Гидромотор: устройство, принцип работы и характеристики

Гидромотор работает в паре с насосом: насос превращает вращение двигателя машины в поток масла под давлением, мотор превращает поток обратно во вращение там, где вал двигателя не дотянуть. Так крутятся колёса катков и погрузчиков, барабаны бетоносмесителей, шнеки, лебёдки и поворотные платформы экскаваторов.

Мотор вращается от разницы давлений на входе и выходе

Масло из напорной линии входит в рабочие камеры мотора и давит на подвижные элементы: зубья шестерён, пластины ротора или поршни. Сила давления создаёт момент относительно оси вала, вал поворачивается, камера переходит к выходу, и масло под низким давлением уходит в сливную линию. Следующая камера в это время уже заполняется со стороны входа.

Момент зависит от перепада давления между входом и выходом, а не от давления на входе. Если слив мотора подпёрт до 5 МПа, а на входе 20 МПа, работает перепад 15 МПа. Поэтому мотор, поставленный последовательно с другим потребителем, тянет хуже: часть давления остаётся на выходе.

Направление вращения меняют, поменяв местами вход и выход, это делает распределитель. Большинство моторов реверсивные, оба присоединения у них равноправны. Резиновые уплотнения в моторе стоят не в рабочих камерах, а на границах корпуса: манжета на выходе вала, кольца крышек и фланцев входа и выхода, прокладки корпуса. Первой изнашивается манжета вала, и её ресурс зависит от давления в корпусе.

Типы гидромоторов различаются рабочими элементами

Шестерённый мотор устроен как шестерённый насос: две шестерни в корпусе, масло проходит по впадинам между зубьями и корпусом. Он дешёвый, быстроходный, но с малым моментом и средним давлением. Ставят на вентиляторы, конвейеры, навесное оборудование с малой нагрузкой.

Героторный или орбитальный мотор имеет внутреннюю шестерню, которая обкатывается внутри наружного венца с числом зубьев на один больше. Он тихоходный и высокомоментный: десятки и сотни оборотов в минуту при большом моменте без редуктора. Типичное применение: шнеки, мешалки, ходовые колёса малой техники, привод щёток коммунальных машин.

Аксиально-поршневой мотор имеет блок цилиндров с поршнями, параллельными валу. Поршни упираются в наклонный диск или блок наклонён относительно вала, и ход поршня превращается во вращение. Это самые нагруженные моторы: высокое давление, широкий диапазон оборотов, бывают с регулируемым рабочим объёмом. Ставят на ход экскаваторов и катков.

Радиально-поршневой мотор с поршнями, расположенными звездой, даёт очень большой момент на малых оборотах. Им приводят колёса и барабаны тяжёлой техники, лебёдки, мешалки большого объёма.

Точные значения давления и оборотов указывают в каталоге конкретной модели, таблица показывает соотношение типов между собой.

Характеристики гидромотора считают по рабочему объёму

Главная характеристика мотора рабочий объём q, см³ за оборот. Из него и двух параметров системы получают всё остальное:

• теоретический момент M = Δp · q / (2π), где Δp перепад давления;
• частота вращения n = Q · ηоб / q, где Q расход, ηоб объёмный КПД;
• мощность на валу N = Δp · Q · η, где η полный КПД.

Пример: мотор с рабочим объёмом 100 см³, перепад давления 20 МПа, расход 60 л/мин. Теоретический момент 20 · 10⁶ Па × 100 · 10⁻⁶ м³ / 6,28 ≈ 318 Н·м, с гидромеханическим КПД 0,9 на валу около 286 Н·м. Обороты 60 000 см³/мин / 100 см³ × 0,95 ≈ 570 об/мин. Гидравлическая мощность потока 20 МПа × 1 л/с = 20 кВт, на валу с полным КПД 0,85 около 17 кВт. КПД в примере условные, реальные берут из каталога.

Расчёт показывает и обратное: если обороты мотора под нагрузкой упали, а расход насоса прежний, значит упал объёмный КПД: масло уходит через зазоры мимо рабочих камер. Это первый признак износа, его видно до появления течи наружу.

Аналог мотора сверяют по пяти параметрам

Когда родной мотор недоступен, замену подбирают по рабочему объёму, давлению, присоединению, валу и схеме дренажа. Рабочий объём должен совпасть или отличаться в пределах, которые выдержит машина: на 10 % больший объём при том же насосе даст примерно на 9 % меньшие обороты и на 10 % больший момент при том же перепаде. Давление номинальное и пиковое у аналога не ниже, чем настройка предохранительного клапана контура.

Присоединение сверяют по фланцу крепления (SAE, ISO или метрический), центрирующему пояску и расположению отверстий. Вал по типу: шпоночный, шлицевой с указанием стандарта шлицев, конический. Последний параметр схема дренажа и допустимое давление в корпусе: мотор без отдельного дренажа нельзя ставить туда, где слив подпёрт фильтром, без проверки допуска по каталогу.

Уплотнения мотора работают при трёх разных давлениях

Внутри мотора три зоны давления, и в каждой стоят свои уплотнения. Рабочие камеры под давлением входа уплотнены точными зазорами металлических пар: шестерён с корпусом, поршней с блоком, торца блока с распределительным диском. Резины там нет, износ этих пар ремонтируют заменой или притиркой деталей.

Корпус мотора заполнен маслом утечек под низким давлением. Его держат кольца крышек и фланцев, прокладки и манжета вала. Манжета на выходе вала самое нагруженное резиновое уплотнение мотора: она трётся о вал на полных оборотах, греется и выдерживает давление в корпусе.

Присоединения входа и выхода уплотняют кольцами фланцев или штуцеров под полным рабочим давлением. Если течёт фланец, обычно виновато кольцо или его канавка, а не сам мотор.

Давление в корпусе определяет ресурс манжеты вала

У аксиально-поршневых и многих шестерённых моторов манжета вала рассчитана на небольшое давление в корпусе, точное допустимое значение даёт каталог. Пока дренаж свободен, давление в корпусе близко к нулю и манжета служит долго. Перегнутый рукав дренажа, подключение в общий слив с фильтром или забитый штуцер поднимают давление, и манжету выдавливает с вала, иногда вместе с пылезащитным кольцом.

Орбитальные моторы часто делают без дренажа или с дренажом по выбору: тогда манжета вала стоит усиленная, под давление слива. При замене такую манжету нельзя менять на обычную того же размера, она вылетит в первый час работы. Для заказа это значит, что размер вала и корпуса недостаточен, нужно знать, работает ли манжета под давлением.

Детали мотора, которые заказывают по образцу

Наша компания производит уплотнения для ремонта гидромоторов, который выполняет ваша служба или мастерская: манжеты вала и сальники, в том числе под давление в корпусе, кольца крышек и фланцев, прокладки корпуса, опорные кольца из фторопласта. Изготавливаем по чертежу, эскизу, фото или образцу, от 1 штуки, минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС. Состав уплотнений по типам моторов собран в справочнике уплотнений гидромотора и гидронасоса.

Для расчёта манжеты вала присылают снятую манжету или три размера: диаметр вала, диаметр посадки в корпусе и ширину. К ним добавляют модель мотора, есть ли дренаж, рабочие обороты и масло. Если вал изношен под кромкой, это видно по канавке на нём, и тогда решают вопрос о ремонтной втулке до заказа манжеты.

Признаки износа видны по характеристикам раньше течи

Изношенный мотор теряет обороты под нагрузкой, греется, увеличивает расход в дренаж. Дренажный расход измеряют мерной ёмкостью на рабочем давлении и сравнивают с данными изготовителя: рост в разы означает износ рабочих пар. Течь по валу означает проблему манжеты или давления в корпусе, а не обязательно износ всего мотора.

Если мотор начал стучать, вибрировать или вал имеет люфт, повреждены подшипники или рабочие элементы, и дальнейшая работа разносит стружку по системе. Что смотрят при разборке такого мотора и какие детали меняют, видно из разбора ремонта гидромоторов по признакам износа.