（甘肃机电职业技术学院，甘肃，天水，741001）
【摘 要】液压传动应用广泛，而其工作介质的种类、性质及其污染，对液压传动系统的工作状态影响很大，必须加强工作介质的品质分析、监测与控制，以保障液压系统高效地运行。
【关键词】液压；传动；介质；分析
引言
液压传动被广泛应用于冶金、建筑、铸锻及工程机械等行业。液压传动系统由能源装置、执行装置、控制调节装置、辅助装置及传动介质等组成，形成封闭的管路循环系统，其中，传递能量的循环工作流体即为传动介质（或称工作介质）。实践表明液压传动介质的性能、种类及其污染，对液压传动系统的工作状态影响很大。
1．液压传动介质的性质与要求
工作介质是液压传动系统的重要组成部分，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等作用。
1.1 性质
工作介质的性质有密度、可压缩性、粘性及粘温性等。其中，液体粘性是液体传动的重要特性，也是选择工作介质的重要指标，其大小可用粘度来衡量，粘度常用动力粘度、运动粘度和相对粘度度量。
1.2 要求
工作介质的要求，包括适宜的粘度和良好的粘温性能；良好的润滑性、化学稳定性、防锈防腐性；热传导率大，热膨胀系数小；抗泡沫、抗乳化性好；油液纯净杂质少；流动点和凝固点低，闪点和燃点高；经济无毒等。
2．液压传动介质的种类及应用
液压传动介质最常用的是液压油，其种类很多，主要有石油型、乳化型和合成型三类，而纯水液压传动也正处于发展中。
2.1石油型液压油
石油型液压油是以机械油为原料，精炼后按照需要加入适当添加剂而成，具有润滑、防锈性能好，粘度指数等级范围宽等优点。目前，石油型液压油占液压介质用量的90%以上，其主要品种有七种。
1）精制矿物油，无抗氧剂，适用循环润滑及要求不高的低压系统。
2）普通液压油，改善了防锈和抗氧性，适用环境温度0℃以上，压力7~14MPa的一般系统。
3）抗磨液压油，改善了抗磨性，适用低、中、高压系统，尤其适合有抗磨要求带叶片泵的系统。
4）高粘度指数液压油，改善了粘温特性，适用数控、精密机床的液压、伺服系统。
5）液压导轨油，具有粘-滞特性，润滑性和防爬性良好，适用导轨和液压系统共用油品的机床。
6）低温液压油，改善了粘温特性，适用-20~-40℃低温环境下工作的系统。
7）其他液压油，加入多种添加剂，适用高品质的专用系统。
2.2乳化型液压油
乳化型液压油简称乳化液，由两种互不相容的液体构成。乳化液分两大类。
1）水包油乳化液，含油量约占5%~10%，油是作为各种添加剂的载体，以极微小油滴形式分散悬浮在大量的水中。水包油乳化液具有难燃、粘度低、泄漏大、易气蚀等特点，适用于5~50℃环境下有抗燃要求、用液量特别大且泄漏严重的中、低压液压系统。
2）油包水乳化液，少量水分散在大量的油中。含油量约占60%，水滴直径小于1.5μm，其性能接近但抗燃性优于液压油。适用于65℃以下环境有抗燃要求的中压液压系统。
2.3合成型液压油
合成型液压油主要有水——乙二醇液、磷酸脂液和硅油等。
1）水——乙二醇液，水占35%~55%，乙二醇占20%~40%，粘温剂占10%~15%，并有少量添加剂。其低温性能好，抗燃性优于液压油。适用于-18~65℃环境下有抗燃要求的的中低压液压系统。
2）磷酸脂液，用各种无水的磷酸脂做基础，加入各种添加剂制成。磷酸脂液具有难燃，氧化稳定性、润滑性好，但微毒、粘温性和低温性较差等特点，适用于高温、高压系统（例如冶金设备、汽轮机及大型民航客机等）。
2.4 纯水
追溯液压传动发展史，可知其初始工作介质就是水，后被油替代。现代社会倡导绿色、环保、节能及低碳，返璞归真使纯水液压传动重新受到关注。
纯水价格仅为液压油的1 /5000, 成本低且来源广；纯水无异味、无刺激、阻燃、温升小，泄露不会对环境造成任何污染；纯水液压系统的温升较低,一般不需热交换器；纯水的压缩损失较低,利于保障运动精度；纺织、制药及食品等行业，可避免产品污染；纯水极易处理，维护成本低等。
同等温度下水的粘度大约为矿物油的1/40～1/50以下，密封和润滑性差；水的饱和蒸气压或气体分离压高，容易气化、气蚀；水的导电性比矿物油高数亿倍，会引起金属材料的电化学腐蚀和高分子材料的老化，易造成元件快速腐蚀；循环水会产生水垢，受震动或冲击后，分解为不溶于水的微小颗粒会加剧元件磨损、影响密封甚至造成阻塞等。
目前，纯水液压传动的工作温度5～50℃，工作压力达到14～21MPa，已应用在凿岩与采矿、防燃防爆、海洋开发及食品医药等领域。
3．液压传动介质的污染与控制
液压油的污染是指液压油中含有水分、空气、微小固体物、橡胶粘状物等杂质。
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3.1 污染的根源
液压油液中的杂质主要有外界侵入和工作过程中产生两类，主要来自四个方面：
1）新油污染：液压油在运输、储存过程中会受到管道、储油桶和储油罐的污染，其污染物为沙土、灰尘、锈垢、水分等。
2）残留污染：液压系统安装或修理时残留下来的污染物主要有铁屑、毛刺、砂粒、磨料、焊渣、铁锈、涂料渣、清洗液等。
3）侵入污染：由于密封不严或损坏，从外界环境中混入的污染物，主要是空气、尘埃、水滴、切屑、棉纱、乳化液等。
4）生成污染：液压系统工作过程中产生的自生污染物，主要是元件磨损的金属微粒、腐蚀锈斑，液压油变质后的胶状生成物、涂料及密封件的剥离物等。
3.2污染的危害
据统计，液压系统故障中70％以上的故障是由于油液污染而引起的，而其中75％以上是固体颗粒的污染，说明液压传动介质的污染是液压系统发生故障的主要原因。
1）固体颗粒和胶状生成物会堵塞滤油器，使液压泵吸油困难，产生噪声、振动等异常；
2）固体颗粒进入液压泵或阀时，可能会堵塞液压泵或阀件的小孔和缝隙，导致其性能下降和动作失灵；
3）磨粒性颗粒与液压元件表面相互作用时，会造成液压元件的磨损和表面疲劳，减低工作精度，擦伤密封件增加内泄漏，引起液压元件失效。
4）侵入的水分会降低液压油的润滑性能，并使其氧化变质；
5）侵入的空气易产生气蚀，加速元件腐蚀，还能使液压系统出现振动、爬行等现象。
3.3污染的控制
为了延长液压元件使用寿命，保证系统工作可靠，将液压油污染控制在某一限度内是较为切实可行的办法。
1）在液压系统设计阶段，应充分考虑降低油液污染，包括合理选择液压元件、液压油、过滤器、加热和冷却系统、密封件及其他设计、加工、装配和出厂检测的方式和措施。
2）在液压系统制造过程中，应提高净化与清洗意识，液压元件加工时每道工序后均应安排净化且装配后严格清洗；液压系统初次组装过程中严格执行装配程序，先使用专门清洗液预洗，然后使用传动介质对系统循环冲洗，并定时污染度取样分析至系统清洁达到要求，最后注入新的工作介质。
3）油箱通大气处要加高效空气滤清器；向油箱添加工作介质时应通过过滤器；经常检查维护密封装置；维修拆卸元件时应在无尘区进行等。
4）滤油器应定期清洗、检查，必要时更换滤芯或滤油器等。
5）一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，不同设备其允许的工作温度范围有差异，请遵循设备说明书要求，必要时可设加热器或冷却器，避免工作介质温度过高或过低，延缓氧化变质、减少泄漏及能源消耗。
6）每隔一定时间，对液压系统中的工作介质进行抽样检查，分析其污染程度是否还在系统允许的使用范围内，如不符合规定要求及时清洗、更换。
3.4 污染的度量
工作介质的污染度是指单位容积工作介质中固体颗粒污染物的含量，其测定方法有两种。
1）称重法，即把100ml的工作介质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，然后依据国家标准GB/T14039-93或美国NAS1638确定出污染等级。该方法只适用于日常性监控。
2）颗粒计数法，即测定工作介质样品单位容积中不同尺寸范围内颗粒污染物的颗粒数或颗粒浓度。
显微镜颗粒计数法——将100ml的工作介质样品进行真空过滤，并把得到的颗粒经溶剂处理后放到显微镜下找出颗粒尺寸大小及数量，然后依据标准确定出污染等级。该方法需熟练人员操作。
自动颗粒计数法——利用光源照射工作介质样品时，其中的颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号强弱和多少，比照标准颗粒信号就可测定颗粒大小和数量。该方法自动精确应用广。
3.5 在线监测
在液压设备上通过压力、流量、温度、位移及光电传感器等，适时获取液压系统工作介质污染度及其相关压力、流量、温度等参数的动态数据，反馈给液压系统监控平台，智能评估液压系统工作状态，并能借助互联网+、云计算、大数据等技术，向设备操作、维护与管理人员提示帮助信息或分级报警信号，甚至通过手机轻松实现在线监测，以保障液压系统高效运行。
结语
液压传动工作介质的品质及其污染，对液压元件及系统性能影响很大，同液压元件与系统研发、设计、制造、使用、维修、介质储存及流通等多环节相关联。提高工作介质的品质和控制污染，是提高液压元件及系统寿命、可靠性的系统性工程。
随着互联网+、云计算及大数据等技术的发展，对液压传动工作介质品质的变化和污染度跟踪，已能实现在线检测和智能预警，将给液压设备的运行提供有力保障。
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作者简介：
黄建明（1962-），男，汉族，湖北咸宁人，大学本科，副教授，主要从事液压传动、先进制造等教研。
论文作者:黄建明
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：液压油论文; 液压论文; 介质论文; 工作论文; 颗粒论文; 液压系统论文; 元件论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;