数，也称为液体的粘度系数或粘度；
dυ
——相对运动速度对液层间距离的变化率，也称为速度梯度或剪切率。
dy
式（2.3）表达的就是牛顿内摩擦定律。
在液体静止时，由于 dυ = 0，内摩擦力 F 为零，因此，液体在静止状态时不呈现粘性。 液体的粘性的大小用粘度来表示。常用粘度有三种：动力粘度，运动粘度和相对粘度。（1）动力粘度。动力粘度也称为绝对粘度，它是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系
数，用 μ 表示。其量值等于液体在以单位速度梯度（ d dy
υ
＝1）流动时，液层接触面单位面
积上的内摩擦力，即
F dυ dυ
μ = −1 =τ −1 （2.4）
( ) ( )
A dy dy
动力粘度的法定计量单位为 Pa ⋅s （帕•秒， N ⋅s/ m2 ），它与以前沿用的非法定计量单位 P （泊， dyne⋅s/ cm2 ）之间的关系是1Pa ⋅s =10P 。
（2）运动粘度。液体动力粘度 μ 与其密度 ρ 的比值称为该液体的运动粘度，用v 表示。即 v = μ / ρ （2.5）
运动粘度的法定计量单位为 m2 /s （米 2/秒），由于该单位偏大，实际上常用 cm2 /s 、
mm /s 及以前沿用的非法定计量单位 cSt （厘斯）。它们之间的关系为：
1m /s =10 cm /s =10 mm /s =10 cSt
2 4 2 6 2 6
运动粘度 v 无实际的物理意义，因为在其单位中只有长度和时间的量纲，类似于运动 学的物理量，故称为运动粘度。它是工程实际中常用的一个物理量。国际标准化组织 ISO规定，各类液压油的牌号是按其在一定温度下的运动粘度的平均值来标定的。例如，牌号
为 L − HL 32 的液压油就是指在温度为 40℃时，运动粘度的平均值为 32 mm2 /s 的液压油。
（3）相对粘度。相对粘度又称为条件粘度。它是采用特定的粘度计在规定的条件下测
出来的液体粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。例如，我国、德国、俄罗
斯采用恩氏粘度（°E ），美国采用国际赛氏粘度（SSU），英国采用商用雷氏粘度（"R ）等。
恩氏粘度用恩氏粘度计测定。温度为t ℃的 200 cm3 被测液体由恩氏粘度计的小孔中流
出所用的时间t ，与温度为 20℃的 200 cm3 蒸馏水由恩氏粘度计的小孔中流出所用的时间t
1 2
（通常 2 51s
t = ）之比，称为该被测液体在t ℃下的恩氏粘度，记为°E ，即
t
t t
° = = （2.6）
E 1 1
t
t
2 51s
这一特性称为粘温特性。不同种类的液压油有不同的粘温特性。图 2-2 为几种典型液压油
的粘温特性曲线图。
图 2-2 几种典型液压油的粘温特性曲线图
1—石油型普通液压油 2—石油型高粘度指数液压油 3—水包油乳化油 4—水-乙二醇液 5—磷酸酯液
液体的粘温特性常用粘度指数VI 来度量。VI 表示该液体的粘度变化的程度与标准油
液的粘度变化程度之比。通常在各种工作介质的质量标准中都给出粘度指数。粘度指数高，
说明粘度随温度的变化小，其粘温特性好。一般要求工作介质的粘度指数应在 90 以上，优
异的在 100 以上。几种常用工作介质的粘度指数见表 2-2。
表 2-2 常见工作介质的粘度指数
液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，其内聚力将增加，粘度亦随之增
大。但对于一般的液压系统，当压力在 32 MPa 以下时，压力对粘度的影响很小，可以忽
略不计。
3．可压缩性
液体因受压力增大而发生体积缩小的性质称为可压缩性。若压力为 p 时液体的体积为
0
v，当压力增加 Δp 时，液体的体积减小 ΔV ，则液体在单位压力变化下的体积相对变化量
为
| 1 V κ = − Δp ΔV |
| （2.8） |
式中 κ ——液体的压缩系数。
由于压力增加时液体的体积减小（ ΔV <0），因此式（2.8）的右边须加一负号，以使κ 为正值。
液体压缩系数κ 的倒数 K ，称为液体的体积模量，即
| 1 V K = = −Δp κ ΔV |
| （2.9） |
K 表示产生单位体积相对变化量所需要的压力增量。在实际应用中，常用 K 值来说明 液体抵抗压缩能力的大小。在常温下，纯净油液的体积模量 K = （1.4～2）×103 MPa ，数
值很大，故一般认为油液是不可压缩的。
表 2-3 列出了各种工作介质的体积模量。由表中数值可见，石油基液压油的可压缩性是钢的 100～150 倍（钢的弹性模量为 2.1×105 MPa ）。
在中低压系统中，工作介质的可压缩性对液压系统的性能影响很小，可忽略不计，但
在高压下或研究系统的动态性能时，则应予以考虑。另外，值得注意的是，由于空气的可
压缩性很大，所以当工作介质中有游离气泡时， K 值将大大减小，这会严重影响液压系统
的工作性能，故应采取措施尽量减小液压系统工作介质中游离空气的含量。
4．其他性质
液压系统的工作介质还有许多性质。物理性质有润滑性、防锈性、闪点、凝点、抗燃
性、抗凝性、抗泡沫性以及抗乳化性等；化学性质有热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性
和相容性（对密封材料不侵蚀、不溶胀的性质）等。
2.1.1 对液压液的要求
在液压系统中，为了更好地传递动力，要求液压液应满足下列要求：
（1）适当的粘度和良好的粘温性；
（2）有良好的化学稳定性（包括良好的氧化稳定性、热稳定性及不易氧化、变质等）；
（3）良好的润滑性，以减小相对运动副间的磨损；
（4）良好的抗泡沫性（起泡少，消泡快）、抗乳化性及对金属具有良好的相容性；
（5）体积压缩系数、流动点、凝点低，比热容、传热系数、闪点及燃点高；
（6）成分纯净，不含有腐蚀性物质，并具有足够的清洁度；
（7）对人体无害，对环境污染小，价格便宜。