液压技术的起源,最早可以追溯到二百多年前。1795年,英国的约瑟夫·布拉曼发明了世界第一台水压机,早期的液压介质都是水,液压的英语 hydraulics,在很多英汉词典中的解释就是水力学。但使用水作为液压介质,存在着许多缺点。
到了1905年前后,人们发现,矿物油——石油分馏精炼得到的碳氢化合物,比水黏稠,因此泄漏少得多,润滑性好得多,工作压力可以大大提高,同时腐蚀金属件的情况大大减少。此外,由于矿物油的凝固点较水低得多、挥发点较水高得多,可以有更广的工作温度范围,所以,更适宜作为压力介质。当时还特别出现了“油压”一词,以强调区别于“水压”。
一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件(附件)和液压油。矿物油的应用大大推动了现代液压技术的发展,在1905年前后,液压系统的工作压力还仅为4MPa,到了1940年,工作压力为35MPa的液压泵已形成了系列产品。目前,在液压系统中使用的压力介质,以矿物油为基体的约占88%。据统计,2016年全世界消耗约38亿升液压油,价值约45亿美元。
1982年,ISO国际标准化组织提出了《润滑剂、工业润滑油和有关产品---第四部分h组》分类,即ISO 6743/4,对液压油产品进行了标准分类,把矿物型液压油分成了HH、HL、HM、HV、HG等质量级别,不同的质量级别在性能上各有侧重,适用于不同的应用环境。
同时,每个质量级别同时还需对应不同的牌号,以满足设备使用要求。ISO 3448对液压油的黏度牌号进行了分类,中国国家标准GB/T 3141等效采用了ISO的分类方法。就好比衣服的大小尺码,有S、M、L、XL、XXL等,目前液压油的黏度牌号有10、15、22、32、46、68、100、150等八个牌号,以满足不同液压系统的使用要求。其中应用最广泛的牌号如下表。
随着液压技术的迅速发展,液压部件对液压油的性能不断提出新的要求,液压油的规格也不断进行修订,目前有代表性的并普遍被人们承认的抗磨液压油规格有:美国的Denison HF-0、HF-1、HF-2规格,美国 Cincinnati-Milacron 公司P-68(ISO 32)、P-69(ISO 46)、P-70(ISO 68) 规格,德国国家工业标准DIN 51524等。
中国石化润滑油有限公司牵头起草的液压油国家标准GB 11118.1-2011,综合了国外各个液压油规格的特点,使国内液压油在质量标准及性能上已达到了国外先进水平。
时至今日,液压油已然是一个庞大的家族。除了以上不同规格的矿物型液压油,还出现了难燃型、环保型等液压油。
矿物油在自身温度达到180℃(闪点)左右,会产生大量有害健康的油雾。如果遇到明火还会燃烧。因此,在可能接触炽热金属或明火的场合,例如,炼铁、炼钢设备、轧钢设备、压铸机械、热锻压机械等,液压系统都常采用难燃液压油。
难燃液压油分为以下几类。
1)HFA——以水为主的乳化液,可燃成份一般只有1%～5%。有点类似牛奶,看似均匀的液体。但如用离心机一甩,就会分离出奶油来。这种乳化液价格便宜,主要应用煤矿。由于其大部分会挥发,因此泄漏到大地后危害也不大。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。
2)HFC——水乙二醇型液压油,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,所以需经常监测水含量。
3)HFD——合成型液压油,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。而且有毒,会危害生态环境。所以现在应用渐少。
难燃液压油和矿物型液压油在某些方面的性质差别很大。这意味着液压系统的工作参数(转速、压力等)必须降低,液压元件的使用寿命也会降低。
由于矿物油等很难被微生物分解,甚至含有有毒物质,对环境生态有危害。因此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(可生物降解),但也容易被氧化水解,而且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。于是出现了酯型液压油,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,同时酯型液压油也有燃点高,不易燃烧的特点,且润滑效果、抗磨效果都优于矿物型液压油产品,因此,也常用于钢厂可能接触明火的液压系统。但缺点是价格较贵。
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