Гидравлический двигатель — это механический привод , который преобразует гидравлическое давление и поток в крутящий момент и угловое смещение ( вращение ). Гидравлический двигатель является вращающимся аналогом гидравлического цилиндра в качестве линейного привода. В более широком смысле категория устройств, называемых гидравлическими двигателями, иногда включает устройства, работающие на гидроэнергии (а именно, водяные двигатели и водяные моторы ), но в сегодняшней терминологии это название обычно относится более конкретно к двигателям, которые используют гидравлическую жидкость как часть закрытых гидравлических контуров в современное гидравлическое оборудование .
Концептуально, гидравлический двигатель должен быть взаимозаменяем с гидравлическим насосом , поскольку он выполняет противоположную функцию – аналогично тому, как электродвигатель постоянного тока теоретически взаимозаменяем с электрическим генератором постоянного тока . Однако многие гидравлические насосы не могут использоваться в качестве гидромоторов, поскольку у них нет обратного привода . Кроме того, гидравлический двигатель обычно рассчитан на рабочее давление с обеих сторон двигателя, тогда как большинство гидравлических насосов полагаются на низкое давление, создаваемое из резервуара на входной стороне, и при неправильном использовании в качестве двигателя происходит утечка жидкости. [1]
Одним из первых роторных гидравлических двигателей, которые были разработаны, был двигатель, построенный Уильямом Армстронгом для его поворотного моста через реку Тайн . Для надежности было предусмотрено два мотора. Каждый из них представлял собой трехцилиндровый колебательный двигатель одностороннего действия . Армстронг разработал широкий спектр гидравлических двигателей, линейных и роторных, которые использовались для широкого спектра задач промышленного и гражданского строительства, особенно для доков и разводных мостов.
Первые простые гидравлические двигатели с фиксированным ходом имели тот недостаток, что они использовали один и тот же объем воды независимо от нагрузки и поэтому были расточительны при частичной мощности. [2] В отличие от паровых двигателей, поскольку вода несжимаема, их нельзя дросселировать или контролировать отсечку их клапанов . Чтобы преодолеть эту проблему, были разработаны двигатели с регулируемым ходом. Регулировка хода теперь контролировала мощность двигателя и расход воды, а не управление впускными клапанами. Одним из первых из них был запатентованный двигатель Артура Ригга 1886 года. В нем использовался двойной эксцентриковый механизм, который используется в силовых прессах с регулируемым ходом, для управления длиной хода трехцилиндрового радиального двигателя. [2] Позже двигатель с автоматом перекоса с регулируемым углом наклона станка стал популярным способом изготовления гидравлических двигателей с регулируемым ходом.
Лопастной двигатель состоит из корпуса с эксцентриковым отверстием, в котором вращается ротор с лопастями, которые скользят внутрь и наружу. Перепад сил, создаваемый несбалансированной силой жидкости под давлением на лопастях, заставляет ротор вращаться в одном направлении. Важнейшим элементом конструкции лопастного двигателя является то, как обрабатываются кончики лопастей в точке контакта между кончиком лопасти и корпусом двигателя. Используются несколько типов конструкций «кромок», основная цель которых — обеспечить герметичное уплотнение между внутренней частью корпуса двигателя и лопаткой и в то же время минимизировать износ и контакт металла с металлом.
Мотор-редуктор (внешняя передача) состоит из двух шестерен: ведомой (прикрепленной к выходному валу посредством шпонки и т. д.) и промежуточной шестерни. Масло под высоким давлением подается на одну сторону шестерен, где оно течет по периферии шестерен, между наконечниками шестерен и стенками корпуса, в которых оно находится, к выпускному отверстию. Шестерни зацепляются, не позволяя маслу со стороны выпуска перетекать обратно на сторону впуска. Для смазки мотор-редуктор использует небольшое количество масла со стороны шестерен, находящихся под давлением, прокачивает его через (обычно) гидродинамические подшипники и сбрасывает то же масло либо на сторону низкого давления шестерен, либо через специальный дренажный канал. порт на корпусе двигателя, который обычно соединен с линией, которая сбрасывает давление из корпуса двигателя в резервуар системы. Особенно положительным свойством мотор-редуктора является то, что катастрофические поломки встречаются реже, чем у большинства других типов гидромоторов. Это связано с тем, что шестерни постепенно изнашивают корпус и/или главные втулки, постепенно снижая объемный КПД двигателя, пока он не становится практически бесполезным. Это часто происходит задолго до того, как износ приведет к заклиниванию или поломке устройства.
Мотор-редукторы могут поставляться как одно-, так и двунаправленными в зависимости от их применения. Предпочтительно использовать их в алюминиевом или чугунном корпусе, в зависимости от условий применения. Они предлагают варианты конструкции, способные выдерживать радиальные нагрузки. Кроме того, альтернативные конфигурации включают предохранительный клапан, антикавитационный клапан и датчик скорости для удовлетворения конкретных потребностей применения. [3]
Героторный двигатель по сути представляет собой ротор с n - 1 зубцами, вращающийся не от центра в роторе/статоре с n зубцами . Жидкость под давлением подается в узел с помощью (обычно) аксиально расположенного распределительного клапана пластинчатого типа. Существует несколько различных конструкций, например, двигатели Героллера (внутренние или внешние ролики) и двигатели Николса. Обычно героторные двигатели имеют скорость от низкой до средней и крутящий момент от среднего до высокого.
Для высококачественных вращающихся приводных систем обычно используются плунжерные двигатели. В то время как скорость гидравлических насосов находится в диапазоне от 1200 до 1800 об/мин, машины, приводимые в движение двигателем, часто требуют гораздо более низкой скорости. Это означает, что при использовании аксиально-плунжерного двигателя (рабочий объем не более 2 литров) обычно требуется редуктор. Для плавной регулировки рабочего объема используются аксиально-поршневые двигатели .
Как и насосы поршневого (поршневого) типа, наиболее распространенной конструкцией двигателя поршневого типа является осевая. Этот тип двигателя наиболее часто используется в гидравлических системах. Эти двигатели, как и их аналоги для насосов, доступны как в исполнении с регулируемым, так и с фиксированным рабочим объемом. Типичная полезная (в пределах приемлемого КПД) частота вращения находится в диапазоне от менее 50 об/мин до более 14000 об/мин. Эффективность и минимальная/максимальная скорость вращения во многом зависят от конструкции вращающейся группы, и используется множество различных типов.
Радиально-поршневые двигатели доступны в двух основных типах: с поршнями, толкающими внутрь, и поршнями, толкающими наружу.
Тип коленчатого вала (например, гидравлические двигатели Staffa или SAI) с одним кулачком и поршнями, толкающими внутрь, по сути является старой конструкцией, но имеет чрезвычайно высокие характеристики пускового крутящего момента. Они доступны с рабочим объемом от 40 куб.см/об до примерно 50 л/об, но иногда могут быть ограничены по выходной мощности. Радиально-поршневые двигатели с коленчатым валом способны работать на «ползучей» скорости, а некоторые могут плавно работать до 1500 об/мин, обеспечивая при этом практически постоянные характеристики выходного крутящего момента. Это делает их по-прежнему самой универсальной конструкцией.
Радиально-поршневой двигатель с одним кулачком сам по себе существует во многих различных конструкциях. Обычно разница заключается в способе распределения жидкости по разным поршням или цилиндрам, а также в конструкции самих цилиндров. В некоторых двигателях поршни прикреплены к кулачку с помощью стержней (так же, как в двигателе внутреннего сгорания), в то время как в других используются плавающие «башмаки» и даже телескопические цилиндры со сферическим контактом, такие как тип Parker Denison Calzoni. Каждая конструкция имеет свой набор плюсов и минусов, таких как свободный ход, высокий объемный КПД, высокая надежность и так далее.
Типы многокулачковых кулачковых колец (например, Black Bruin, Rexroth , Hägglunds Drives, Poclain , Rotary Power или Eaton Hydre-MAC) имеют кулачковое кольцо с несколькими кулачками, и поршневые ролики толкаются наружу , прижимаясь к кулачковому кольцу. Это обеспечивает очень плавную работу с высоким пусковым моментом, но они часто ограничены в верхнем диапазоне скоростей. Этот тип двигателя доступен в очень широком диапазоне от 1 до 250 литров/об. Эти двигатели особенно хороши для низкоскоростных применений и могут развивать очень большую мощность.
Гидромоторы обычно имеют сливное соединение для внутренней утечки, а это означает, что при выключении силового агрегата гидромотор в системе привода будет медленно двигаться, если на него действует внешняя нагрузка. Таким образом, для таких применений, как кран или лебедка с подвешенным грузом, всегда существует необходимость в тормозе или стопорном устройстве.
Гидравлические насосы, двигатели и цилиндры могут быть объединены в системы гидравлического привода . Один или несколько гидравлических насосов, соединенных с одним или несколькими гидравлическими двигателями, образуют гидравлическую трансмиссию . [1]
Гидравлические двигатели в настоящее время используются во многих приложениях, таких как лебедки и приводы кранов, колесные двигатели для военной техники, самоходные краны, экскаваторы, приводы конвейеров и питателей, приводы охлаждающих вентиляторов, приводы смесителей и мешалок, валковые мельницы, приводы барабанов для варочных котлов, барабаны и печи, измельчители, буровые установки, траншейные фрезы, мощные триммеры для газонов и машины для литья пластмассы. Гидравлические двигатели также используются в системах теплопередачи.