Grundlegende Informationen zu Hydraulikmotoren
Der Betriebsdruck des Motors p: der tatsächliche Öldruck am Motoreinlass
Die Betriebsdruckdifferenz des Motors Δp: Die Differenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck des Motors. Genauer gesagt: Δp = pp<sub>out</sub>, üblicherweise wird p<sub>out</sub> = 0 gesetzt.
sei Δ p=p
Der tatsächliche Volumenstrom des Motors: Der Volumenstrom am Motoreinlass.
Unter Berücksichtigung der Leckage ergibt sich der theoretische Volumenstrom des Motors zu: qt=q· η V
In der Gleichung: η V – volumetrischer Wirkungsgrad des Motors
Die Ausgangsdrehzahl des Motors entspricht dem Verhältnis des theoretischen Volumenstroms qt zum Hubvolumen V (Hubvolumen pro Umdrehung), d.h.
n = qt/V = q · η V /V
Das tatsächliche Ausgangsdrehmoment des Motors muss den Einfluss des mechanischen Wirkungsgrades berücksichtigen, nämlich
T=Tt· η m
Wenn der Auslassdruck des Motors null ist, der Einlassarbeitsdruck p beträgt und der Hubraum V beträgt, dann ist das theoretische Ausgangsdrehmoment des Motors:
Das tatsächliche Ausgangsdrehmoment des Motors beträgt:
Im Allgemeinen zählen Motoren mit einer Nenndrehzahl über 500 U/min zu den Hochgeschwindigkeitsmotoren, während Motoren mit einer Nenndrehzahl unter 500 U/min zu den Niedriggeschwindigkeitsmotoren zählen.
Zu den Grundbauarten von Hochgeschwindigkeits-Hydraulikmotoren gehören Zahnrad-, Schaufel- und Axialkolbenmotoren.
•Hauptmerkmale: Hohe Drehzahl, geringes Trägheitsmoment, einfaches Starten, Bremsen, Einstellen der Geschwindigkeit und Ändern der Richtung.
•Im Allgemeinen ist das Ausgangsdrehmoment von Hochgeschwindigkeitsmotoren nicht groß und die minimale stabile Drehzahl hoch, sodass sie nur für den Betrieb mit hoher Drehzahl und kleinem Drehmoment geeignet sind.
Funktionsprinzip des Kolbenmotors
Wird Drucköl in den Hydraulikmotor geleitet, wird der Kolben in der Druckkammer herausgedrückt und gegen die Taumelscheibe gepresst. Die Taumelscheibe erzeugt eine Reaktionskraft auf den Kolben, die sich in axiale und senkrechte Komponenten zerlegen lässt. Die senkrecht zur Achse wirkende Kraftkomponente erzeugt ein Drehmoment, das den Zylinder in Rotation versetzt.
• Langsamlaufende Hydraulikmotoren mit hohem Drehmoment sind mit schnelllaufenden Motoren vergleichbar, und in der Regel handelt es sich bei diesen Motoren um Radialkolbenmotoren.
•Merkmale: Niedrige Mindestdrehzahl, ca. 5-10 U/min, hohes Drehmoment bis zu mehreren zehntausend N·m; Große radiale Abmessungen und großes Trägheitsmoment.
• Üblicherweise kann es ohne Untersetzungsgetriebe direkt mit dem Arbeitsmechanismus verbunden werden, was die Übertragungsstruktur erheblich vereinfacht.
• Drei Grundformen von langsam laufenden und drehmomentstarken Hydraulikmotoren sind Kurbel-Pleuel-Motoren, statisch ausbalancierte Motoren und mehrfachwirkende Innenkurvenmotoren.
Langsam laufender und drehmomentstarker Hydraulikmotor mit Kurbelpleuelstange
Das folgende Diagramm veranschaulicht das Funktionsprinzip eines Kurbel-Pleuelstangen-Hydraulikmotors.
Der Motor besteht aus einem Gehäuse 1, einer Pleuelstange 3, einer Kolbenanordnung 2, einer Kurbelwelle 4 und einer Förderwelle 5. Fünf Zylinderkörper sind gleichmäßig radial entlang des Umfangs des Gehäuses angeordnet und bilden ein sternförmiges (nicht rotierendes) Gehäuse. Jeder Zylinderkörper ist mit einem Kolben ausgestattet, der über ein Kugelgelenk mit der Pleuelstange verbunden ist. Das große Ende der Pleuelstange ist als sattelförmige, zylindrische Lauffläche ausgebildet und liegt fest auf dem Exzenterrad der Kurbelwelle auf, dessen Mittelpunkt O1 ist. Die Exzentrizität OO1 = e zwischen diesem Exzenterrad und dem Kurbelwellen-Drehpunkt O beträgt OO1 = e. Die Förderwelle 5 des Hydraulikmotors ist über eine Passfeder mit der Kurbelwelle 4 verbunden und dreht sich mit dieser. Das Drucköl des Motors strömt durch den Kanal der Förderwelle und wird von dieser zu den jeweiligen Kolbenzylindern geleitet.
In der Abbildung sind die Kammern ①, ② und ③ des Ölzylinders mit Drucköl gefüllt, und der Kolben wird durch den Öldruck bewegt. Gemäß dem Funktionsprinzip des Kurbel-Pleuel-Mechanismus übt der unter Öldruck stehende Kolben über die Pleuelstange eine Kraft N auf den Mittelpunkt O1 des Exzenterrads aus. Dadurch wird die Kurbelwelle um den Drehpunkt O in Rotation versetzt, wodurch Drehzahl und Drehmoment nach außen abgegeben werden. Die anderen Kolbenzylinder sind mit dem Ölauslassfenster verbunden. Bei Vertauschung von Ein- und Auslass dreht sich der Hydraulikmotor in die entgegengesetzte Richtung.
Mehrfachwirkender Innenkurvenmotor
·Es gibt viele Bauformen von mehrfachwirkenden Innenkurven-Hydraulikmotoren, darunter Axialrotations- und Mantelrotations-Hydraulikmotoren hinsichtlich ihrer Anwendung.
•Aus der Perspektive der inneren Struktur können verschiedene Formen der Kraftübertragung und der Struktur der Kolbenkomponenten auftreten, der Hauptarbeitsprozess von Hydraulikmotoren bleibt jedoch gleich.
Das Strukturprinzip des mehrfachwirkenden Innenkurvenmotors
Der Hydraulikmotor besteht aus Hauptkomponenten wie Stator 1, Rotor 2, Verteilerwelle 4 und Kolbengruppe 3. Die Innenwand des Stators 1 ist mit mehreren gleichmäßig verteilten, identischen gekrümmten Flächen versehen. Jede dieser Flächen lässt sich in symmetrische Hälften unterteilen: Die Hälfte, die das Ausfahren des Kolbenpaares ermöglicht, wird als Öleinlassbereich, die Hälfte, die das Einfahren ermöglicht, als Ölauslassbereich bezeichnet.
Die Anzahl der Hubbewegungen jedes Kolbens pro Umdrehung des Hydraulikmotors entspricht der Anzahl der Statorflächen X, was als Anzahl der Hubbewegungen des Hydraulikmotors bezeichnet wird. Der Zylinderblock weist Z Kolbenzylinderbohrungen auf, und am Boden jeder Zylinderbohrung befindet sich ein Strömungsverteilerfenster, das mit der zugehörigen Strömungsverteilerbohrung auf der zentralen Strömungsverteilerwelle verbunden ist. In der Mitte der Verteilerwelle befinden sich Öleinlass- und -rücklauföffnungen, deren Position dem Öleinlass- und -rücklaufbereich auf der Führungsschiene entspricht.
Das Öl wird über das Ölverteilungsfenster an der Ölverteilungswelle in die untere Ölkammer des Kolbens im Arbeitsbereich geleitet. Der Öldruck bewirkt, dass die Rolle der Kolbengruppe gegen die Oberfläche der Führungsschiene drückt. Am Kontaktpunkt erzeugt die Führungsschiene eine Normalkraft N auf die Rolle. Diese Kraft wirkt senkrecht zur Oberfläche der Führungsschiene und verläuft durch die Mitte der Rolle. Sie lässt sich in zwei Komponenten zerlegen: eine Komponente P in axialer Richtung des Kolbens und eine Komponente T senkrecht dazu. Die Kraft wird über die Seite des Querträgers auf den Zylinderkörper übertragen und erzeugt ein Drehmoment am Zylinderblock. Dadurch wird der Zylinderblock in Rotation versetzt.
Die Spindel dreht sich einmal, und der Kolben bewegt sich X-mal hin und her (in der Abbildung als 6-mal dargestellt). Daher erhöht sich bei gleichem Kolbendurchmesser und gleicher Hubzahl das Ausgangsdrehmoment im Vergleich zu einem einfachwirkenden Kolbenmotor um das Sechsfache der Anwendungszahl. Neben einreihigen Kolbenkolbenmotoren sind auch zwei- oder dreireihige Ausführungen erhältlich, wodurch sich Anforderungen an große Hubräume und geringe Baugröße problemlos erfüllen lassen.
Werden die Ein- und Auslassöffnungen des Hydraulikmotors vertauscht, kehrt sich die Drehrichtung um. Ist die Antriebswelle fixiert, drehen sich Stator, Verteilerwelle und Gehäuse – dies wird üblicherweise als Gehäuserotation bezeichnet – und der Motor fungiert als Radmotor.
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