剖析工程液压油的选取范文

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工程机械液压系统与工业设备液压系统的差异

工程机械液压系统与工业设备液压系统的差异如表4所示。从表4可以看出，工程机械液压系统的工况较工业设备的液压系统工况更为苛刻。因此，要求油品具有更好的热稳定性、氧化安定性、极压抗磨性、粘温性能、低温性能等。

其他工程机械液压油的产品标准

JCMA为日本工程机械协会，其成员主要包括小松、卡特彼勒、住友、日立等工程机械公司及石油公司等。为了建立一个工程机械液压油的规格，JCMA的燃料和润滑委员会自1999年开始进行调研。并于2004年12月了工程机械用液压油的规格，包括JCMASHK和HKB两部分。其中HK是一个工程机械用的矿油型抗磨液压油规格，JCMASHKB规格为环境友好型的液压油规格。

JCMASHK规格中将油品分为单级和多级两部分，各包括32、46两个粘度级别，如表5所示。其中多级的油品在低温和粘温性能上优于单级的油品。JCMASHK规格中对粘温性能和低温性能的要求如表6所示（以32粘度级别为例）。从表6及表2可以看出，JCMASHK规格中对于低温和粘温的性能要求，对于单级油来说，与GB11118.1中L-HM级别相当；对于多级油来说，对低温性能的要求介于GB11118.1中L-HV和L-HS之间，对于粘温性能的要求低于L-HV。此外，在JCMASHK的规格中，还增加了高压台架泵试验、摩擦特性试验以及不同种类的密封材料的相容性试验。

工程机械用液压油的选择

从上面的讨论中可以看出，L-HM、L-HV、L-HS等多个质量级别液压油均可用于工程机械液压系统，每个质量级别又包含多个粘度级别，比如L-HV液压油，包括10、15、22、32、46、68、100等7个粘度级别，因此需要针对工程机械具体的工况特点，准确的选择某个质量级别和某个粘度级别。

1选择液压油粘度等级及质量等级时应考虑的几个方面

1）REXROTH对粘度等级和质量等级的选择建议REXROTH在RE90220（轴向柱塞泵用矿物型液压油标准）中谈到，选择粘度等级应考虑在环境温度下的启动粘度（如有必要还要考虑倾点）及根据系统和运行参数得出的最优运行粘度。同时，在此标准中给出的粘度范围为：I：5mm2/s（115℃）～1600（-40℃）mm2/s。II：10mm2/s（90℃）～1000（-25℃）mm2/s，最佳工作粘度范围为16～36mm2/s（其中I和II是针对REXROTH不同规格的泵提出的粘度范围要求）。对于单级液压油（如图2所示为粘度指数为100的液压油），给出了如下的粘度—温度图。根据REXROTH推荐的最高粘度、最低粘度及最优粘度范围，从图2可以得出不同粘度级别（粘度指数为100）的油品适用的最低温度和最高温度及最佳工作温度范围。比如对于ISOVG22，适用的温度范围为-23~60℃，最佳温度范围为25~45℃；对于ISOVG46，适用的温度范围为-5~86℃，最佳温度范围为42~63℃；对于ISOVG68，适用温度范围为5~90℃，最佳温度范围为42~63℃。

用户可以结合自己液压系统或液压件所要求的最高粘度、最低粘度、最优粘度要求及对工作温度范围的需求，对照图表选出适宜的油品粘度等级。此外,该标准还建议在每种情况下均应尽可能选择最高的粘度等级。比如，在环境温度为X℃，工作温度为60℃时，在最优的运行粘度范围内，可对应VG46和VG68，应选择VG68。该标准中对于单级的液压油还做了如下推荐：VG22：用于北极的环境及极长的输送管道。

VG32：用于欧洲中部冬季环境。VG46：用于欧洲中部夏季环境或封闭环境。VG68：用于热带或高温地区。VG100：用于极高的温度。标准中还提到，高粘度指数的液压油（也称为多级油）（VI≥140）的HVLP（相当于我国国家标准的L-HV及以上质量级别）适用于宽的温度范围，尤其是移动设备比如工程机械。2）不同OEM对液压油最大粘度、最小粘度及最优粘度范围的要求由于泵的类型不同，OEM的设计不同，所以不同OEM、不同液压元件对液压油最大粘度、最小粘度及最优粘度范围的要求略有不同。DENISON认为的粘度范围为10~1618mm2/s（柱塞泵），Eaton对于移动设备的粘度范围要求为10~860mm2/s（移动设备柱塞泵），Kawasaki认为的粘度范围为10~1000mm2/s（K3V），Danfoss认为的粘度范围为7~1600mm2/s（轴向柱塞泵）。前面提到REXROTH的要求为I：5~1600mm2/s，II：10mm2/s~1000mm2/s。

可以看出不同液压泵、不同OEM要求较为接近，但不尽相同。所以主机厂或用户在选用液压油粘度等级时，应考虑选用的液压元件对液压油最大粘度、最小粘度及最优粘度范围的要求。3）同一粘度，不同粘度指数的油品，适用的温度范围不同同一粘度，不同粘度指数的油品，其粘-温图不同（所以在图2中强调是VI为100的粘-温图），适用的温度范围不同。例如，对于粘度等级相同（同为46#油）的多级油（如L-HV、L-HS）和单级油（如L-HM），由于粘度指数不同其使用温度范围也不同，如图3所示。

图3表现了两个40℃运动粘度均为46mm2/s的液压油，由于它们的粘度指数不同,在高温粘度达到10mm2/s和低温粘度达到1000mm2/s的温度点不同，所以这两个油品虽然同为VG46的液压油，其使用的温度范围不同。粘度指数高的液压油使用的温度范围更宽。图4的四条线分别为粘度指数不同的四个油（40℃运动粘度均为32）操作温度范围的示意图，选取的高、低温粘度为10～1000mm2/s。可以看出，同一粘度级别的油品，由于粘度指数的不同，对应了不同的使用温度范围。因此，选取液压油的粘度级别时，应同时考虑粘度级别、粘度指数两个素。可根据选定的油品（粘度和粘指已确定）的粘度—温度图来判断是否满足低温粘度、高温粘度及最佳操作粘度要求。4）粘度选择不合适带来的影响如果粘度选择不合适，会带来如下的影响，如图5所示。可以看出，选择的油品粘度太小，油品的承载能力差，会造成设备磨损，减小设备寿命；干磨损或边界润滑的状态，会带来过热；粘度太小还会降低泵的体积效率。选择的粘度太大，会造成液压泵的机械效率低，低温时流动性差，造成润滑区流量低等。5）粘度对泵效率的影响粘度对液压泵效率的影响包括对容积效率和体积效率的影响。容积效率和体积效率共同形成了总效率。

如图6所示。对于粘度偏小带来的对容积（体积）效率的影响以及粘度偏大带来的对机械效率的影响，有资料表明，有添加剂公司和液压泵公司做过相关的台架试验研究。图7和图8为在不同的压力、温度和转速下四个粘度级别（32、46、68、100）油品在叶片泵台架试验中分别表现出的容积（体积）效率和机械效率。图7中，8组试验数据分别为不同压力、温度、转速和不同粘度下体积效率的表现情况。

在大多的测试条件下，对于体积效率来讲，粘度越高，效率越高。图8中，8组试验数据分别为不同压力、温度、转速和不同粘度下机械效率的表现情况。在所有的测试条件下，不同粘度级别对机械效率的影响较小。研究结果表明，对于叶片泵来讲，总效率的差异是由体积效率而导致的，在某些试验条件下接近10%（见图9）。而由机械效率带来的差异小于1%通过上述粘度对叶片泵机械效率和体积效率的影响研究看出，在考虑粘度对上述两方面的影响时，应重点考虑粘度对叶片泵体积效率的影响，这是主要因素，在同样条件下，选择粘度稍高的油品对总效率有利。

图10～图12为在不同的压力、温度和转速下不同粘度级别（32、46）油品在柱塞泵上分别表现出的容积（体积）效率、机械效率及总效率。图10中，8组试验数据分别为不同压力、温度、转速和不同粘度下体积效率的表现情况。可以看出，所有测试条件下，不同粘度级别的油品对柱塞泵体积效率影响很小。图11中，8组试验数据分别为不同压力、温度、转速和不同粘度下机械效率的表现情况。可以看出，所有测试条件下，ISOVG32相比46粘度来说，柱塞泵机械效率高。因此，对于柱塞泵来说，机械效率是其总效率的影响因素，选择粘度低的油品，有利于提高柱塞泵的总效率。

综上，对于液压油粘度的选择，可以根据工程机械设备选用的液压元件对液压油高、低温粘度及最佳粘度范围的要求，及不同粘度、不同粘度指数的油品的粘度、温度图及设备操作的实际温度范围来选择液压油粘度。注意如果选择单级液压油，要根据温度的变化及时换油，不能做到四季通用或南北地域通用。如果选择多级油，应用的温度范围较宽。从液压泵效率最大化的角度来讲，影响叶片泵总效率的主要是体积效率，选择粘度稍大的油品对叶片泵的总效率有利。影响柱塞泵总效率的主要是机械效率，选择粘度稍小的油品对柱塞泵的总效率有利。

2对于液压油抗磨性的选择

RE90220标准中提到，压力等级分为4级，0级为压力在8～12.5MPa之间，对FZG的要求小于5级（失效级，下同）。1级为压力在12.5～20MPa之间，对FZG的要求为5～6级，2级为压力在20～25MPa之间，对FZG的要求为7～9级，3级为25～30MPa之间，对FZG的要求为10级。对于工程机械液压系统，压力通常在RE90220分级中的3级或更高，因此应选择FZG为10级或以上的液压油。我国的液压油国家标准中HM、HV、HS液压油在FZG的要求上均为不小于10级（32#及其以上粘度级别）。对于工程机械来讲，压力等级通常属于RE90220标准分级中的3级或更高，因此，应选择抗磨液压油，至于选择HM、HV、HS中哪个质量级别，要结合5.1节进行选择。为了评价液压油的抗磨性，国外液压元件制造商推出了一些高压台架泵标准试验，比如EATON公司的35VQ25A高压叶片泵台架、比如DENISON公司的T6H20C双泵（柱塞泵和叶片泵）试验台架及日本工程机械协会（JCMA）关于液压油规格JCMASHK规格中引入的小松的HPV35+35的高压柱塞泵试验。建议用户在选择抗磨液压油时，除了考虑FZG的等级之外，还可以尽可能选择通过高压泵试验的油品。

3对于液压油清洁度的选择

RE90220标准中提到，保证轴向柱塞泵正常使用的清洁度最低要求为NAS9级，如在高温（90～115℃）下使用，清洁度应提高一个等级，最低等级应为8级。可以使用过滤器，要求过滤器的β值大于100，以保证过滤效率。

小结

根据国际和我国分类标准，液压油产品包括很多大类，根据工程机械液压系统的特点，适用于工程机械液压系统的液压油为分类标准中的矿物油型和合成烃型液压油，但这其中又包括许多粘度级别和不同的质量等级。在工程机械用液压油的粘度等级、质量等级的选择上，要考虑液压系统或液压件要求的最高粘度、最低粘度及最优粘度范围，同时还要考虑油品的粘度指数、工程机械使用时工况条件（高、低温的温度范围要求）及不同粘度等级油品对液压泵总效率的影响。对于液压油抗磨性的选择，可根据液压系统的压力范围，来选择达到不同FZG等级的油品。同时对于液压油的清洁度等关键指标，也要重点考虑。

作者：陈惠卿单位：中国石化长城润滑油公司