Hydrauliska motortyper - En detaljerad guide (2023)

En hydraulmotor är ett mekaniskt manöverdon som omvandlar vätskekraft (hydrauliskt tryck) till rotationsmekanisk energi (vridmoment) och vinkelförskjutning (rotation). En hydraulmotor kan utveckla mycket starka vridmoment, med tanke på dess små dimensioner.Hydraulmotorer är utbytbara med hydraulpumpar eftersom de utför motsatt funktion. Många hydraulpumpar kan dock inte användas som hydraulmotorer eftersom de inte kan drivas tillbaka. Dessutom är hydraulmotorer konstruerade för att hantera arbetstryck på båda sidor av motorn. Däremot är de flesta hydraulpumpar beroende av lågt tryck från vätskebehållaren på ingångssidan och läcker vätska när de används som motor.

Tillämpningarna av hydraulmotorer blir fler och fler. De används vanligtvis när en långsam eller snabb roterande rörelse med konstanta hastighetsvariationer krävs.

Hydrauliska motortyper

Det finns fyra grundläggande typer av hydraulmotorer:

1. Motorer av växeltyp (interna eller externa växlar).
2. Hydraulmotorer av lamelltyp.
3. Motorer av radiell kolvtyp.
4. Hydraulmotorer av axialkolvtyp.

De kännetecknas av:

1. Deras maximala rotationshastighet– Eftersom hydraulmotorer är volymetriska enheter kommer deras hastighet att vara mer eller mindre proportionell mot den adekvata flödeskapaciteten hos matningspumpen.
2. Deras maximala drifttryck.
3. Deras förskjutning, som kan vara fast eller variabel– Deplacement är den mängd olja som motorn måste förses med för att uppnå ett axelvarv.
4. Deras konstanta och högsta kraft– Två typer av kraft,kraft som absorberas av hydraulmotorn,vilket beror på flödeskapaciteten och matningstrycket, ochkraft som tillförs av hydraulmotorn,vilket beror på den absorberade effekten och uteffekten. Det senare varierar mellan 70 och 90 procent beroende på motortyp och förluster beror på friktion och läckage.

1. Hydraulmotor av växeltyp

Hydraulmotorn av kugghjulstyp består av två växlar, tomgångsväxeln och den drivna växeln, som är fäst vid den utgående axeln. Högtrycksoljan rinner in på ena sidan runt kugghjulens periferi mellan växelspetsarna och motorhuset till utloppsporten. Kugghjulen låser ihop och tillåter inte oljan från utloppssidan att rinna tillbaka till inloppssidan.

Den viktigaste fördelen med hydraulmotorn av växeltyp är att katastrofala haverier är mindre vanliga än i de flesta andra typer av hydraulmotorer. Detta beror på att kugghjulen gradvis sliter ner huset och huvudbussningarna, vilket minskar motorns volymetriska verkningsgrad gradvis tills motorn är oanvändbar. Detta händer ofta långt innan slitage gör att enheten fastnar eller går sönder.

2. Hydraulmotor av lamelltyp

En skovelmotor består av ett hus med en excentrisk borrning, som driver en rotor med skovlar som glider in och ut. Kraftskillnaden som skapas av den obalanserade kraften från den trycksatta vätskan på bladen får rotorn att snurra i en riktning.

3. Hydraulmotor av radialkolvtyp

Den hydrauliska radialkolvmotorns funktion är att omvandla energin från vätsketrycket till rotationsmekanisk energi. Riktningsventilen, en fast och central del av mekanismen, är en pinneaxel utrustad med två ledningar, en för vätskeintag och en för dränering. Rotorn som vrider på riktningsventilen är försedd med radiella hål i vilka fritt flytande kolvar arbetar.

En hydraulisk motororganisation av radialkolvtyp är identisk med den för en pump av samma typ. Det inkluderar:

1. Stator.
2. Riktningsventil (fast och central del av mekanismen).
3. Rotor.
4. Kolvar (ett udda antal är installerade i rotorns hål).
5. Insugnings- och tillförselledningar (monterad på riktningsventilen).

Kolvarna i kontakt med det fasta spåret och roterade av rotorn har en fram- och återgående rörelse i förhållande till rotorn. För att hålla ett motorvridmoment konstant installeras vanligtvis ett udda antal cylindrar. Hydraulvätskan, trycksatt av pumpen, kommer in i hålen och pressar kolvarna mot statorns spår under ett halvt varv. Följande halva varv levererar vätskan till riktningsventilens dräneringsledning. Under tryckbelastningen på kolven utövar statorn belastning på kolven, vars drivande tangentiella komponent gör att rotorn och kolvarna roterar. Denna rörelse driver motorns utgående axel. Systemen är vanligtvis utrustade med rullar för att minska förlusterna på grund av kolvfriktion på banan.

En hydraulmotor av radialkolvtyp, utrustad med en excentrisk stator, är uppbyggd enligt följande:

Denna typ av motor ger endast medelhögt vridmoment, men den kan rotera ganska snabbt eftersom varje kolv bara kräver en volym hydraulvätska per varv. Genom att variera excentriciteten kommer vi att kunna ändra motorns hastighet och få dess reversibilitet för ett konstant flöde. Eftersom tangentiell kraft utövas på en stor hävarm (radien på statorn), kommer vridmomentet att vara mycket högt. Vi kommer alltså att ha en relativt långsamtgående motor med ett mycket högt utgående vridmoment.

4. Hydraulmotor av axialkolvtyp

Sedan flera år har motorer av axialkolvtyp, även kallade cylindermotorer, använts alltmer inom alla områden, från offentliga arbeten till jordbruk, industri, järn- och stålproduktion, flygteknik, etc.

Axiella kolvsystem är lämpliga för tunga fordonsöversättningar, som är ganska vanliga inom jordbruk och offentliga arbeten. De främsta fördelarna är följande:

• Högt vikt/effektförhållande.
• Hög rotationshastighet (upp till 3 500 rpm).
• Verksamhet under högt tryck.

Motorn av axialkolvtyp inkluderar ett cylinderblock som inkluderar ett visst antal axiella perifera hål (pipa), sammanfogade kolvar på en drivplatta och en riktningsventil för plattor med inlopps- och utloppsportar enligt följande illustration:

Eftersom drivplattan har ett vinkelläge i förhållande till cylindern, orsakar vätskeintaget i cylindrarna kolvarnas förskjutning, vilket gör att drivningen roterar. För varje cylinder finns det en fas av insug och effekt per varv. Kolven appliceras på den lutande plattan med kraft som är proportionell mot trycket. Denna kraft sönderdelas till en kraft som tenderar att minska vinkeln och till en kraft som tenderar att få plattan att rotera.

Drivaxelns rotationsriktning är kopplad till plattans lutning i förhållande till cylinderns axel. På vissa typer av aggregat med axiella kolvar är det möjligt att ändra denna lutning. Detta innebär att hastigheten kommer att variera vid konstant flöde och en motor med två flödesriktningar erhålls.

Motor med två flödesriktningar

På motorer av axialkolvtyp beror drivaxelns rotationsriktning, men inte enbart, på plattans lutning i förhållande till cylinderns axel. På vissa typer av aggregat med axiella kolvar är det möjligt att ändra denna lutning. Detta betyder att för en konstant flödeshastighet kommer hastigheten att variera, och vi kommer att få ändringen av flödesriktningen för motorn enligt följande illustration:

Hur klassificeras hydraulmotorer?

Hydraulmotorer delas in i två klassificeringar: höghastighets- och låghastighetshydraulikmotorer.

1. Höghastighetshydraulikmotorer av axialkolvtyp

Höghastighetsmotorkategorin inkluderar swashplate och in-line axelenheter och vinklade axelenheter.

A. Swashplate och in-line axelmotor

Följande illustration representerar en swashplate och in-line axelmotor:

Drivaxeln mottar på sina centrala splines cylindern, som inkluderar nio hål som innehåller nio kolvar. När motorn står stilla är 4 till 5 kolvar trycksatta. Tillförseln till motorn måste övervinna det resistiva vridmomentet för den motor som drivs. Vridmomentmotståndet orsakar en ökning av trycket i kolvkamrarna som är anslutna till vätskeintagsporten.

B. Vinklad axelmotor

Funktionsprincipen liknar den tidigare motorn, endast elementens position ändras.

2. Hydraulmotorer med låg hastighet

Hydraulmotorer med låg hastighet har konstruerats för att inte överstiga 300 rpm. Denna typ av motor har konstruerats för att det var nödvändigt att få en låg rotationshastighet och ett högt drivmoment. Lågvarvsmotorn är alltså en roterande anordning som omvandlar den hydrostatiska energin från pumpen till en roterande rörelse med högt vridmoment.

Det finns två huvudtyper av låghastighets radialkolvmotorer:

1. Utvändiga kammotorer.
2. Inuti excentriska kammotorer.

Hydraulmotorer med låg hastighet används för rotation och färd för alla typer av varuhanteringsmaskiner, såsom kranar, portaler, vinschdrifter, blandarrotation, borrmaskinrotation, etc.

Låghastighetsmotorn skiljer sig från höghastighetsmotorn eftersom den fungerar som en hydraulisk reduktionsväxel. Den kan således överföra högt vridmoment utan att använda mekaniska reduktionsväxlar. För alla låghastighetsmotorer, hastigheter på cirka ett varv per minut. Den maximala hastighetsgränsen för låghastighetsmotorer beror vanligtvis på dimensionerna på insugnings- och tillförselkanalerna i mottagaren. När en viss rotationshastighet har uppnåtts minskar vridmomentet. Denna minskning beror huvudsakligen på tryckförlusterna i tillförselkanalerna och delarnas viskösa vridmoment som roterar i vätskan.

A. Utvändiga kammotorer

Följande illustration visar konstruktionsprincipen för dessa nya generationens motorer:

Ovanstående illustration är en motor med sex utvändiga kammar och tio radiella kolvar. Skillnaden mellan denna generation och den föregående är i huvudsak dess strömförsörjningsläge med den plana ytfördelaren. Insugnings- och oljereturrören är anslutna till distributionsenheten. Inuti denna enhet är en cirkulär ring (a) kopplad till inloppet, medan en andra cirkulär ring (b) är kopplad till motorns oljeretur. Tolv ekvidistanta kanaler är omväxlande kopplade till vätskans intags- och returringar.

Den platta fördelningsplattan har 12 hål och anslutningskontakter på samma avstånd genom vilka vätskan kommer att flöda:

• Sex hål för intag av den trycksatta oljan som kommer från distributionsenheten.
• Sex hål för oljeretur som strömmar mot distributionsenheten.
• Ett oljeintagshål, alltid följt av ett oljereturhål.

Som kan ses i följande illustration:

När kolven är i toppen av kammen är den i neutralt läge. I detta ögonblick är den mellan två hål i den platta plattan och den är inaktiv. Under hela sin nedstigning över ett halvt kamvarv är kolven kopplad till oljeintagshålet och omvandlar den hydrostatiska energin till rotationsenergi.

När rullkolven är i ett kamhål är den i neutralläge igen. I detta ögonblick är den mellan två hål i den platta plattan, och kolven är inaktiv. Över ett halvt kamvarv är kolven länkad till oljereturhålet under hela dess retur och oljan drivs ut i behållaren.

B. Inuti excentriska kammotorer

Lågvarviga radialkolvmotorer är mycket vanliga. De tillhör kategorin medeltrycksmaskiner, vilket motsvarar cirka 200 bar.

De fem gjutjärnskolvarna är radiellt installerade och stöds av kammen på den smidda stålvevaxeln. Varje kolv passar in i den sfäriska änden av en vevstång av härdat stål inuti kolvhuset. Varje vevstake är försedd med en liten central kanal som för vätskan under tryck under den lilla änden av vevstaken. Vevaxeln styrs i rotation av två koniska rullager med breda dimensioner som möjliggör stora radiella tryck på den splinesförsedda axeln. Den roterande fördelaren är försedd med olika spår i sin periferi vars funktioner är följande:

• Vissa tar emot insugningstrycket av små inre kanaler och säkerställer en radiell balansering av trycken som utövas på fördelaren.
• Andra är anslutna till intaget och returen av huvudströmförsörjningskretsen för låghastighetsmotorn.

Funktionsprincipen är som följer. När kolven är vid Top Dead Center är den kopplad till oljan under tryck från ett halvspår i fördelaren. Under hela sin nedstigning är kolven ansluten till intaget. Den hydrostatiska energin omvandlas till vridmomentenergi på axeln med hjälp av vevstaken som stöds av vevaxeln.

När kolven är i Bottom Dead Center, stoppar den roterande fördelaren oljeintaget under en kort stund. Oljeintagskanalen i höljet separeras av hela sektionen mellan fördelarens två halvspår. Efter en 180-vridning rör sig den kolv som drivs av kammen radiellt uppåt. Detta är vätskereturfasen.

Samma kanal i höljet kan nu användas för att driva ut oljan. Efter en 360-vridning är kolven vid Top Dead Center, separerad ett kort ögonblick av hela sektionen av fördelarspåren. Den är redo att starta en andra driftscykel.

Fördelar med låghastighetsmotorer:

Jämfört med höghastighetsmotorer erbjuder låghastighetsmotorer följande fördelar:

• Bra tillförlitlighet tack vare långsamma rörelser hos de roterande delarna.
• Låg tröghet för de rörliga delarna som möjliggör snabba accelerationsmoment och inversioner.
• Opåverkade av externa agenter kan de arbeta helt nedsänkt utan problem.

Lågvarvsmotorproblem:

Tillverkare av låghastighetshydraulikmotorer har ställts inför olika problem som de har försökt lösa enligt följande:

• På grund av sin funktionsprincip och på grund av avsaknaden av tätningsringar ger lågvarviga hydraulmotorer en acceptabel effekt först när en viss rotationshastighet har uppnåtts. Under denna hastighet är läckorna betydande; oljefilmen kan gå sönder, motorn fungerar genom ryck och slits snabbt, speciellt om det resistiva vridmomentet genomgår stora förändringar.
• För att möta arbetskraven och för att få en hög växelreduktion i kombination med en låg körhastighet måste en kombinerad hydraulisk/kraftöverföringsenhet installeras på viss utrustning.
• Om motorn har en låg volymetrisk deplacement kommer den att nå höga varvtal men har lågt vridmoment.

Relaterad artikel:Allt du behöver veta om hydraulolja.

Hydrauliska motorer symbol

Liksom elektriska kretsar kan hydrauliska kretsar representeras med hjälp av symboler. Symbolisk representation identifierar snabbt vilken typ av motor som finns i den hydrauliska kretsen som undersöks.

Det finns olika typer av hydraulmotorer:

1. Motorer med fast deplacement.
2. Motorer med variabelt deplacement.
3. Reverserande deplacementmotorer.

Var och en av dessa motorer kan representeras av en symbol, vilket gör det möjligt att identifiera den exakt. Följande illustration visar de olika symbolerna för hydraulmotorer:

Referenser:

• Wikipedia uppslagsverk.
• Hydraulik och pneumatik: En tekniker och ingenjörsguide.
• Nödvändig hydraulik: Fluid Power – Basic.
• Fluid Power: Hydraulik och pneumatik.