c)高温也会加速老化。一般,在 70℃以上,温度每升高 10℃,老化速度便增加 一倍。
d)高压也会加速老化。 在矿物油中加入某些化学物质——添加剂,可以改善油的物理、化学特性,如改善黏温特性,降低凝点,减小摩擦系数,阻碍泡沫产生并促使其破裂,减缓氧化,减 少对金属的锈蚀,等等。据此,液压油被分为:未加添加剂(H)、加有一般抗老化 抗腐蚀添加剂(HL)、加有特殊的耐高压抗磨损添加剂(HM),等等。
因为加入了多种添加剂,现代液压油的特性与普通矿物油已有很大差别。因此, 根据应用场合选择合适的液压油,对于液压系统功能的正常发挥、可靠操作、工作持 久性以及经济性,都是非常重要的。
新品种液压油的研发一直没有停顿。例如,力士乐在 2015 年提出了对液压油的 新的要求 RDE90245。据壳牌公司 2017 年初报告,他们的 Tellus S2 MX 液压油率先 满足了此要求。
难燃液
矿物油在自身温度超过 150°~180°C(术语称闪点)后会产生大量有害健康的油 雾。如果遇到明火,还会燃烧。
在上世纪五十年代英国煤矿曾因为使用的矿物基液压油引发火灾,伤亡惨重,遂 立法在矿井中禁止使用矿物油作为液压油。在国内,在本世纪也还曾发生过,投产才 几个月的轧钢流水线由于泄漏的矿物基液压油燃烧而被完全损毁。因此,在可能接触 炽热金属或明火的场合,例如,压铸机械、热锻压机械等,液压系统都应采用难燃 液。
难燃液被分为以下几类。
1)HFA——以水为主的乳化液,可燃成份最多为 20%,实际一般在 1%~5%,也被 称为高水基液。有点类似牛奶。通常,水包油,看似均匀的液体。但如用离心机一 甩,就会分离出奶油来。
价格便宜,主要应用于开采业。 由于其大部分会挥发,因此泄漏到大地后危害也不大。 由于黏度很低,因而很易泄漏。因此,运动部件间的间隙必须很小。因此,液体
必须很精细地过滤。 受水的凝点和挥发点的限制,工作温度只能在 5~50°C 之间。
由于含水多,会腐蚀金属,也容易滋生微生物。因此,还需要加入防锈防腐剂, 对水质要经常监测。
2)HFC——水乙二醇液,含水量为 35%~55%,可达到与矿物油相近黏度,工作温 度在-20~60°C 之间。与大多数常用密封材料都相容,抗腐蚀能力强于 HFA。在采掘 机械、冶金设备和压铸机械中应用较多。
由于水容易挥发,在含水量低于 35%时液体的可燃性会大幅增加,所以必须经常 监测水含量。
3)HFD——无水合成液,如磷酸酯、氯化烃,或两者的混合物。 黏度与矿物油相近,耐磨性能好,抗老化能力高,能用于温度变化较大的场合。 与常用密封材料以及喷涂的表面不太相容。有毒,会危害生态环境。所以,现在应用渐少。
难燃液和矿物油在某些方面的性质差别很大。这常意味着,系统的工作参数(转 速、压力等)必须降低,液压元件的使用寿命也会降低。
环保液
由于矿物油等很难被微生物分解,甚至含有有毒物质,因此,对环境生态有危 害。例如,一块土壤中一旦渗有矿物油,至少 3 年寸草不生。这点特别给移动液压设 备的密封性带来严酷的挑战。
在上世纪七十年代石油危机时,芬兰等国就开始研究在液压系统中使用植物油代 替矿物油。植物油虽然环保,泄漏到地上或水里,会被微生物分解(术语称:可生物 快速降解),但也容易被氧化水解。后来找到了一些无毒的添加剂,可以一定程度地 减缓植物油被氧化水解的速度,但又不影响其被微生物分解。然而,两棵树上的苹果 都可能口味不同,不同植物中提取出来的油,特性也常有差别,这不利于工业液压系 统的稳定性。
合成酯的化学结构与植物油相近,同样可生物快速降解,但抗氧化性能强得多。 而且因为是人工合成的,容易做到高纯度一致性。在农业机械、森林机械中已越来越 多地被应用。但目前价格还较贵,约为矿物基液压油的两倍。研发探索还在进行中。
清水
这里的清水,指的是,作为压力介质,不含有增加黏度材料的水,包括自来水、 河水、海水。
清水,说起来有一系列优点:不可燃,无爆炸危险、卫生、环保、散热性能好, 价廉易得,后处理几乎不需要什么费用。但由于易挥发,工作温度受限制,对多种金 属有腐蚀性,特别是黏度低,润滑性差,泄漏大,所以,其实并不是一种好的压力介 质。
上世纪九十年代,由于发明了恰当的陶瓷加工工艺,制造出来的陶瓷零件对润滑 要求较低。因此,清水液压又重获青睐。但至今,工作压力只能在 16MPa 以下。因 此,只是被用于一些有特殊要求的行业和场所,如食品、饮料、化妆品、粮食加工、 制药、医疗、造纸、文化娱乐、体育、办公室、家用机器人等,与矿物油并不形成竞 争局面。
目前常说的“水液压”包括了高水基液体,即含有增加黏度的材料。虽然与清水 液压有些共同处,但也有很多不同处:易得性、卫生性、可应用场合、对液压元件的 要求等等。所以,不应混淆两个概念。
此外,海水淡化、从油页岩中获取石油、水切割、内高压成型、汽车用薄板的清 洁去皮等等,都必须使用高压水,且用量很大。虽然这些应用已不属于液压传动,但 从液压传动发展出来的技术与这些应用,也正相辅相成,互相推动。
张海平博士简介
张海平
男 1947年出生 德籍
现任:德国蔡勒集团公司,山东泰丰液压设备有限公司,烟台未来自动化,宁波克泰等公司技术顾问;燕山大学,兰州理工大学等高校的客座教授
中国液压气动密封件工业协会专家委员会液压技术特别顾问。
个人简历
1978-1981年:上海工业大学工学硕士,主攻液压伺服系统技术;
1981-1985年:上海工业大学液压专业任教;
1988年:在上海交通大学获工学博士学位;
1988-1990年:德国亚琛工大液压与气动研究所博士后;
1990-2007年:德国蔡勒集团公司研发部工作,有四项专利发明;
2007年退休至今:活跃于中国液压技术前沿,以著书立说,培训讲座论坛的方式积极投身我国液压传动技术的传播和液压传动产业的推动事业,在业界享有盛誉。