Motor cu deplasare constantă

Un motor cu volum constant este un motor hidraulic cu volum de aspirare fix, care nu poate fi modificat. Acesta transformă energia hidraulică în energie mecanică de rotație, cu o deplasare constantă pe rotație. Turația și cuplul sunt determinate exclusiv de debitul volumic alimentat și de presiunea sistemului, nu printr-un sistem de reglare intern.

Principiile de bază și modul de funcționare al motorului cu debit constant

Motoarele constante fac parte din familia mașinilor cu deplasare și se numără printre cele mai utilizate motoare hidraulice din industrie. Caracteristica lor definitorie este volumul de aspirare fix: fiecare rotație a arborelui motorului deplasează exact același volum de lichid hidraulic. Această proprietate face ca motorul cu volum constant să fie previzibil și robust, dar limitează în același timp flexibilitatea în cazul cerințelor de sarcină variabile.

Funcționarea se bazează pe principiul transmiterii forței de presiune. Fluidul hidraulic sub presiune ridicată curge prin racordul de presiune în camerele de deplasare ale motorului. Acolo, presiunea acționează asupra elementelor mobile, precum pistoanele, roțile dințate sau paletele, generând o mișcare de rotație a arborelui de ieșire. Lichidul utilizat părăsește motorul prin racordul de retur și se întoarce în circuitul hidraulic. Deoarece volumul de deplasare este fix, turația crește proporțional cu debitul volumic alimentat, în timp ce cuplul depinde în mod decisiv de presiunea aplicată.

Caracteristicile turației și cuplului

Volumul de aspirare fix determină o legătură directă între debitul volumic și turație: dacă se alimentează mai mulți litri pe minut, motorul se rotește mai repede. Cuplul, la rândul său, crește odată cu presiunea. Proiectanții utilizează acest comportament previzibil pentru a proiecta acționări destinate condițiilor de funcționare care rămân constante în regim continuu sau prezintă doar fluctuații minore. Cu toate acestea, în aplicațiile cu profile de sarcină foarte variabile, motorul cu turație constantă își atinge limitele, deoarece nu poate crește cuplul prin adaptare internă.

Tipuri de motoare cu cuplu constant

Motoarele cu cuplu constant sunt fabricate în diferite tipuri de construcție, care se deosebesc prin densitatea de putere, domeniul de turație, randamentul și domeniul de aplicare. Alegerea tipului de construcție depinde de cerințele concrete privind cuplul, turația, spațiul de montare și presiunea de funcționare.

Motoare cu angrenaje

Motoarele cu roți dințate reprezintă cel mai simplu și mai economic tip de construcție. Două roți dințate care se angrenează între ele sunt puse în rotație de presiunea fluidului hidraulic. Un angrenaj îl antrenează pe celălalt prin intermediul dinților. Motoarele cu angrenaje se caracterizează printr-o construcție compactă, greutate redusă și robustețe ridicată. Acestea sunt potrivite pentru turații medii și presiuni de funcționare de până la aproximativ 250 bar. Randamentul lor se situează între 80 și 85 la sută. Dezavantajele sunt nivelul relativ ridicat de zgomot și cuplul de pornire limitat.

Motoarele cu celule cu palete

Motoarele cu palete utilizează un rotor cu palete dispuse axial sau radial, care sunt ghidate în caneluri și sunt presate împotriva peretelui carcasei prin forța centrifugă. Lichidul hidraulic deplasează volumul dintre palete, generând astfel mișcarea de rotație. Motoarele cu palete funcționează foarte uniform și silențios, sunt reversibile și oferă un comportament bun la pornire. Acestea sunt utilizate la presiuni medii de până la aproximativ 210 bar și se remarcă prin construcția lor compactă.

Motoare cu pistoane axiale cu volum constant

Motoarele cu pistoane axiale cu volum de aspirare fix se numără printre cele mai performante motoare cu debit constant. Pistoanele sunt dispuse axial față de arborele de antrenare și apasă împotriva unui disc înclinat sau a unui ax de arbore înclinat. Unghiul de înclinare fix definește cursa pistonului și, prin urmare, volumul de aspirare constant.

Motoare constante cu ax înclinat

Motoarele cu volum constant cu ax înclinat reprezintă o variantă foarte răspândită. Arborele de antrenare este înclinat față de blocul cilindric cu un unghi fix, ceea ce determină cursa pistonului. Acest tip de construcție atinge presiuni de funcționare de 400 bar și mai mult, oferă randamente ridicate de peste 90% și se remarcă printr-un comportament excelent la pornire și la funcționare lentă. Producători precum Bosch Rexroth sau Linde Hydraulics oferă motoare cu ax înclinat și debit constant în numeroase dimensiuni, pentru circuite deschise și închise.

Motoare cu disc oblic cu debit constant

În cazul motoarelor cu disc oblic, pistoanele apasă împotriva unui disc fix, înclinat. Și în acest caz, unghiul de înclinare este fix, astfel încât volumul de aspirare nu poate fi modificat. Motoarele cu disc oblic sunt mai compacte decât motoarele cu ax oblic și sunt potrivite pentru aplicații cu spațiu de montare limitat.

Motoare cu pistoane radiale și motoare orbitale

Motoarele cu pistoane radiale dispun pistoanele în formă de stea în jurul arborelui de antrenare. Acestea furnizează cupluri foarte mari la turații reduse și sunt utilizate în special în aplicații cu sarcini grele. Motoarele orbitale, denumite și motoare Gerotor, utilizează un sistem de rotor cu rotație excentrică și oferă, de asemenea, cupluri ridicate la dimensiuni compacte. Ambele tipuri funcționează ca motoare cu turație constantă și acoperă intervale de turație sub 1000 rpm.

Motorul cu turație constantă versus motorul cu turație variabilă

Compararea dintre motorul cu turație constantă și motorul reglabil reprezintă una dintre deciziile esențiale în proiectarea sistemelor de acționare hidraulice. Ambele tipuri de construcție își au justificarea, dar se deosebesc fundamental în ceea ce privește flexibilitatea, complexitatea și costurile.

Motorul cu turație constantă se remarcă în situațiile în care cerințele privind acționarea sunt constante sau reglarea turației se realizează prin intermediul pompei. Motoarele reglabile își demonstrează avantajele atunci când turația sau cuplul trebuie modificate în timpul funcționării, fără a fi necesară ajustarea pompei.

Domenii de aplicare pentru motoarele cu turație constantă

Motoarele cu turație constantă se regăsesc în aproape toate domeniile hidraulicii industriale și mobile. Punctele lor forte se manifestă în special acolo unde predomină condiții de funcționare constante sau unde reglarea turației se realizează prin intermediul unei pompe reglabile.

Hidraulica mobilă

În utilajele de construcții, precum excavatoarele, încărcătoarele pe roți și macaralele, motoarele cu turație constantă sunt utilizate ca motoare de deplasare, acționări de rotire și acționări pentru trolii. De asemenea, în agricultură și silvicultură, acestea acționează mașini de cosit, benzi transportoare și trolii cu cablu. În domeniul naval și offshore se utilizează variante protejate împotriva coroziunii și certificate conform DNV.

Hidraulica industrială

Aplicațiile staționare includ instalații de transport, malaxoare, prese, instalații de ridicare și mașini-unelte. În cazul în care un sistem de acționare trebuie să funcționeze continuu la aceeași turație și cu același cuplu, motorul cu turație constantă este adesea soluția cea mai rentabilă. Motoarele cu debit constant cu pistoane axiale se regăsesc și în mașinile de turnare prin injecție și în turbinele eoliene.

Criterii de selecție pentru motoarele cu turație constantă

Alegerea motorului cu turație constantă potrivit necesită adaptarea atentă a mai multor parametri la aplicația concretă.

• Cerințe privind cuplul: cuplul necesar la ieșire determină dimensiunea minimă a volumului de aspirare și presiunea de funcționare necesară.
• Intervalul de turație: Turațiile minime și maxime definesc tipul de motor adecvat. Pentru turații foarte mici la cuplu ridicat sunt potrivite motoarele cu pistoane radiale sau orbitale, iar pentru turații mai mari – motoarele cu pistoane axiale.
• Presiunea de funcționare: Clasa de presiune nominală a motorului trebuie să corespundă presiunii sistemului. Motoarele cu pistoane axiale cu cuplu constant acoperă presiuni de până la 400 bar și peste, iar motoarele cu angrenaje funcționează în intervalul de până la 250 bar.
• Tipul circuitului: Motoarele cu debit constant sunt disponibile pentru circuite deschise și închise. Alegerea influențează configurația racordurilor și drenajul carcasei.
• Condiții de montare: Dimensiunile flanșelor conform ISO, SAE sau DIN, formele arborilor și dimensiunile racordurilor trebuie să se potrivească cu construcția mașinii.
• Condiții de mediu: Temperatura, umiditatea, expunerea la coroziune și eventualele cerințe de certificare (CE, DNV, ATEX) limitează gama de opțiuni.

Întreținere și reparații

Datorită construcției lor simple, motoarele cu viteză constantă necesită mai puțină întreținere decât motoarele reglabile. Cu toate acestea, ele necesită o atenție regulată pentru a evita defecțiunile și a maximiza durata de viață.

Calitatea uleiului și filtrarea

Puritatea lichidului hidraulic are o influență decisivă asupra duratei de viață a unui motor cu turație constantă. Conform standardului ISO 4406, clasa de puritate a uleiului trebuie să fie de cel puțin 18/16/13. Impuritățile duc la o uzură crescută a pistoanelor, a căilor de rulare ale cilindrilor, a angrenajelor și a discurilor de comandă. Prin urmare, verificările periodice ale filtrelor și înlocuirea la timp a acestora sunt indispensabile. Vâscozitatea uleiului trebuie să se încadreze în intervalul ISO VG 32 – 68, VG 46 fiind standardul cel mai frecvent utilizat.

Semne tipice de uzură

Printre cele mai frecvente semne de uzură se numără apariția de zgârieturi pe suprafețele de alunecare, pittingul pe roțile dințate, fragilizarea garniturilor și jocul crescut al rulmenților. O creștere a debitului de scurgere sau o scădere a cuplului la aceeași presiune sunt indicatori practici ai uzurii. Verificarea periodică a presiunii, a temperaturii și a zgomotului permite detectarea timpurie a defectelor.

Norme și standarde

Pentru motoarele cu turație constantă se aplică diverse norme și standarde care reglementează siguranța, compatibilitatea și calitatea. DIN ISO 4413 stabilește cerințele generale de siguranță tehnică pentru instalațiile hidraulice și se referă, prin urmare, și la montarea și funcționarea motoarelor cu turație constantă. Puritatea uleiului este clasificată conform ISO 4406, iar dimensiunile flanșelor și standardele de racordare se conformează standardelor ISO, SAE și DIN. Marcajul CE este obligatoriu pentru piața europeană, iar pentru aplicațiile marine se adaugă certificări suplimentare, precum DNV. Respectarea acestor standarde asigură faptul că motoarele cu volum constant pot fi utilizate în mod fiabil și sigur în sistemele hidraulice complete.