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012-液压设备用油的选择和维护


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 液压油的分类及规格 1)液压油分类 2003 年我国等同采用了 ISO 6743- 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/T 7631.2- 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。
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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。

液压系统 GB/T7631.2-2003
流体静压系统 流体动力系统

矿物油型 及合成烃型

难燃 液压液

环境可接 受液压液

液压导 轨系统

自动传动 系统

偶和器 和变矩器

HH HL HM HR HV HS

HFAE HFAS HFB HFC HFDR HFDU

HETG HEPG HEES HEPR

HG

HA

HN

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/CD 15380 生物 可降解液压油; 德国标准 DIN 51524(I/II/III) ,法国标准 NF E8-603(I),中国 GB11118.1; OEM 规格有 Parker 的 Denison HF-1(柱塞泵),HF-2 (叶片泵) ,HF-0(两种泵) ; Eaton-Vickers 的 M2950S,I 286S;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
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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
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?

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 DENISON HF-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 系统压力:7MPa 以下系统压力:7~14MPa 系统压力:7~14MPa 系统压力: 14MPa 以上 工况环境 室内固定液 压设备 露天、 寒区和 严寒区 地下、水上 旺火附近 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
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系统温度:50℃以下 系统温度:50℃以下 系统温度:50~80℃ 系统温度:80~100℃ HL 液压油 HL 或 HM 液压油 HM 液压油 HM 液压油

HV 或 HS 液压油 HV 或 HS 液压油 HV 或 HS 液压油 HV 或 HS 液压油 HL 液压油 压液 HL 或 HM 液压油 HL 或 HM 液压油 HM 液压油 液 HFDR 液压液 HFDR 液压液

高 温 热 源 或 HFAE、HFAS 液 HFB、HFC 液压

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 最小 10 13 9 13 16 16 最大 200 54 54 54 100 160 200 300 1000 1600 1000 107 有负荷下最大启 最 优 粘 度 , 动粘度, mm2/s mm2/s 860 220 860 860 1000 800 16~40 16~40 16~40 16~40 16~36 25~160 25~160 25~160 13 12~60 24~31 860(低速低压) 30 适用粘度(mm2/s) 40℃ >2.7 18~72 27~90 27~117 27~117 全范围 < 7MPa > 7MPa 油包水乳化液型 水-乙二醇型 磷酸酯型 45~100 20~30 30~40 18~35 18~42 18~51 < 7MPa > 7MPa 全压力范围 轴向 活塞泵 径向 粘度等级(牌号) 32 22、32、46、68 32、46、68 32、 46、 68、 100 32、 46、 68、 100 46、68、100、 150 22、32 32、46

Eaton-Vickers 移动柱塞泵 工业柱塞泵 移动叶片泵 工业叶片泵 Rexroth 轴向柱塞泵 V2 叶片泵

R4 径向柱塞泵 10 G2-G4 齿轮泵 10 Sundstrand Denison Bulletin 440 30 系列柱塞泵 6.4 齿轮泵 柱塞泵 叶片泵 10 13 10

表 3 液压油粘度的选择 泵 型

柱塞或离心泵(供水用) 叶片泵 齿轮泵

数控液压油压脉冲马达 含水型 无水型 6)液压油清洁度的选择

抗燃液压液

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。
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表 4 不同系统对清洁度的要求 装置系统 一般液压系统 传动装置系统 伺服控制系统 数控机床系统 工程机械液压系统 舰艇液压系统 舰船发射装置 舰船升降机系统 直升机、军用飞机液压系统 民用飞机液压系统 7) 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 磷酸酯 水-乙二醇 油包水乳化液 高水基 2.液压油液的维护管理 2.1 油品使用管理 1)采购油品时要验明油液的品种和牌号 油公司根据不同的需求都会有不同的品种。 如中国石化润滑油公司长城牌液压油除了有 HL/HM/HV 等不同质量等级的油品外,在不同的质量等级油品中还有很多细分。以 HM 液 压油为例,有卓立和普力两个商品名,卓立 HM 抗磨液压油它获得了包括 Parker-Denison HF-0 等众多 OEM 的认证,应用广泛;普力抗磨液压油经济性好,适合普通液压设备。此外 还有卓立高清洁度抗磨液压油,可以满足高清洁度要求的液压设备的需求;冶金专用液压油, 是针对冶金行业液压设备开发的抗磨液压油等。因此在采购油品及使用前一定要验明油品的 品种、牌号、性能是否满足要求,并索要合格证书。
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可接受的清洁度的要求 NAS 1638 11~12 8~9 5~7 6 8~9 8 9 12 8 7~9 ISO 4406 21/15 18/13 14/11~16/13 15/12 17/11 或 18/15 17/14 18/15 21/18 16/13 17/14 16/13 或 18/15

电厂汽轮机润滑系统、 燃料系统 7

使用温度,℃ 工业:-10~95 最大 150 -18~65 -7~55 0~49

使用压力,MPa 14~21 最大 28 7.0~14.0 最大 21.0 <7.0 <7.0

航空:-54~120 最大 135 21~28

2)注意油品的存放 油品需存放于室内,保持干燥通风。存放于露天的油品,应用防雨布等遮盖,或将油桶 倾斜立置并与地面成 75 度角,以防雨水渗入。 3)进油前液压系统应彻底清洗 系统首次使用或检修后,系统中会残留一些杂质包括金属颗粒,灰尘等,因此必须对系 统进行清洗。注意清洗时不要使用表面活性剂,因为这对油液的抗泡性、空气释放性和抗乳 化性等性能影响非常大;清洗的最后用准备使用的油循环清洗 1~2 遍,直至满足运行要求。 4)油液不随意混用 同一质量等级和同一粘度牌号的油品一般不能混用, 因为不同品牌的油采用的添加剂体 系可能不同,如混用会造成添加剂的反应,使油品快速劣化,因此一般不推荐混用,如一定 要混用,则必须做油液的混兑试验,证明可以混用后再补加。 5) 注意污染控制 防止水分、空气、固体杂质等混入液压系统。 2.2 液压油液的监测和更换 液压油液在使用中,由于添加剂的损耗,油液老化等因素,油品性能发生变化,当变化 达到一定程度就需要更换。 液压油的换油有不同的方式: ? ? ? 定性换油:通过观察油品的外观和气味的变化确定是否换油。颜色变成黑褐色、有 悬浮颗粒并有刺激性气味或油乳化了,则需要换油。 定时或定任务换油:有的液压设备说明书上规定设备运转一定的时间或完成多少周 期的任务后必须换油。 定期检测油品根据换油指标确定换油时间:制定换油指标,定期对运行油进行性能 检测,当油品性能达到换油指标的限制后换油,这是比较科学的换油方式,已被国 内外大多数客户采用。 1) 油液检测项目和手段 在油液检测中,采用常规理化分析和仪器分析相结合的方式。 常规理化分析: ? ? ? ? ? ? 采样观察油品的外观情况,检查油品的颜色、透明度、气味等情况。 定期理化分析:粘度、闪点、水份、酸値 ( 或碱值 ) 等关键理化指标。 红外光谱仪测定油中添加剂变化和老化情况, ICP 发射光谱测定油中金属磨粒或元素 有异常时做铁谱分析 液压系统清洁度分析
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仪器分析:

表 6 油液性能变化的可能原因

项目

引起变化的可能原因

外观(包括颜色、油品 有乳化,可能为冷却水或加工液进入,有杂质,过滤设备是否 是否乳化, 有无可见机杂) 有效。 粘度 酸值 闪点 水分 色度 铜片腐蚀(100℃,3h) 机械杂质,% 金属元素含量分析(ICP) 铁谱 红外 清洁度 2)国内外液压油换油指标 液压设备制造商、 油公司及行业根据设备使用要求制定液压油的换油指标, 客户根据指 标进行换油。 表 7 国内外液压油换油指标 项 外观 40℃运动粘度变化率,%* 色度增加(比新油),号 超过 水分,% 大于 0.1 2 - 小于 小于 铜片腐蚀(100℃,3h),级大于 密度变化,大于 抗氧剂含量,% 极压剂含量,% 防锈性 大于 目 SH/T 0476 (HL) 超过 ±10 3 SH/T0599 日石公司 日本新日铁 美国加德 (HM) +15 或-10 2 0.4 35 0.1 2a 0.1 - 0.2 0.05 0.2 - 新油的 50 新油的 50 失效
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上升,油品氧化;下降,混入低粘度的油。 上升,油品氧化;下降,添加剂的流失,或混入其它油 下降,混入低闪点的油 混入冷却液 颜色变深,油品氧化或混入深色油(突然变深) 腐蚀的原因,油品氧化产生的腐蚀性化合物,或混入高腐 设备运行中产生的磨屑或外界混入杂质 金属元素(直径<10 微米)的含量,了解磨损情况 结合 ICP, 了解 10~100 微米的金属颗粒的分布情况和磨 损颗粒的形状,以确定摩擦副的磨损程度 与新油进行对比,可以得到油品氧化度,抗氧剂等消耗的信息 清洁度上升,油被污染,过滤系统失效,更换滤芯 蚀性的油

(HM) (HM) - 0.5 - 4 0.4 ±10~15 ±10

士(HM) ±20 0.2 -

不透明或混浊 -

酸值 增加, gmKOH/g 大于 或降 低,% 0.3

正戊烷不溶物(或机械杂质) ,% 大于 0.1

从表 7 所列的一些换油指标看,我国规定的换油指标项目较全,要求与国外相当,甚 至更高。 3.结论 液压设备的发展对液压油的应用和维护管理提出了更高要求,正确选用液压油液,并在 使用中科学地进行监测和管理,可以有效地防止设备故障对安全生产、延长设备使用寿命、 节约设备维修费用有重要意义。

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