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水-乙二醇液压液的特性及其应用

发布时间:2020-06-06 11:47

  水-乙二醇液压液的特性及其应用_机械/仪表_工程科技_专业资料。水-乙二醇液压液的特性及其应用 (郑金传1, 董春红) (1.北京机械工业自动化研究所, 北京德外教场口一号 本文章转自《液压与气动》杂志) 在高温、易燃环境下, 为防止矿物液压油外泄引起火灾, 需

  水-乙二醇液压液的特性及其应用 (郑金传1, 董春红) (1.北京机械工业自动化研究所, 北京德外教场口一号 本文章转自《液压与气动》杂志) 在高温、易燃环境下, 为防止矿物液压油外泄引起火灾, 需要使用难燃液压介质。不会 燃烧的水-乙二醇液压液是一种比较理想的难燃液压介质, 已在矿产、 冶金和铸、 锻等要求防 火的液压系统中得到了广泛应用。 水-乙二醇就是乙二醇的水溶液, 市场上买到的这类液的水 含量一般在40%~ 50% 之间。液压系统中使用的水-乙二醇, 除水和乙二醇外, 还添加了高 分子聚醚和具有抗磨、防锈、防腐、消泡等功能的各种添加剂。目前国内使用的水-乙二醇 液压液主要有两类, 一类全部国产, 另一类关键成份进口, 然后在国内配制。 常用的N 46 水乙二醇液压液, 含水量为45% , 密度为1072kg?m 3, 呈红色或淡黄色。通常, 只要对系统稍加 改造,使用普通矿物油的液压系统, 包括常规元件液压系统、 比例或伺服元件液压系统都可以 改用水-乙二醇液压 液。 1.水-乙二醇液压液的主要性能 与液压系统关系密切的水-乙二醇特性主要有如下4 个方面: 1-1 水-乙二醇液压液的黏度 水-乙二醇液压液的黏度随温度的升高而降低, 实测某N 46 水-乙二醇液压液20℃时的 运动黏度约80mm 2?s, 40℃时约43mm 2?s , 50℃时约31mm 2? s。黏度指数为161。黏度随含水 量的降低而增加, 变化比较敏感, 水分蒸发或外界水分进入都会改变溶液的黏度。黏度还与 所含异物有关, 常见的情况是, 在更换液压元件或对原含油系统改造成水-乙二醇系统时, 混 入液压油, 此时黏度会大大升高, 甚至有堵塞系统中过滤器的危险。通常, 含油量不大于 011% , 极限情况时也不大于3%。此外, 水-乙二醇液压液是一种非牛顿液体, 黏度与运动的 剪切速度有关。 在标称黏度相等时, 水2乙二醇液压液的动压黏度, 明显低于矿物油的动压黏 度。 1-2 水-乙二醇液压液的腐蚀性 水-乙二醇液压液呈碱性, 实测某N 46 水-乙二醇液压液的pH 值约915。合格的水-乙二 醇液压液含有液相防腐剂, 对浸泡其中的钢铁类金属材料、铜或黄铜材料(青铜除外) , 不产 生腐蚀作用。一般的液压阀、液压泵等均可直接使用, 但订货时需要特别声明, 以便厂家作 相应的调整, 因为有些液压用材料会与水-乙二醇液压液发生化学反应。 如聚氨酯材料的密封 圈, 水-乙二醇液压液会使其软化变形, 破坏其密封性能, 不能使用。目前使用性能较好的密 封材料是氟橡胶, 其次是丁腈橡胶。金属材料如锌、镉、铅和未经阳极处理的铝等均会与水 -乙二醇液压液发生化学反应, 产生异物污染液压系统。 其他如有机玻璃材料的液位计、 一般 的工业用漆等均不适用于以水-乙二醇液压液作介质的系统。 1-3 水-乙二醇液压液的挥发性 水-乙二醇液压液在敞开的环境中会慢慢地挥发,溶液中的水分也会蒸发, 此水溶液也 会吸收空气中的水分或其他气体成分, 使性质发生改变, 严重时会导致不能使用。 合格的水乙二醇液压液含有气相防腐剂,可保护封闭油箱内介质上方的碳钢类材料不被氧化。实际使 用发现, 若油箱敞开过久, 水-乙二醇液压液中的气相防腐剂挥发损失, 油箱内不浸没在介质 中的碳钢类金属表面会发生严重锈蚀。 为保护气相防腐剂, 水-乙二醇液压液系统通常做密闭 处理, 这一点与使用普通液压油系统有很大的不同。此外, 在装拆维修或其他原因产生泄漏 时, 应及时解决问题, 外表留下的残液要尽快擦拭干净, 否则会引起锈蚀。 1-4 水-乙二醇液压液的润滑性 与相同黏度的矿物油相比, 水-乙二醇对运动摩擦副的润滑性能稍差, 不能在金属表面 生成牢固的极压润滑膜。这一点对于流体动力润滑摩擦副影响较小, 但对重载的滚动轴承影 响较大。 尤其是滚针轴承, 水-乙二醇液压液在该类轴承中形成的油膜极易破坏, 导致轴承碎 裂。通常, 滑动轴承支承时的叶片泵仍可按额定参数使用, 但滚动轴承支承的齿轮泵和轴向 柱塞泵, 一般只能按50% 额定压力工作。阀配流的三柱塞泵, 因无重载滚动轴承, 即使使用 水-乙二醇液压液, 也仍能输出45M Pa 的工作压力。 2.水-乙二醇液压液的应用 由于水-乙二醇液压液与矿物液压油的不同特性,除了系统选用的元件和辅件, 在订货时 需向厂家特别声明外, 系统在设计使用时往往还要作些特殊和处理。 2-1 液压泵的使用 常用的叶片泵、齿轮泵、柱塞泵均可以使用水-乙二醇液压液作介质。考虑到目前的技 术水平, 普通叶片泵和齿轮泵的工作压力以不高于7M Pa 为宜, 高压齿轮泵和柱塞泵可用至 16M Pa。水-乙二醇液压液的饱和气压较低, 容易产生气蚀。为防止气蚀, 常用的措施有: (1) 加大泵的吸油管直径, 一般要比使用相同流量矿物油时的管径大10%~ 15%。(2) 降低泵的 转速, 必要时甚至要更换电动机。(3) 改变泵的安装位置。如果油箱不大, 建议油箱上置, 将 泵放在油箱的下面; 如果油箱很大, 可将泵放在油箱的旁边。 2-2 过滤器的使用 水-乙二醇液压液对过滤器无特殊要求, 但镀锌零件, 应改为磷化处理。在液压泵的吸 油口、出油口以及系统回油管中, 均可以安装过滤器。过滤器的过滤精度与使用矿物油时相 当, 甚至可以用精度达3 Lm 的精密过滤器。但考虑到水-乙二醇液压液的密度比普通矿物液 压油大(超过1) 以及使用中可能被油液污染的实际危险, 过滤器的容量应是泵流量的3~ 5 倍, 比使用矿物油时的容量稍大些。 2-3 油箱的体积 水-乙二醇液压液的油箱容量与普通矿物油的油箱容量相当。由于水-乙二醇液压液的 消泡性能稍差,所以要求油箱体积至少取泵每分钟最大输液量的3~5 倍以上, 地面系统一般 以大于10 倍为宜。 2-4 油箱材料及内壁处理 目前水-乙二醇液压液的油箱材料主要有两类, 第一类是油箱常用的普通碳钢材料。由 于一般油箱用的防锈涂料均不耐水-乙二醇, 因此焊接、 除锈、 磷化、 清洁等处理后直接使用, 即所谓的“裸体”油箱。这种油箱制造工艺简单, 但如果油箱的密闭性做的不好, 在液面附 近, 有时水-乙二醇液压液浸泡、 有时又露在空气中的部分很容易产生锈蚀。 国外有资料介绍, 用环氧树脂作油箱内壁涂料, 但国内尚未见到此类处理的报道。第二类油箱材料是不锈钢, 常用的有1Cr18 或1Cr13等型号, 做成全不锈钢油箱, 可解决防腐问题, 但设备成本较高。 2-5 油箱的密闭结构 虽然像普通油箱那样, 由空气滤清器与大气相连的油箱也用于以水-乙二醇液压液为介 质的系统, 但为了尽量减少与大气的交换, 水-乙二醇液压油箱通常设计成密闭结构。 这种结 构油箱内部的气压往往略高于油箱外部的大气压力, 又称加压油箱。普通油箱上常用的空气 滤清器被一个双向的低压限压阀代替。由于油箱内外存在压力差, 为提高油箱的耐压能力, 油箱可以设计成圆形。另外, 油箱内的水-乙二醇液压液不能加得太满, 要留出足够的空间, 以减少由于油箱内介质体积变化而引起的油箱内压力的太大波动。 留出空间的大小要视系统 而定, 如果系统包含单出杆液压缸、蓄能器这类工作时会引起油箱内介质体积变化的元件, 留 出的空间要大些。 2-6 油箱消泡 水-乙二醇液压液的消泡性能不如普通矿物油。 在同样的条件下, 气体在水-乙二醇液压 液中的逸出时间要比在普通矿物油中长。有实验显示, 在相同的条件下, 矿物油消泡时间只 需4~ 8 分, 而水-乙二醇液压液的消泡时间需要14~ 35 分。 为了便于消泡, 水-乙二醇液压 液的油箱通常设计成两室, 用开窗带滤网的倾斜钢板隔开, 并加大油箱内介质与空气的接触 面积。 2-7 油箱的温度控制 水-乙二醇液压液的工作温度范围不如普通液压油宽。 46 水-乙二醇的使用界限温度是 N - 20℃~ +85℃, 最佳温度范围是+ 40℃~ + 50℃, 对使用温度的控制精度要求较高。 虽然水 -乙二醇的导热性能比矿物液压油好, 但通常还要加大冷却装置的功率。水-乙二醇液压液油 箱一般不采用加热装置, 因为加热时, 有可能使内部的高分子添加剂变质。当外界温度很低, 如-5℃~ 10℃时, 可以加热, 但要严格限制加热功率密度,一般不应大于017W ? cm 2。此外, 加热时液体表面温度不应超过60 ℃。 3 从矿物油系统改造成水-乙二醇液压液系统时的注意事项 除了上面提到的需对系统进行的改造外, 从矿物油系统改造成水-乙二醇液压液新系统 时应特别注意如下几个步骤: (1) 彻底放空设备中的矿物油, 包括油箱、 管道、 液压元件、 辅件等中的液压油, 必要时, 可逐个拆下清洗。 (2) 彻底清除油箱内壁上的油漆, 一般可采用化学溶剂或喷沙等办法。 油漆清除后, 油箱 应重新磷化。 (3) 用1~ 2 倍软水或蒸馏水稀释水2乙二醇液压液, 用稀释后的溶液对系统采用低压、 大流量方式循环冲洗2~ 4 小时。然后将清洗液排放干净。 (4) 更换或清洗系统中的过滤器滤芯, 清除油箱内剩留的杂物或油污。 (5) 装入合格的水-乙二醇液压液。如发现介质表面有油污或泡沫, 应设法撇去。 4 水-乙二醇液压液系统的运行和维护 除了常规的液压系统运行维护, 如保持外观整洁、 定期检查介质清洁度外, 水-乙二醇液 压液系统在运行过程中还应特别注意如下两点: 4-1 黏度检测 水-乙二醇液压液的黏度要定期检测, 以保证系统处于最佳润滑状态。 在运行初期, 可每个月 甚至每周检测一次, 以后可每半年检测一次。如发现黏度高于原指标的20% , 很可能是介质 中的水分蒸发, 应及时添加软水或去离子水。如发现黏度低于原指标, 很可能是外面的水进 入了系统, 常见的情况是冷却器内部漏水, 应迅速查明原因, 及时处理。 4-2 pH 值检测 水-乙二醇液压液的pH 值也要定期检测, 通常随黏度检测同时进行。ag追杀证据, 水-乙二醇液压液具 有较稳定的化学特性, 出厂时的pH 值一般控制在815~ 1015 之间,正常使用时pH 值不会 发生明显变化。如果pH 值低于8 时, 应及时添加新液或专用添加剂甚至更换新液。如果高 于1015, 往往是介质受了污染, 要查明原因并及时更换。 5 结论 虽然水-乙二醇液压液的使用性能, 目前有些方面还不如普通的矿物液压油, 但它使用 中无毒、价格适中、使用寿命长、系统不必做太大的改动就能方便地使用, 不失为一种实用 的难燃液压介质。它的难燃性能优于乳化液, 与磷酸酯相似, 面价格大大低于磷酸酯。正确 地维护保养, 水-乙二醇液压液系统也可以像普通矿物油系统一样, 长期、可靠地工作。高温 易燃环境中的液压系统, 可把水2乙二醇液压液作为首选的介质。□