Гідромотор – це гідравлічний двигун обертальної дії, який перетворює енергію потоку рідини на механічне обертання валу. Простіше кажучи, якщо до гідромотора подати під тиском масло, він почне крутити вихідний вал, виконуючи роботу. Серед найбільш поширених різновидів гідромоторів – шестеренні та героторні (орбітальні) мотори. Ці два типи часто плутають, адже обидва мають зубчасті елементи. Розберімося, в чому їх відмінність, як вони працюють та де застосовуються в автомобільній, сільськогосподарській і промисловій техніці.
Шестеренний гідромотор: принцип роботи та особливості
Шестеренний гідромотор побудований максимально просто. Уявіть собі дві зубчасті шестерні, замкнені в герметичному корпусі. Коли гідравлічна олива під тиском надходить у корпус, вона змушує ці шестерні обертатися, зачеплюючись одна з одною. Одна шестерня з’єднана з валом – так виникає обертальний рух на виході. Фактично це той самий принцип, що й у шестеренного насоса, тільки навпаки: насос при обертанні перекачує рідину, а гідромотор приймає потік рідини і обертається.
Конструкція і характеристики. Шестеренні мотори бувають з зовнішнім зачепленням (дві шестерні із зубцями назовні) або рідше з внутрішнім зачепленням (типу internal gear – коли одна шестерня всередині іншої). Класичний варіант – це пара шестерень зовнішнього зачеплення, як у автомобільному масляному насосі. Такі мотори дуже прості у виробництві, компактні та недорогі. Вони здатні працювати на високих обертах (тисячі обертів за хвилину) і без проблем з’єднуються безпосередньо з валами двигунів або електромоторів. Шестеренні гідромотори невибагливі до чистоти оливи і дуже надійні в експлуатації – саме тому їх широко використовують там, де не потрібна висока точність руху.
Переваги та недоліки. Сильні сторони шестеренного гідромотора – це простота конструкції, міцність і низька вартість. Він добре переносить часті пуски та зупинки, ударні навантаження і працює навіть на середньому за якістю маслі. Однак за таку простоту доводиться платити деякими обмеженнями. По-перше, шумність: під час роботи зубчасті колеса створюють шум і пульсації тиску (потоку). Основний недолік шестеренних моторів – саме високий рівень шуму при роботі. По-друге, такий мотор має фіксований робочий об’єм (не можна змінити подачу/об’єм як у деяких поршневих системах). Також у шестеренних агрегатів виникають труднощі з ущільненням при дуже високих тисках, через що їх рідко використовують у системах понад ~200 бар. Невеликі просочування оливи між зубцями знижують ККД та заважають точно утримувати вал під навантаженням (тобто шестеренний мотор не “тримає” момент без руху, якщо на валу є навантаження). В цілому шестеренні гідромотори застосовують у нескладних гідросистемах зі середнім тиском і помірними вимогами до рівномірності обертання.
Героторний гідромотор: принцип роботи та особливості
Героторний гідромотор (його ще називають орбітальний мотор) – більш цікавий з інженерної точки зору. По суті, це різновид шестеренного мотора з внутрішнім зачепленням. Усередині корпусу такого агрегату знаходиться так звана героторна пара – нерухоме зубчасте кільце (статор) з внутрішніми зубцями та розташований ексцентрично всередині нього рухомий ротор із зовнішніми зубцями. Важливий момент: у ротора на один зуб менше, ніж у зовнішнього кільця. Завдяки цій різниці в зубцях при подачі рідини ротор провертається всередині по колу – відбувається орбітальний рух навколо центру кільця. Робоча рідина, заповнюючи порожнини між зубцями, тисне на ротор і змушує його обертатися. Так створюється крутний момент на валу, з’єднаному з ротором. Цікаво, що героторний механізм може обертатися як в один, так і в інший бік – напрям залежить від того, куди потік рідини подається.
Особливості конструкції. Героторні мотори зазвичай мають складніший внутрішній розподільник потоку (золотникового або клапанного типу) для подачі оливи в камери послідовно. Існує також різновид геролерний мотор – в ньому замість зубців на нерухомому кільці встановлені ролики. Ролики зменшують тертя і підвищують ресурс – такі мотори добре працюють при високих навантаженнях, частих реверсах і навіть на оливі низької в’язкості. В цілому героторні (та геролерні) гідромотори випускаються з різними об’ємами, потужностями і швидкостями – від компактних моделей до доволі масивних, але при цьому всі вони зберігають високу щільність потужності. Іншими словами, героторний двигун може видати великий крутний момент при відносно малих габаритах.
Характеристика та переваги. Головна “фішка” героторного гідромотора – це тихоходний високий момент. Такі мотори ще називають високомоментними тихохідними двигунами. Вони здатні плавно обертати вал на низьких обертах (десятки об/хв) без ривків і при цьому тягнути значне навантаження. Наприклад, героторні мотори типового розміру легко розвивають крутний момент в сотні Н·м, хоча їхня номінальна швидкість обертання може бути лише 100-200 об/хв. При потребі ці мотори можуть працювати і швидше (до ~600-800 об/хв у деяких моделей), але найкраще вони себе почувають саме у діапазоні низьких та середніх частот обертання. На відміну від звичайного шестеренного, орбітальний мотор має плавний хід – завдяки постійному зачепленню ротора з кільцем немає різких пульсацій потоку. Крім того, героторні гідромотори менш шумні (особливо в геролерному виконанні з роликами) і можуть ефективно працювати при нестабільному навантаженні та частих реверсах напрямку обертання.
До переваг цих моторів також відноситься проста конструкція (мало рухомих частин) і відносно низька ціна – вони дешевші за аксіально-поршневі аналоги, тому набули значного поширення. З недоліків можна відзначити хіба що обмежений робочий тиск: зазвичай до ~20-21 МПа (близько 200 бар). Тобто для надвисоких тисків їх не застосовують – там вже працюють поршневі гідромотори. Втім, у більшості мобільних і промислових гідросистем тиск не перевищує цього діапазону, тож героторні агрегати успішно там працюють довгі роки. Як показує практика, ці мотори дуже надійні і витривалі: здатні роками працювати у важких умовах без серйозних поломок. Зазвичай лише зношуються сальники (ущільнення) на валу, які легко замінити ремкомплектом, а сам “серцевинний” героторний вузол служить довго.
Порівняння шестеренних і героторних гідромоторів
Отже, обидва типи належать до об’ємних роторних гідромашин і виконують одну функцію – створюють обертальний рух від гідропотоку. Але між ними є відчутні відмінності у будові та характеристиках. Для наочності наведемо ключові порівняльні характеристики:
| Параметр | Шестеренний гідромотор | Героторний гідромотор |
|---|---|---|
| Конструкція зубчатого вузла | Дві шестерні із зовнішнім зачепленням в корпусі. | Внутрішній ротор (зовн. зачеплення) обертається в зубчастому кільці (внутр. зачеплення) зі зміщенням. |
| Робочий об’єм (дискретність) | Фіксований, не регулюється (необхідна заміна мотора для зміни характеристик). | Фіксований (типова модель), але завдяки різним серіям можна підібрати потрібний об’єм з широкої лінійки. |
| Крутний момент | Середній. Для збільшення моменту часто потрібен редуктор на виході. | Високий при малих розмірах. Забезпечує великі тягові зусилля без додаткових редукторів. |
| Швидкість обертання | Високі оберти (до кількох тисяч об/хв) без проблем. | Тихохідний: оптимально працює на низьких і середніх обертах (зазвичай до 500–600 об/хв). |
| Рівномірність ходу | Є пульсації тиску і нерівномірність обертання (особливо на малих обертах). | Плавний хід без відчутних пульсацій, стабільна швидкість навіть на мінімальних обертах. |
| Рівень шуму | Підвищений шум при роботі зубців, гул на високих обертах. | Тихіший в роботі, менше шуму і вібрацій завдяки постійному зачепленню та меншим ударним навантаженням. |
| Допустимий тиск | До ~15–20 МПа (залежить від моделі; високий тиск прискорює знос через витоки). | До ~20–21 МПа (залежно від конструкції розподільника та матеріалів). Вище – краще перейти на інший тип мотора. |
| Вартість | Низька. Найдешевший тип гідромотора. | Середня. Дорожчий за шестеренний, але дешевший за складні поршневі системи. |
| Типові сфери застосування | Прості гідросистеми, де потрібен недорогий привід: допоміжні механізми в техніці, приводи насосів, вентиляторів, невеликі лебідки тощо. | Мобільна техніка і обладнання, де треба високий момент у компактному корпусі: приводи коліс або гусениць, конвеєрів, ґвинтових шнеків, розкидачів, потужні лебідки. |
Примітка: обидва типи гідромоторів не мають “інтелекту” – їхня швидкість і момент залежать від подачі (витрати) та тиску робочої рідини. Тому для регулювання швидкості чи реверсу застосовують гідророзподільники, дроселі або інші клапани. Також слід пам’ятати про якість гідравлічної оливи: чиста рідина без абразивних часток подовжить життя як шестеренному, так і героторному мотору.
Застосування в автомобільній техніці
Гідравлічні мотори знайшли застосування не лише в стаціонарних машинах, а й у різноманітній автомобільній та транспортній техніці. Йдеться передусім про спецтехніку і важкі транспортні засоби, де потрібні приводи з великим зусиллям. Шестеренний гідромотор у транспортній галузі найчастіше зустрічається в ролі привода допоміжних механізмів. Наприклад, у бортових вантажівках або причепах можуть стояти невеликі шестеренні мотори для приводу конвеєрних стрічок (при розвантаженні сипучих матеріалів), для обертання розкидачів піску/солі на комунальних машинах, чи для приводу гідравлічних насосів додаткового обладнання. Через простоту і дешевизну шестеренні агрегати встановлюють там, де не потрібен надвисокий момент – наприклад, у гідроприводах вентиляторів охолодження двигуна на деяких автобусах і спецтехніці або в механізмах підйому платформи евакуатора (хоча підйом зазвичай реалізується гідроциліндром, рух платформи по напрямних може забезпечувати мотор).
Окремо варто згадати лебідки та підйомні пристрої на спецтранспорті (евакуатори, бурові установки, автомобільні крани). У багатьох випадках саме гідравлічний мотор забезпечує намотування троса. Шестеренні гідромотори нерідко використовують у лебідках невеликої та середньої потужності – вони прості й надійні для такого завдання. Проте для більших навантажень (наприклад, лебідка на важкому тягачі або підйомник крана) частіше ставлять героторні мотори, адже вони дають вищий крутний момент при тих же габаритах. Героторний мотор здатен тягнути вагу плавно, без ривків на низькій швидкості, що ідеально для обережного підіймання вантажу. Також орбітальні мотори активно застосовуються в гідростатичних трансмісіях мобільної техніки. Наприклад, привод коліс у компактних навантажувачах (типу Bobcat) або дорожніх котках часто реалізовано парою “насос + героторні мотори” на колесах чи валах приводів. У результаті машина може плавно рухатися з величезним тяговим зусиллям на малих швидкостях, що було б складно забезпечити прямим механічним приводом.
Інший приклад – комунальна підмітально-прибиральна машина. У ній гідромотори обертають щітки-віники, шнеки-підіймачі сміття, насосні установки тощо. Більшість таких моторів – саме героторного типу, бо потрібна тяга і надійність. В автомобільній промисловості (на виробництві автомобілів) гідромотори теж присутні: наприклад, на конвеєрах заводів, у стендах для випробувань двигунів та гальм, де іноді застосовують гідравлічні приводи замість електричних. Загалом, у транспортній техніці правильний вибір типу гідромотора залежить від конкретного завдання: шестеренний – для простих допоміжних приводів, героторний – для тягових і основних механізмів.
Застосування в сільськогосподарській техніці
Сільське господарство – це царина, де гідравліка використовується повсюдно. Майже кожен сучасний трактор, комбайн чи обприскувач обладнані гідросистемою, що надає рух різним робочим органам. Шестеренні гідромотори знайшли застосування у простіших вузлах агротехніки, де потрібне постійне обертання з середнім навантаженням. Наприклад, у деяких причіпних обприскувачах або розкидачах добрив невеликі шестеренні мотори можуть обертати мішалки бака або приводи подачі добрив, де не потрібен великий момент. Такі мотори економічні, і їх легко замінити чи відремонтувати в польових умовах.
Водночас для багатьох вузлів сільгоспмашин характерні високі навантаження і необхідність плавного обертання. Тут на перший план виходять героторні (орбітальні) мотори. Розглянемо кілька типових прикладів:
- Комбайн. У зернозбиральних комбайнах гідравлічні мотори часто використовуються для приводу допоміжних механізмів. Орбітальний мотор може обертати гвинтовий шнек (шнековий транспортер) зерна або привід підбирача на кормозбиральному комбайні. Також героторні мотори застосовуються в механізмі повороту вивантажувального шнека, обертання жатки тощо – всюди, де потрібна силова подача з контрольованою швидкістю.
- Обприскувачі та розкидачі. На самохідних обприскувачах великі героторні мотори можуть крутити вентилятори для створення повітряного потоку (в аграрній авіації та садових обприскувачах). У розкидачах добрив гідромотор обертає диски-розсіювачі або шнеки подачі – при цьому потрібна стабільна швидкість, щоб рівномірно вносити матеріал. Орбітальні мотори ідеально підходять, бо дають сталу частоту обертання незалежно від навантаження і кількості добрива.
- Трактори та навісне обладнання. На сучасних тракторах гідромотори можуть використовуватися у навісному обладнанні: скажімо, бур для свердління ям (установлюється на навісці трактора) використовує героторний мотор, щоб повільно з великим зусиллям обертати бур. Так само тюкові прес-підбирачі можуть мати гідравлічний привод подавального блока. Деякі тракторні навісні косарки приводять ріжучий барабан через гідромотор. Більшість таких рішень базуються саме на героторних двигунах через їхній високий момент і витривалість.
- Тваринницькі ферми. У кормороздавачах та змішувачах кормів часто стоять гідромотори для обертання змішувальних шнеків. Тут знову ж таки вирішальним є високий крутний момент на малих обертах – а це зона комфорту героторного мотора.
Отже, у агротехніці діє такий принцип: шестеренні мотори використовуються для нескладних задач (вентилятори, невеликі транспортери, приводи допоміжних механізмів), а героторні – там, де треба тягти велике навантаження або забезпечувати плавний рух (робочі органи ґрунтообробних, збиральних та інших машин).
Застосування в промисловості та стаціонарному обладнанні
У промисловій сфері гідромотори встановлюють на різні машини та виробничі лінії – особливо там, де потрібна велика сила або особливі умови роботи, що ускладнюють застосування електродвигунів. Шестеренні гідромотори як найдоступніші часто зустрічаються в допоміжних системах: наприклад, привід невеликих конвеєрів на виробництві, обертання вентиляційних заслінок, насосів охолодження (коли двигун насоса – це по суті гідромотор, що прокачує рідину). Вони стоять на нескладних верстатах і механізмах, де потрібне безперервне обертання з середнім крутним моментом. Візьмімо металообробні верстати – у деяких старих моделях гідромотори використовували для приводу подачі столу або обертання індексованих столів, оскільки це давало змогу легко регулювати швидкість подачі потоком рідини. Шестеренні двигуни там працювали завдяки своїй надійності та простоті, хоча сучасні верстати переважно перейшли на електропривод.
Основне ж застосування гідромоторів у промисловості пов’язане із важкими навантаженнями. Героторні мотори часто встановлюють на обладнання, де потрібен високий момент і плавне регулювання швидкості. Приклад – конвеєрні системи в гірничій або переробній промисловості. Довгий важкий конвеєр, завантажений рудою чи щебнем, потребує потужного привода. Електромотор великої потужності може бути габаритним і вимагати складного пускового обладнання, натомість кілька компактних гідромоторів можуть приводити в рух такий конвеєр, забезпечуючи рівномірний рух стрічки. До того ж, у разі перевантаження гідромотор просто зупиниться (прослизне рідина через клапан), тоді як електромотор може згоріти – це підвищує безпеку.
Висновок
Підсумовуючи, шестеренні гідромотори – це прості і недорогі “трудяги” для базових задач, тоді як героторні – тихохідні “силачі” для важчих робіт. В автомобільній, сільськогосподарській та промисловій техніці обидва типи успішно виконують свої ролі, доповнюючи одне одного. Вибір конкретного типу залежить від вимог: необхідної швидкості, крутного моменту, робочого тиску та бюджету. Якщо потрібен компактний мотор з високим моментом – скоріше за все, це буде героторний; якщо важлива простота і ресурс при середніх навантаженнях – шестеренний стане чудовим варіантом.
До речі, обрати та замовити гідромотор з доставкою по Україні можна на цій сторінці. Сподіваємося, цей огляд допоможе вам краще розуміти відмінності між типами гідромоторів і зробити правильний вибір для вашої техніки!
