Шестеренчатый гидромотор: устройство, преимущества и ограничения
Шестеренчатый гидромотор выбирают для быстроходных приводов, где нужна простая и компактная машина, например для вентилятора системы охлаждения или вибрационного привода дорожного катка. Те же свойства задают его пределы. Такой мотор не предназначен для медленного вращения под большой нагрузкой, чувствителен к давлению в сливной и дренажной линиях и не рассчитан на произвольную нагрузку на вал.
Ниже разобрано, как устроен шестеренный гидромотор с внешним зацеплением, чем различаются реверсивные и нереверсивные исполнения, в чём сильные стороны этого типа и какие ограничения учитывают при подборе и замене.
В технической литературе такие машины называют шестерёнными гидромоторами, в обиходе встречается вариант шестеренчатый. Речь идёт об одном и том же типе. Дальше рассматривается мотор с внешним зацеплением; героторные моторы тоже работают на зубчатом зацеплении, но устроены иначе.
Основу мотора составляют две шестерни в общем корпусе. Ведущая шестерня связана с выходным валом, ведомая вращается вместе с ней и замыкает рабочие камеры. Жидкость под давлением подводится с одной стороны зацепления и переносится во впадинах между зубьями по периферии шестерён, между вершинами зубьев и стенкой корпуса, к сливному отверстию. Обратно через зону зацепления она пройти не может: путь перекрывают зубья, находящиеся в зацеплении. Давление действует на зубья неуравновешенно, и на валу возникает крутящий момент.
Кроме шестерён, в конструкцию входят:
Рабочий объём шестеренного мотора постоянный: его задаёт геометрия шестерён. Крутящий момент пропорционален рабочему объёму и перепаду давления между входом и выходом, частота вращения определяется расходом жидкости и рабочим объёмом. Поэтому скорость такого мотора меняют расходом, который подаёт гидросистема, а не настройкой самого мотора.
Нереверсивный мотор несимметричен: стороны высокого и низкого давления заданы конструкцией. Утечки отводятся внутри корпуса на сторону слива, а полость манжеты вала связана с низким давлением. Вращать такой мотор в обратную сторону нельзя. Давление в его сливной линии ограничено отдельным пределом, который производитель указывает значительно ниже рабочего давления.
Реверсивный шестеренчатый гидромотор выполнен симметричным. Полости высокого и низкого давления отделены от полости подшипников и манжеты, а утечки уходят через отдельный дренажный порт. Такая схема позволяет менять направление вращения и включать моторы последовательно, когда жидкость после одного мотора подаётся на следующий.
Дренажная линия реверсивного мотора выполняет защитную функцию. Давление в ней ограничено, потому что манжета вала не рассчитана на высокое давление. Производители рекомендуют вести дренаж непосредственно в бак линией достаточного сечения. Конкретный предел давления в дренаже берут из документации на серию.
Сильные стороны этого типа вытекают из простоты конструкции.
Небольшое число деталей. Мотор состоит из корпуса, пары шестерён, опор и уплотнений, что упрощает обслуживание.
Малые габариты и масса. Компактный мотор проще разместить там, где мало свободного места.
Работа на высоких оборотах. Шестеренные моторы рассчитаны на быстрое вращение, поэтому их применяют, например, в приводах вентиляторов систем охлаждения мобильной техники и в вибрационных приводах дорожных катков и асфальтоукладчиков.
Исполнения под конкретную задачу. Производители выпускают моторы со встроенными клапанами, например предохранительным или антикавитационным, с выносной опорой вала для ремённой или зубчатой передачи, а также серии со сниженным уровнем шума.
Серийный выпуск. Шестеренные моторы производят большими сериями, что облегчает подбор. Замена при этом возможна только при совпадении присоединительных размеров и рабочих параметров.
Это ограничение определяет, в каких приводах мотор применим. Производители указывают минимальную частоту вращения, ниже которой устойчивая работа мотора не обеспечивается. В каталогах производителей она указывается в сотнях оборотов в минуту и зависит от давления и вязкости жидкости: с ростом давления допустимый минимум повышается. Нижнюю границу связывают с внутренними утечками через зазоры: при малом расходе они сильнее сказываются на работе мотора.
Практический вывод: для привода, которому нужен большой момент на малых оборотах без редуктора, шестеренный мотор не подходит. Для таких задач предназначены тихоходные высокомоментные машины, например героторные и радиально-поршневые гидромоторы.
Момент, который гидромотор развивает при трогании, может быть ниже момента в установившемся режиме. Для шестеренных моторов производители оговаривают отдельные условия пуска: допустимое давление при пуске, кратковременно повышенное давление в сливе и дренаже, рекомендуемый порядок запуска. Если механизм трогается под нагрузкой, запас по моменту проверяют отдельно.
Допустимое давление зависит от серии и типоразмера. Производители указывают несколько значений: максимальное длительное, максимальное при пуске или кратковременное и пиковое. В пределах одной серии моторы большего рабочего объёма могут иметь более низкое допустимое давление. При замене моторы сравнивают по одному и тому же виду давления.
Отдельно ограничено давление в сливе нереверсивного мотора и в дренаже реверсивного. Фильтр, охладитель или длинный рукав малого сечения в сливной линии могут создавать подпор, на который нереверсивный мотор не рассчитан.
Подача шестеренных машин неравномерна, а запирание жидкости во впадинах между зубьями вызывает шум и ударную нагрузку на подшипники. В режиме мотора при постоянном моменте нагрузки неравномерность проявляется пульсацией давления в подводящей линии. Для снижения запирания в торцевых опорах выполняют разгрузочные отверстия, а для применений с требованиями к шуму производители выпускают малошумные серии.
Работа мотора зависит от состояния зазоров, поэтому производители задают класс чистоты жидкости по ISO 4406 и рекомендуют полнопоточную фильтрацию. Например, Bosch Rexroth для своих шестеренных моторов указывает класс не хуже 20/18/15 и предупреждает, что новая жидкость часто этому классу не соответствует. В таком случае её заливают через заправочное устройство с фильтром. Требуемый класс у разных производителей и для разных давлений отличается, поэтому его берут из документации на конкретную серию.
Вязкость тоже задаётся диапазоном: отдельно указывают рекомендуемый диапазон для длительной работы и предельную вязкость при холодном пуске.
Стандартный шестеренный мотор рассчитан на передачу момента через муфту, которая не нагружает вал радиальными и осевыми силами. Допустимые радиальная и осевая нагрузки у стандартных исполнений небольшие или согласуются с производителем отдельно. Для ремённой или зубчатой передачи применяют исполнения с выносной опорой вала.
Часть жалоб на шестеренный гидромотор связана не с износом, а с тем, что мотор работает вне своих условий. Внешний признак указывает направление проверки, но не подтверждает дефект:
Состояние мотора оценивают измерениями в гидросистеме и дефектовкой после разборки. Работы выполняют квалифицированные специалисты на остановленной технике после сброса давления.
Совпадения рабочего объёма и посадочных размеров для замены недостаточно: моторы разных серий различаются допустимыми давлениями, минимальной частотой вращения и требованиями к дренажу. Все значения берут из документации на конкретную модель.
Решение зависит от результатов дефектовки. Замена уплотнений имеет смысл, если шестерни, опоры и корпус сохранили геометрию. При износе корпуса в зоне шестерён или торцевых поверхностей восстановление не всегда возвращает исходные зазоры, а вместе с ними и объёмный КПД. Ремонт сопоставляют с заменой по состоянию деталей, доступности комплектующих и требованиям к ресурсу.
До ремонта или замены нужно установить причину износа. Если мотор вышел из строя из-за загрязнённой жидкости, подпора в сливе или нерасчётной нагрузки на вал, новый агрегат в тех же условиях будет изнашиваться по той же причине.
Шестеренчатый гидромотор подходит для быстроходных приводов с постоянным рабочим объёмом, умеренной нагрузкой на вал и чистой рабочей жидкостью. Его пределы задают минимальная частота вращения, допустимые давления в рабочих линиях, сливе и дренаже и способ передачи момента. Если приводу нужен большой момент на малой скорости или изменяемый рабочий объём, задачу решает другой тип гидромотора, а окончательный выбор делают по расчёту привода и документации на конкретную серию.
Мы свяжемся с вами в ближайшее время
Мы свяжемся с вами в ближайшее время