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任务三 自卸式汽车液压系统工作介质的选用

任务描述

液压传动系统工作介质的品种很多,主要分为三大类。首先,通过视频观察液压油在系统工作时的流动状态,了解不同品牌液压油流动速度的不同,然后重点观察不同品牌液压油的颜色,理解液压油的主要性质,最后选择出适合自卸式汽车液压系统工作的液压油。

任务分析

正确选用工作介质对液压系统适应各种环境条件和工作状况的能力、延长系统和元件的寿命、提高设备运转的可靠性、防止事故发生等方面都有重要影响。工作介质选用包括环境条件、工作条件、运动速度、液压泵类型等几个方面。

任务可以在液压实训室完成,需要教学视频、教学用自卸式汽车液压原理图、多媒体教学设备、3种液压油、盛油器皿、擦手布、液压介质有关资料等。

完成任务的要求:

(1)了解液压油的主要性质。

(2)掌握液压油的种类。

(3)能够叙述液压油的选择原则。

完成任务注意事项:

(1)注意安全,严禁将各类液压油混杂在一起。

(2)使用的图片、视频等资料要清晰,特征明显。

相关知识

(一)液压油的主要性质

1.密度

单位体积液体的质量称为密度。

式中: ρ ——液体的密度;

m ——液体的质量;

V ——液体的体积。

密度随着温度或压力的变化而变化,但变化不大,通常忽略。一般液压油在20℃时取 ρ =850~900kg/m 3 的大小。

液压油的密度因油的牌号而异,并且随着温度的上升而减小,随着压力的提高而稍有增加。常见液压油的密度如表1-2所示。

表1-2 常见液压油的密度

2.可压缩性

液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。液体的可压缩性可用体积压缩系数 κ 或体积弹性模量 K 表示。

单位压力变化所引起的体积相对变化量称为体积压缩系数,用 κ 来表示。

式中: V ——液体加压前的体积(m 3 );

Δ V ——加压后液体体积变化量(m 3 );

Δ p ——液体压力变化量(N/m 2 );

“-”——负号,表示压力增大时,体积减小。

液体体积压缩系数 κ 的倒数称为液体的体积弹性模量,简称体积弹性模量,用 K 来表示。即

在常温下,一般液压系统中,由于压力不高,压力变化不大,可认为液压油是不可压缩的。但是,如果油液中混有空气时,体积弹性模量会大幅度降低。由于油液中难免混入空气,使液压系统的工作恶化,所以在设计和使用中应防止空气进入油中。

3.黏性

黏性液体在外力作用下流动时,液体分子间的内聚力阻碍液体分子之间的相对运动而会产生一种内摩擦力,液体的这种性质称为液体的黏性。

图1-15 液体黏性示意图

液体只有流动时,才会具有黏性,而静止的液体没有黏性。由于液体的黏性,使液体内部各液层间的流动速度大小不等。如图1-15液体黏性示意图所示,设两个平行板之间充满某种液体,下平板不动,上平板以速度 u 0 相对于下平板向右移动时,由于液体黏性作用,紧贴于下平板上的流体黏附于下平板上,其速度为零,紧贴于上平板上的液体黏附于上平板上,其速度与上平板相同。而中间各液层的速度则视其距下平板距离的大小按线性规律或曲线规律变化。我们把这种流动看成是许多无限薄的液体层在运动,当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时,两层间由于黏性就产生内摩擦力。实验表明,液体流动时,相邻液层间的内摩擦力 F f 与流体层的接触面积 A 及流体的相对流速 d u 成正比,而与此两流体层间的距离 d y 成反比。即

如果以 τ 表示切应力,则

式中: μ ——比例常数,称为黏性系数或动力黏度(Pa·s);

d u / d y ——速度梯度,即液层间速度对液层距离的变化率;

τ ——单位面积上的摩擦力(即剪切应力)。

式(1-21)又称为牛顿内摩擦定律。

液体黏性的大小用黏度来表示,常用的液体黏度表示方法有三种,即动力黏度、运动黏度和相对黏度。

动力黏度 μ 又称为绝对黏度,由公式(1-21)可得

由式(1-22)可知液体动力黏度物理意义为:当速度梯度为1时接触液层间单位面积上的内摩擦力。

动力黏度在国际单位制(SI)中的单位为:帕·秒(Pa·s)或牛顿·秒/米 2 (N·s/m 2 )。

(1)运动黏度 v

液体的绝对黏度与其密度的比值称为液体的运动黏度,即

运动黏度 v 单位为m 2 /s。以前使用的单位为St(斯)和cSt(厘斯),它们之间的关系是1m 2 /s=10 4 St=10 6 cSt

运动黏度没有什么明确的物理意义,它不能像 μ 一样直接表示流体的黏性大小,只是因为在力学分析和计算中常遇到 μ ρ 的比值,为了方便起见采用 v 表示。因为运动黏度的单位只有长度和时间的量纲,类似于运动学的量,所以被称为运动黏度。因而它在工程实际中经常用到,工程实际中用的单位为mm 2 /s。我国液压油的牌号就是以这种油液在40℃时的运动黏度(mm 2 /s)的平均值来命名的,如32号液压油就是指其在40℃时的运动黏度 v 的平均值为32mm 2 /s或32cSt。

(2)相对黏度

由于绝对黏度很难测量,所以就常用液体的黏性越大、通过量孔越慢的特性来测量液体的相对黏度。相对黏度是以相对于蒸馏水的黏性的大小来表示该液体的黏性的。相对黏度又称条件黏度,各国采用的相对黏度单位有所不同。有的用赛氏黏度,有的用雷氏黏度,我国采用的是恩氏黏度。恩氏黏度由恩氏黏度计测定,其方法是:将200mL被测液体在 t ℃时,通过恩氏黏度计小孔( Ф =2.8mm)流出所需时间 t 1 ,与同体积20℃的蒸馏水通过同样小孔流出所需时间 t 2 之比值,这两个时间的比值即为被测液体在温度 t 下的恩氏黏度°E,即

工业上常用20℃、50℃和100℃作为测定恩式黏度的标准温度,分别以°E20、°E50、°E100表示恩式黏度与运动黏度(m 2 /s)的换算关系:

(二)液压油的种类

液压油的品种很多,主要分为三大类,即矿物类液压油、合成类液压油和乳化型液压油等。

1.矿物类液压油

矿物类液压油是以石油的精炼物为基础,加入抗氧化剂、抗泡沫剂、抗磨剂、防锈剂以及改进黏温特性的添加剂等物质后经混合而成的。不同性能、不同品种、不同精度的液压油加入的添加剂种类不同,具体又可分为普通液压油、导轨液压油、抗磨液压油、高黏度指数液压油、低温液压油、清净液压油等数种。矿物类液压油具有润滑性能好,腐蚀性小,黏度较高和化学稳定性等特点,在液压传动系统中得到广泛应用。

2.合成类液压油

合成类液压油主要有磷酸酯液、硅油、水、乙二醇等。磷酸酯液压油是难燃液压油之一。它的使用温度范围很宽,可达-54~135℃。抗燃性好,氧化稳定性和润滑性都很好。缺点是与多种密封材料的相容性很差,有一定的毒性。

3.乳化型液压油

乳化型液压油可分为水包油型乳化液和油包水型乳化液两类。均属抗燃性液压油,其中,水包油乳化液含水量达90%~95%,油包水乳化液含水量大于40%。液压油的应用如表1-3所示。

表1-3 液压油的应用

续表

任务实施

(一)液压油的选择

液压油是液压传动系统的重要组成部分,正确及合理地选用液压油,是保证液压设备高效率正常运转的前提。

1.液压系统对液压油的基本要求

液压油在液压传动系统中除传递能量外,还具有润滑、冷却的作用,因此液压油应具备以下性能:

(1)合适的黏度和良好的黏温特性。

(2)良好的润滑性能,较强的抗锈性,较小的腐蚀性。

(3)纯净度好,杂质少。

(4)对金属及密封件有良好的相容性。

(5)氧化稳定性良好,不变质,使用寿命长。

(6)抗泡沫性、抗乳化性良好。

(7)体积膨胀系数小,闪点和燃点高,流动点和凝固点低。

(8)对人体无害,对环境污染小,成本低,价格便宜。

2.液压油的选择

一般情况下,油液的黏度随着温度的升高而降低,这样会造成液压系统的泄漏,执行元件的工作性能也变坏,因此,选择液压油时,一般先确定适用的黏度范围,再选择合适的液压油品种。选择专用汽车用液压油时应考虑以下几个方面:

(1)工作压力:工作压力较高的液压系统,应选择黏度较大的液压油;反之,应选择黏度较小的液压油。

(2)运动速度:运动部件速度较高时,应选择黏度较小的液压油;反之,应选择黏度较大的液压油。

(3)环境温度:环境温度较高时,应选择黏度较大的液压油;反之,应选择黏度较小的液压油。

(4)液压泵的类型:在液压系统中,不同的液压泵对润滑的要求不同,选择液压油应考虑液压泵的类型及其工作环境,如表1-4所示。

表1-4 各类液压泵推荐使用液压油

总之,选择专用汽车液压系统用液压油的黏度,应根据专用汽车使用地区和季节气温来决定,这样才能保证汽车液压系统高效率正常运转。

(二)液压油的使用与维护

液压油质量对液压系统工作性能影响巨大,很多故障的根源都来源于它,所以防止油液污染是液压系统使用与维护的重要内容。

1.液压油的污染控制

液压油的污染分为两种:颗粒含量超标和油液化学成分发生变化。所以控制污染的核心是颗粒含量控制和油液成分控制。液压系统中有许多精密偶件,有些液压元件有阻尼小孔、缝隙等,若固体杂质侵入系统将造成精密偶件拉伤、系统油道堵塞等,危及液压系统的安全运行。因此,一定要防止固体杂质进入液压系统,具体操作时可以从以下几个方面考虑:

(1)加油时,液压油必须过滤加注,加油工具应可靠清洁。

(2)保养时,拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测液压油管等部位,造成系统油道暴露时要避开扬尘,拆卸部位要先彻底清洁,然后才能打开。

(3)定期检查液压油质量,保持液压油的清洁。

2.液压油质量检查

在检查液压油质量时主要检查以下几个方面的内容:

(1)液压油的氧化程度

液压油在使用中,由于强度的变化,空气中氧及太阳光的作用,将会逐渐被氧化,使其黏度等性能改变。氧化的程度,通常可以从液压油的颜色、气味上判断。

(2)液压油中含水分的程度

液压油中如果混入水分,将会降低其润滑性能,腐蚀金属。判断液压油中混入水分的程度,通常有两种方法:一是根据其颜色和气味的变化情况,如液压油的颜色呈乳白色,气味没变,则说明混入水分过多;二是取少量液压油滴在灼热的铁板上,如果发出“叭叭”的声音,则说明含有水分。

(3)液压油中是否含有杂质

在液压设备工作一段时间后,取数滴液压油放在洁净的白纸上,用手指捻一下,察看是否有金属颗粒或在太阳光下观察是否有微小的闪光点,如果有金属颗粒或闪光点,则证明液压油含有较多的机械杂质。这时,应更换液压油,或将液压油放出,进行不少于42h的沉淀,然后再将其过滤后使用。

3.液压油的使用与维护保养基本要求

(1)用管路向油箱中注油时,注意各管路及控制元件必须先清洗干净,进入油箱前先经过筛网过滤。

(2)液压系统首次使用液压油前要清洗,更换同一品种液压油时,也要用新的液压油清洗1~2次。

(3)油箱中油量应充足,液面保持在油标尺上限处,加油后盖严进口,注意保持工作环境清洁、通风、干燥。

(4)注意控制元件外露面的清洁,防止空气中粉尘污染。检修时,拆卸的管路和液压元件一定要清洗干净再装配。

(5)防止污物混入油中。

(6)液压油要定期检查质量,及时滤出油中杂物、金属粉末并排出空气,必要时更换新油。

(7)注意系统的良好密封。

(三)判断液压油的品质

将油压油箱的油尺取出,用去脂擦布擦拭干净后重新插入油箱,再取出,运用感官判断液压油品质。

(1)气味。判断是下列气味中的哪一种:芳香、无味、稍有臭味、臭味很浓。

(2)颜色。判断是下列颜色中的哪一种:金黄色、有点儿发黑、乳白色、其他颜色。

(3)太阳光照射下,观察其情况。

(4)用手指蘸液压油,然后轻轻捻动,感觉是否有黏性。

(5)根据以上情况判断液压油品质。

(6)决定是否需要更换液压油。

(四)更换液压油

(1)准备好废油桶、扳手、棉纱等用品及用具。

(2)机器停放在平整的场地上,启动机器,运转15min左右,观察液压油温度,当处于正常工作温度范围时停机。

(3)用棉纱等清除液压油箱放油螺塞上的油污。

(4)将废油桶置于放油螺塞的正下方,用扳手拧开放油螺塞,将油箱中的液压油放出,并取出滤芯。将液压泵和油箱之间的管路从泵的接口处拆开,放出管路里的油液。

(5)用冲洗液清洗液压油箱和管路;清除放油螺塞磁铁上所吸附的铁屑等污物;用去脂擦布把油箱内部擦净,如用去脂擦布很难把油箱擦净,可将面粉与适量的水混合在一起搅拌到能拉伸的程度时将其分成若干份,用面团分几次粘干净液压油箱,尤其是油箱的边角处和滤芯筒。

(6)重新放入新的滤芯;将液压油箱与泵的管路连接好,必要时更换管接头处的O形圈;更换放油螺塞的密封圈,重新拧紧放油螺塞。

(7)用擦布将液压油箱加油口处擦拭干净,用手摇式加油机(或滤油机)将干净的液压油加入油箱。当油箱液面高度处于油尺或油量表的最大刻度至最小刻度之间时,说明油量合适。

(8)拧紧油箱盖,排除液压系统的空气。

(9)清点工具,清扫场地。按环保要求处理废油。

任务总结

(1)密度:单位体积液体的质量称为密度。

(2)可压缩性:液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。

(3)黏性液体在外力作用下流动时,液体分子间的内聚力阻碍液体分子之间的相对运动而会产生一种内摩擦力,黏性是液压油的重要性能参数,它的大小通过黏度来度量。

(4)液压油有多种类型:矿物类液压油、合成类液压油、乳化型液压油。

(5)液压系统对液压油的基本要求。

(6)液压油的选择应考虑:工作压力、运动速度、环境温度、液压泵类型。

(7)合理使用液压油。 EX/BwONv7BfmjxTv+XiVRnKBb9ZxpLRKJlb5XI5pX/Tt5fP1VLOiDy82Gwnwzthf

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