中国液压技术的发展趋势前言液压技术是实现现代传动与控制的关键技术之一,与其他传动相比,液压传动具有结构紧凑、反应灵敏、易实现操作自动化等特点。

液压油是液压技术的一个重要组成部分,在液压系统中它起着能量传递、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。

随着液压系统的技术发展,精密元件的应用越来越广泛,如电液伺服阀、精密过滤器等,对液压油质量要求逐渐提高。

要求液压油应具有优良的粘温性能、抗磨性能,与相关材料的适应性、过滤性,特别是热稳定性及氧化安定性要好,确保液压油在使用过程中有很好的清洁度,以满足日益更新的液压系统用油要求。

1、液压油现状我国从60年代开始研制液压油,70年代研制成功HL抗氧防锈液压油和HG 液压导轨油,80年代研制生产出HM抗磨液压油、HV、HS低温液压油及抗燃液压油,为各种液压设备提供了适宜的液压油。

90年代研制成功了产品质量符合DenisonHF-0规格的高压抗磨液压油(叶片泵17.5MPa,柱塞泵34.5MPa),目前我国的液压油品种较为齐全,但与国外各大石油公司相比还有一定差距, 主要表现在国内油品生产厂家几乎没有清净液压油和绿色液压油产品上市。

液压油大体上可分为抗磨液压油、抗燃液压油、清净液压油、绿色液压油(可生物降解液压油)等品种,其中使用量最大的为抗磨液压油,全国年产约25万t。

1.1、抗磨液压油国外各大石油及化学公司均有各种类型不同牌号的抗磨液压油系列产品出售,年产约为1000万t。

有代表性的、被用户普遍接受的抗磨液压油规格有:美国的VickersI-286-S、M-2950-S规格和CincinnatiMilacronP-68、P-69、P-70规格;前联邦德国的DIN51524(II)规格。

VickersI-286-S规格主要强调35VQ-25叶片泵试验;M-2950-S规格主要强调V104C叶片泵试验;Cincinnati MilacronP-68、P-69、P70规格主要强调油品的热稳定性和对金属材料的适应性;DIN51524(II)规格主要强调油品的负载能力,即运动金属部件表面接触的润滑剂可承受的最大负荷,该规格油品主要适用于欧洲市场。

1994年我国颁布GB11118.1-94液压油标准,该标准所属产品包括HL、HM、HV、HS和HG5个品种。

与国际代表性的几个标准相比较,具有品种齐全、性能要求全面、综合性强、能与国际标准接轨的特点。

HL是通用机床使用的抗氧防锈液压油;HM为抗磨液压油,抗磨性能突出,应通过FZG齿轮试验机、V104C叶片泵台架试验;HV与HS属低温液压油寒区冬季使用;HG为液压导轨油,要求有适宜的动-静摩擦系数和防爬滑能力。

抗磨液压油的技术关键是有较好的价格性能比和研制具有市场竞争力的复合剂,国外总剂量从早期的1.5%左右降到目前的0.6%,国内目前最好水平为0.8%左右。

说明还有一定的差距。

抗磨液压油添加剂配方类型可分为两种,一种为以ZDDP(二烷基二硫代磷酸锌)为主剂的锌型配方体系,另一种为无灰配方体系。

由于ZDDP中的锌对青铜部件有腐蚀作用,而柱塞泵内又有青铜部件,锌型配方的液压油在柱塞泵上的应用受到限制,因此开发出了无灰配方。

目前,两种配方平衡发展,国内大部分生产厂家均生产HL、HM、HV等产品。

1. 2、高压抗磨液压油高压抗磨液压油适用于含高压泵(叶片泵最高压力17.5MPa,柱塞泵最高压力34.5MPa)的液压系统。

在满足GB11118.1-94中HM液压油优级品基础上,还要通过Denison公司的T5D叶片泵和P46柱塞泵两种高压泵台架试验。

美国的DenisonHF-0、HF-1、HF-2规格是目前世界上最具代表性的, 其中HF-0规格要求油品在高压下具有抗磨性和润滑性,油品既要通过DenisonT5D叶片泵试验,又要通过DenisonP46柱塞泵试验;叶片泵为钢钢摩擦副,柱塞泵为钢- 铜摩擦副,两种泵对油品抗磨性能和润滑性能特点要求不尽相同,在某种程度上互相矛盾,一般质量品质的液压油很难满足要求。

另一方面,HF-0规格对油品的氧化安定性要求十分严格,进行ASTMD943(1000 h)及CM热稳定性试验,确保机械设备在苛刻条件下长周期运转。

原大连石化公司石化研究院从美国西南研究院引进了DenisonT5D和DenisonP46台架试验机, 已通过鉴定并投入评定工作。

上海同济大学也已建立了相关的试验台架( DenisonT6D叶片泵和SauerSundstrand24柱塞泵) 。

国内有大连石化、兰炼、锦西石化、茂名石化和上炼等几家的高压抗磨液压油通过上海同济大学的高压泵台架试验,与国外同类产品质量相当。

这些油品添加剂配方类型既有锌型的,又有无锌的,总剂量为1.0%~ 1.5%。

1. 3、清净液压油装有电液伺服阀的液压系统需使用清净液压油,对液压油的质量要求很高, 特别是油中的固体颗粒不可超过一定的范围。

固体颗粒对液压系统的危害是严重的,它使液压泵、液压阀等精密元件大面积过早磨损而丧失工作能力,液压系统无法正常运转。

固体颗粒产生的原因有多方面,成品油中固有的,由于油品运输、储存管理不当造成的二次污染,设备安装检修时清洗不彻底都会给液压油带来新的污染。

这些因素引起的固体颗粒污染均可以通过反复精密过滤等手段加以改善。

另一方面液压油本身的热稳定性及氧化安定性是影响液压系统能否长期稳定运行的最主要因素。

通常液压油在高温及氧气存在环境下,经一定时间作用后,由于添加剂分解、氧化反应等逐渐产生油泥、胶质、积炭等物质,这些物质对设备的危害很大。

在油品的研制过程中应充分重视这种问题, 解决该问题的关键是研制出热稳定性好、氧化安定性优、寿命长的清净液油。

国外公司清净液压油的生产及管理水平较高,专罐专用,专罐车运送至使用现场,经精密过滤后装入用户的专用油罐。

1987年航空工业部参照NAS1638(美国航空航天标准)制定国家军用标准GJB420-87飞机液压系统用油液固体污染度分级,固体污染度8级以下水平的油品可满足含有电液伺服阀及其它精密元件的液压系统用油要求。

固体污染度测定方法有两种: 一种是GJB380.4 -87,利用自动颗粒计数器测定油液固体颗粒污染度。

另一种是GJB380.5-87,利用显微镜计数法测定油液固体颗粒污染度。

前者仪器费用高,测定结果不受人为视觉影响。

后者仪器费用低,但测定结果受人为视觉影响。

国内上炼、兰炼均引进了自动颗粒计数器并已投入使用。

1. 4、抗燃液压油抗燃液压油主要用于冶金、采矿、电厂、机加工等行业的接近或临近火源、热源的液压系统。

主要分为水基液压油(水包油型、油包水型、水-乙二醇型)、磷酸酯型和其它合成型三种,分别适用于不同压力范围和不同温度范围的液压系统。

油包水型与水包油型抗燃液压油价格低廉,适用于温度和压力均较低的液压系统。

二者存在的问题是它的废油液对环境的污染较其它抗燃液压油严重,应开发可生物降解的水-化学液,以满足环保要求。

水-乙二醇抗燃液压油占抗燃液压油比例最大(50%左右),使用压力最高可达35MPa,随着液压装置向着高温、高压和高效率方向发展,提高水-乙二醇抗燃液压油的润滑性能及寿命显得非常重要,润滑性能的提高主要依赖于水溶性油性剂和抗磨剂的优劣,寿命依赖于优异的稳定性及综合性能。

磷酸酯型抗燃液压油,抗燃性能最突出,自燃点高达550以上。

即使在高温下着火,火焰不扩散。

适用于高温、附近有明火的液压系统。

它的缺点是对人有毒性且价格较其它类抗燃液压油高许多。

1. 5、绿色液压油21世纪人类更加注重自身的生存环境,环保问题近20年来已成为全球科学家重点研究对象,各国都颁布了相应的法律、法规控制环境污染,走可持续发展之路。

石油基油品生物降解性差,污染湖泊、河流、海洋及地下水系统,威胁人类的生存,为解决这一问题发达国家已开展了这一领域的研究工作,推出一系列可生物降解的润滑油。

1994年绿色液压油用量已占液压油总用量7% ,2000 年达到10%。

绿色液压油常被称为生物降解液压油,要求这类液压油能在较短的时间内被活性微生物降解为二氧化碳和水。

最广泛使用的生物降解性试验方法是: CEC(欧洲联合会) 于1982年发布的CEC-L-33-T-82,目前该方法已更名为CEC-L-33-T-93用于评定多种润滑油。

对绿色液压油来说要求其生物降解率大于80% ,基础液是影响润滑油生物降解性的决定因素,不同基础液的生物降解能力见下表1。

表1不同基础液的生物降解能力由表1可知:植物油及合成酯有较佳的生物降解性,大多使用这两种物质作为绿色液压油的基础油。

植物油主要由脂肪酸三甘油脂组成,作为基础液具有无毒、极好的生物降解性、可再生性、好的润滑性、高粘度指数等优点;同矿物油相比价格较高、氧化稳定性差、低温流动性差、水解安定性差等。

氧化稳定性差是植物油存在的主要问题,一般来说,亚麻酸和亚油酸含量越高,油酸含量越低,油品的氧化稳定性越差,高油酸的单不饱和酸含量高且多不饱和酸含量少的植物油,比一般植物油的氧化稳定性好。

植物油的氧化稳定性通过与适宜的抗氧剂复合而提高,也可通过种植技术即基因改性或化学改性来提高。

可生物降解添加剂是润滑油生物降解技术的重要组成部分,它不仅要改善润滑油的多种性能,还要不影响润滑油的降解性,美国Tthgo公司研制的生物降解润滑油专用复合添加剂( XT7033)可满足使用要求。

可生物降解添加剂不可含有重金属和危险的化学物质,可以使用浅色的硫化脂肪酸或衍生物和磷酸酯。

德国对液压油使用的抗氧剂( 酚类、胺类)、防腐剂及金属钝化剂进行了研究,发现酚类抗氧剂起主要作用且效果显著。

植物油与矿物油相比具有可再生性,与合成酯相比价格较低,随着对植物油改质技术的完善,植物油的应用前景更广阔。

目前,国际上没有统一的绿色液压油标准及生物降解性试验方法,这项工作有待完善。

国内已有一些研究机构(北京石化院、上炼石化院、上海大学、兰州化物所等)开展了绿色液压油的研究工作,但尚无商品化产品。

2、国内外液压油的差距我国液压油复合剂加入量一般都高于国外,油品的性能价格比较差。

这主要是由于我国液压油专用单剂少,如无灰硫磷型极压抗磨剂大多为齿轮油而研制, 化学活性较高,而液压油要求这类剂的化学活性要适中,化学稳定性好。

国内基础油生产方式大多采用老三套工艺,基础油中碱性氮含量高,碱性氮使抗氧剂作用效果大大降低,影响油品的氧化安定性。

国外基本上是使用加氢油作为基础油来生产润滑油,成品油各方面性能都得到提高。

国内添加剂及液压油生产管理水平较差, 产品质量不稳定,给使用者带来困难。

3、发展方向基础油是各功能添加剂的载体,是实现安全润滑的基础,基础油在提供润滑的同时,还受到热氧化作用和水污染等。

矿物油中的非理想组分,特别是碱氮氧化物,极易被氧化及乳化,加速油品的老化变质。