Engineering Essentials:

Lataa tämä artikkeli .PDF-muodossa

Kuva 1. Ulkovaihdemoottoreissa on yksi vetävä hammaspyörä ja yksi tyhjäkäyntipyörä, jotka on koteloitu yhteen koteloon. Lähtömomentti on yhden hampaan paineen funktio, koska muiden hampaiden paine on hydraulisessa tasapainossa.

Kaikenlaisilla hydraulimoottoreilla on nämä yhteiset rakenneominaisuudet: vetävä pinta-ala, johon kohdistuu paine-ero; tapa ajoittaa paineistetun nesteen syöttö painepinnalle jatkuvan pyörimisen aikaansaamiseksi; ja mekaaninen liitäntä pinta-alan ja ulostuloakselin välillä.

Painepintojen kyky kestää voimaa, kunkin moottorityypin vuoto-ominaisuudet ja painepinnan ja ulostuloakselin yhdistämiseen käytetyn menetelmän tehokkuus määrittävät moottorin maksimaalisen suorituskyvyn paineen, virtauksen, tuotetun vääntömomentin, nopeuden, tilavuus- ja mekaanisen hyötysuhteen, käyttöiän ja fyysisen kokoonpanon suhteen.

Moottorin siirtymä tarkoittaa nesteen tilavuutta, joka tarvitaan moottorin ulostuloakselin kääntämiseen yhden kierroksen läpi. Yleisimmät moottorin siirtymäyksiköt ovat in.3 tai cm3 kierrosta kohti.

Hydraulimoottoreiden siirtymä voi olla kiinteä tai muuttuva. Kiinteän siirtymän moottori tuottaa vakiomomentin. Nopeutta vaihdellaan säätämällä moottoriin tulevan syöttövirran määrää. Vaihtuvasiirtymäinen moottori tuottaa vaihtelevan vääntömomentin ja vaihtelevan nopeuden. Kun syöttövirtaus ja paine ovat vakiot, vääntömomentin ja nopeuden suhdetta voidaan muuttaa kuorman vaatimusten mukaisesti siirtymäaluetta muuttamalla.

Vääntömomentin ulostulo ilmaistaan tuumapuntina tai jalan puntina, ja se on järjestelmän paineen ja moottorin siirtymäalueen funktio. Moottorin vääntömomentin arvot ilmoitetaan yleensä tietylle painehäviölle moottorin yli. Teoreettiset luvut ilmoittavat moottorin akselilla käytettävissä olevan vääntömomentin olettaen, että mekaanisia häviöitä ei ole.

Katkovääntömomentti on vääntömomentti, joka tarvitaan paikallaan olevan kuorman kääntämiseen. Kuorman liikkeellelähtöön tarvitaan enemmän vääntömomenttia kuin sen pitämiseen liikkeessä.

Käyntimomentti voi viitata moottorin kuormaan tai moottoriin. Kun se viittaa kuormaan, se ilmaisee vääntömomentin, joka tarvitaan kuorman pitämiseen pyörivänä. Kun sillä viitataan moottoriin, käynnissä oleva vääntömomentti ilmaisee todellisen vääntömomentin, jonka moottori voi kehittää pitääkseen kuorman pyörimässä. Käyntimomentissa otetaan huomioon moottorin tehottomuus, ja se on prosenttiosuus sen teoreettisesta vääntömomentista. Yleisten hammaspyörä-, siipipyörä- ja mäntämoottoreiden käyntimomentti on noin 90 % teoreettisesta.

Käyntimomentilla tarkoitetaan hydraulimoottorin kykyä käynnistää kuorma. Se ilmaisee sen vääntömomentin määrän, jonka moottori voi kehittää kuorman pyörimisen käynnistämiseksi. Joissakin tapauksissa tämä on huomattavasti pienempi kuin moottorin käyntimomentti. Käynnistysmomentti voidaan ilmaista myös prosentteina teoreettisesta vääntömomentista. Yleisten hammaspyörä-, siipipyörä- ja mäntämoottoreiden käynnistysmomentti on 70-80 % teoreettisesta.

Mekaaninen hyötysuhde on todellisen vääntömomentin ja teoreettisen vääntömomentin suhde.

Vääntömomentin aaltoilevuus on tietyllä paineella moottorin yhden kierroksen aikana luovutetun pienimmän ja suurimman vääntömomentin ero.

Moottorin kierrosnopeus on moottorin tilavuuden ja moottoriin syötettävän nesteen määrän funktio.

Moottorin maksiminopeus on nopeus tietyllä tulopaineella, jota moottori voi ylläpitää rajoitetun ajan ilman vaurioita.

Moottorin miniminopeus on hitain, jatkuva, keskeytymätön pyörimisnopeus, joka on käytettävissä moottorin lähtöakselilta.

Vuoto on moottorin läpi tapahtuva vuoto – tai neste, joka kulkee moottorin läpi suorittamatta työtä.

Vaihdemoottorit

Vaihdemoottorit, kuva 1, koostuvat yhteen koteloon koteloidusta parista sovitetuista hammaspyöristä. Molemmilla hammaspyörillä on sama hammasmuoto, ja niitä ohjataan paineellisella nesteellä. Toinen hammaspyörä on liitetty ulostuloakseliin; toinen on tyhjäkäyntiakseli. Paineneste virtaa koteloon kohdassa, jossa hammaspyörät tarttuvat toisiinsa. Se pakottaa hammaspyörät pyörimään ja seuraa pienimmän vastuksen reittiä kotelon ympärillä. Neste poistuu matalapaineisena moottorin vastakkaiselta puolelta.

Vaihteiden ja kotelon väliset tiiviit toleranssit auttavat hallitsemaan nestevuotoja ja lisäävät tilavuushyötysuhdetta. Hammaspyörien sivuilla olevat kulutuslevyt estävät hammaspyöriä liikkumasta aksiaalisesti ja auttavat hallitsemaan vuotoja.

Sisäpyörästömoottorit jakautuvat kahteen luokkaan. Suoravetoinen geroottorimoottori koostuu sisä-ulkopuolisesta hammaspyöräsarjasta ja ulostuloakselista, kuva 2. Sisävaihteessa on yksi hammas vähemmän kuin ulkovaihteessa. Hampaiden muoto on sellainen, että kaikki sisemmän hammaspyörän hampaat ovat koko ajan kosketuksissa johonkin ulomman hammaspyörän osaan. Kun moottoriin johdetaan paineistettua nestettä, molemmat hammaspyörät pyörivät. Moottorin koteloon on integroitu munuaisen muotoiset tulo- ja poistoaukot. Molempien hammaspyörien pyörimiskeskipisteiden välillä on tietty etäisyys, jota kutsutaan eksentrisyydeksi. Sisäisen vaihteen keskipiste on sama kuin ulostuloakselin keskipiste.

Kuva 2. Suoravetoisessa geroottorimoottorissa on sisä- ja ulkovaihteet. Molemmat hammaspyörät pyörivät käytön aikana.

Kuvassa 2(a) paineellinen neste tulee moottoriin sisääntuloaukon kautta. Koska sisemmällä hammaspyörällä on yksi hammas vähemmän kuin ulommalla, sisempien hampaiden 6 ja 1 väliin muodostuu tasku, ja toinen muhvi A. Munuaisen muotoinen sisääntuloaukko on suunniteltu siten, että juuri kun tämän taskun tilavuus saavuttaa maksimitilavuutensa, nestevirtaus sulkeutuu, jolloin sisempien hammaspyörien hampaiden 6 ja 1 kärjet muodostavat tiivisteen, kuva 2(b).

Sisä- ja ulkohammaspyöräparin jatkaessa pyörimistä, kuva 2(c), uusi tasku muodostuu sisempien hampaiden 6 ja 5 ja ulomman pistorasian G väliin. Samaan aikaan sisempien hampaiden 6 ja 1 ja ulomman pistorasian A väliin muodostunut tasku on siirtynyt munuaisen muotoista ulostuloaukkoa vastapäätä, ja se tyhjentyy tasaisesti taskun tilavuuden pienentyessä. Taskujen asteittainen, annosteltu tilavuuden muutos sisään- ja ulostulon aikana takaa tasaisen, yhtenäisen nestevirtauksen, jossa paineen vaihtelu (tai aaltoilu) on mahdollisimman vähäistä.

Koska ulommassa hammaspyörässä on ylimääräinen hammas, sisemmän hammaspyörän hampaat liikkuvat ulomman hammaspyörän hampaita yhden hampaan verran kierrosta kohti eteenpäin. Kuvassa 2(c) sisempi hammas 4 istuu ulommassa holkissa E. Seuraavalla kierroksella sisempi hammas 4 istuu ulommassa holkissa F. Tämä tuottaa pienen suhteellisen eronopeuden hammaspyörien välille.

Kiertävä geroottorimoottori, kuva 3, koostuu sovitetuista hammaspyöristä, kytkimestä, ulostuloakselista ja kommutaattorista tai venttiililevystä. Paikallaan olevalla ulommalla hammaspyörällä on yksi hammas enemmän kuin pyörivällä sisemmällä hammaspyörällä. Kommutaattori pyörii samaa tahtia kuin sisempi hammaspyörä, ja se tarjoaa aina paineistetun nesteen ja kulkuväylän säiliölle oikeisiin väleihin kahden hammaspyörän välissä.

Käytössä, kuva 3(a), sisemmän hammaspyörän hammas 1 on kohdistettu täsmälleen ulomman hammaspyörän pesään D. Piste y on paikallaan olevan hammaspyörän keskipiste ja piste x on roottorin keskipiste. Jos nestettä ei olisi, roottori voisi vapaasti kääntyä holkin D ympäri kumpaankin suuntaan. Se voisi liikkua kohti hammas 2:n istukkaa hylsyssä E tai päinvastoin kohti hammas 6:n istukkaa hylsyssä J.

Kuva 3. Kiertävässä geroottorimoottorissa on paikallaan oleva ulompi hammaspyörä ja pyörivä sisempi hammaspyörä. Roottori ja akseli pyörivät vastapäivään, mutta pisteen X sijaintipaikka on myötäpäivään. Kommutaattori eli venttiililevy, joka on esitetty moottorin kunkin pyörimisvaiheen kuvan alapuolella, tarjoaa paineen ja säiliön läpiviennin paineenalaiselle nesteelle.

Kun paineenalainen neste virtaa sisemmän ja ulomman hammaspyörän välisen tilavuuden alempaan puoliskoon, jos sisemmän ja ulomman hammaspyörän väliseen tilavuuden ylempään puoliskoon on järjestetty läpivienti säiliöön, syntyy momentti, joka pyörittää sisempää hammaspyörää vastapäivään ja alkaa istuttaa hammasta 2 pistorasiaan E. Hammas 4 muodostaa kuvan 3(a) osoittamalla hetkellä tiivisteen paineen ja paluunesteen välille.

Kierron jatkuessa pisteen x sijainti on kuitenkin myötäpäivään. Kun roottorin kukin seuraava hammas asettuu paikoilleen, kuva 3(b), roottorissa suoraan vastapäätä istuvaa hammasta olevasta hampaasta tulee paineen ja paluunesteen välinen tiiviste. Paineistettu neste pakottaa roottorin edelleen kiertymään myötäpäivään roottorin pyöriessä vastapäivään.

Kiinteässä hammaspyörässä olevan yhden ylimääräisen pistorasian vuoksi hammas 1 istuu seuraavan kerran pistorasiassa J. Tuolloin akseli on kiertänyt 1/7 kierrosta, ja piste x on liikkunut 6/7 täydestä ympyrästään. Kuvassa 3(c) hammas 2 on osunut holkkiin D, ja piste x on jälleen linjassa holkin D ja pisteen y välillä, mikä osoittaa, että roottori on tehnyt yhden täyden kierroksen ulomman hammaspyörän sisällä. Hammas 1 on liikkunut 60°:n kulman verran kuvan 3(a) alkuperäisestä pisteestään; akselin yhden kierroksen suorittamiseen tarvitaan 42 (tai 6 X 7) hampaan kytkentää tai nestekiertoa.

Kommutaattori tai venttiililevy, joka on esitetty kuvissa 3(d), (e) ja (f), sisältää paine- ja säiliökanavat roottorin kutakin hammasta varten. Läpiviennit on sijoitettu niin, että ne eivät muodosta paine- tai paluuvirtausta asianmukaiseen aukkoon, kun hammas asettuu pesäänsä. Kaikkina muina aikoina kanavat ovat tukossa tai ne tarjoavat paineenesteen tai säiliökanavan moottorin sopivassa puoliskossa hammaspyörien välissä.

Rullakiekko-geroottorimoottori, kuva 4, on kiertävän geroottorimoottorin muunnelma. Siinä on paikallaan oleva rengasvaihde (eli staattori) ja liikkuva planeettavaihde (eli roottori). Sen sijaan, että planeettapyörän eksentrinen varsi olisi kiinnitetty kahteen laakeriin, se kiinnittyy 6-hampaisen roottorin ja 7-hampaisen staattorin väliin. Staattorin ja roottorin välisen suoran kosketuksen sijasta siirtokammiot muodostuvat rullakiekkojen avulla. Rullakiekot vähentävät kulumista, minkä ansiosta moottoreita voidaan käyttää suljetuissa, korkeapaineisissa hydrostaattisissa piireissä suoraan asennettuina pyörän voimansiirtojärjestelminä.

Pyörämoottorit

Kuva 5. Siipipyörämoottoreissa (kuvassa tasapainotettu tyyppi) on siipipyörät rakoilevassa roottorissa.

Kuvassa 5 esitetyissä siipipipyörämoottoreissa on rakoileva roottori, joka on asennettu vetoakselille, jota roottori vetää. Roottorin uriin tiiviisti asennetut siivet liikkuvat säteittäisesti ja tiivistävät nokkarenkaaseen. Renkaassa on kaksi suurta ja kaksi pientä säteittäistä osaa, jotka on yhdistetty siirtymäosilla tai rampeilla. Nämä ääriviivat ja niihin kohdistuvat paineet tasapainotetaan vinosti.

Joissakin malleissa kevyet jouset pakottavat siivet radiaalisesti nokkakehää vasten varmistaakseen tiivisteen nollanopeudella, jotta moottori voi kehittää käynnistysmomentin. Jousia avustaa keskipakovoima suuremmilla nopeuksilla. Siipien läpi kulkevat säteittäiset urat ja reiät tasaavat siipiin kohdistuvat säteittäiset hydrauliset voimat koko ajan.

Painoneste tulee ja poistuu moottorikotelosta sivulevyissä olevien aukkojen kautta ramppien kohdalla. Sisäänmenoaukoista tuleva paineellinen neste liikuttaa roottoria vastapäivään. Roottori kuljettaa nesteen ulostuloaukoissa oleviin ramppiaukkoihin palatakseen säiliöön. Jos ulostuloaukkoihin tuotaisiin painetta, se pyörittäisi moottoria myötäpäivään.

Nestekalvo erottaa roottorin aksiaalisesti sivulevyjen pinnoista. Etummainen sivulevy puristetaan paineen avulla nokkarenkaaseen, ja se säilyttää optimaaliset välykset lämpötilan ja paineen muuttaessa mittoja.

Vaneenmoottoreilla saavutetaan hyvät käyttöhyötysuhteet, mutta ne eivät ole yhtä korkeat kuin mäntämoottoreilla. Siipipyörämoottorit maksavat kuitenkin yleensä vähemmän kuin vastaavien hevosvoimien mäntämoottorit.

Siipipyörämoottorin käyttöikä on yleensä lyhyempi kuin mäntämoottorin. Siipipyörämoottoreita on saatavana siirtymäalueilla 20 in.3/rev; joissakin hidaskäyntisissä/korkean vääntömomentin malleissa siirtymäalueet ovat jopa 756 in.3/rev. Suurta syrjäytystilavuutta ja matalan kierrosluvun malleja lukuun ottamatta siipimoottoreilla on rajoitettu matalan kierrosluvun toimintakyky.

Mäntätyyppiset moottorit

Kuva 6. Tyypillinen radiaalimäntämoottori.

Kuvassa 6 esitetyissä radiaalimäntämoottoreissa on sylinterin tynnyri, joka on kiinnitetty vetävään akseliin; tynnyrissä on useita mäntiä, jotka liikkuvat edestakaisin säteittäisissä porissa. Ulommat männänpäät tukeutuvat työntörengasta vasten. Paineneste virtaa sylinteritynnyrin keskellä olevan nipin läpi ja ajaa männät ulospäin. Männät työntyvät työntörengasta vasten, ja reaktiovoimat pyörittävät tynnyriä.

Moottorin siirtymä vaihtelee siirtämällä liukulohkoa sivusuunnassa männän iskun muuttamiseksi. Kun sylinteritynnyrin ja kotelon keskilinjat osuvat yhteen, nestevirtausta ei ole, ja siksi sylinteritynnyri pysähtyy. Liukulohkon siirtäminen keskipisteen ohi kääntää moottorin pyörimissuunnan.

Radiaalimäntämoottorit ovat erittäin tehokkaita. Vaikka radiaalimäntämoottoreiden valmistuksessa vaadittava suuri tarkkuus nostaa alkukustannuksia, niiden käyttöikä on yleensä pitkä. Ne tuottavat suuren vääntömomentin suhteellisen alhaisilla akselinopeuksilla ja erinomaisen matalan nopeuden toiminnan korkealla hyötysuhteella; niiden suurnopeusominaisuudet ovat rajalliset. Radiaalimäntämoottoreiden siirtymät ovat jopa 1 000 in.3/rev.

Aksiaalimäntämoottoreissa käytetään myös edestakaisen männän liikkeen periaatetta ulostuloakselin pyörittämiseen, mutta liike on aksiaalinen eikä radiaalinen. Niiden hyötysuhdeominaisuudet ovat samanlaiset kuin radiaalimäntämoottoreilla. Aluksi aksiaalimäntämoottorit maksavat enemmän kuin siipipyörä- tai hammaspyörämoottorit, jotka maksavat enemmän kuin vastaavan hevosvoiman siipipyörä- tai hammaspyörämoottorit, ja niillä on radiaalimäntämoottoreiden tavoin pitkä käyttöikä. Tämän vuoksi niiden korkeammat alkukustannukset eivät välttämättä vastaa laitteen käyttöiän aikana odotettavissa olevia kokonaiskustannuksia.

Kuva 7. Leikkauspiirros inline-aksiaalimäntäisestä hydraulimoottorista.

Yleisesti ottaen aksiaalimäntämoottoreilla on erinomaiset korkeat nopeusominaisuudet, mutta toisin kuin radiaalimäntämoottoreilla, niillä on rajoituksia matalilla käyntinopeuksilla: inline-tyyppi toimii tasaisesti 100 rpm:n kierroslukuun asti ja taivutettu akselityyppi antaa tasaista tehoa 4 rpm:n kierroslukualueelle asti. Aksiaalimäntämoottoreita on saatavana tilavuudeltaan murto-osasta 65 in.3/rev.

Rivimäntämoottorit, kuva 7, tuottavat vääntömomentin sylinterilohkossa edestakaisin liikkuvien mäntien päihin kohdistuvan paineen avulla. Inline-moottorissa moottorin vetoakseli ja sylinterilohko on keskitetty samalle akselille. Paine mäntien päissä aiheuttaa reaktion kallistettua heilurilevyä vasten ja pyörittää sylinterilohkoa ja moottorin akselia. Vääntömomentti on verrannollinen mäntien pinta-alaan ja riippuu siitä, missä kulmassa heilurilevy on.

Näitä moottoreita valmistetaan kiinteän ja muuttuvan tilavuuden malleina. Taivutuslevyn kulma määrittää moottorin siirtymän. Muuttuvassa mallissa heilurilevy on asennettu heilurijokeen, ja kulmaa voidaan muuttaa eri keinoin – yksinkertaisesta vivusta tai käsipyörästä kehittyneisiin servo-ohjauksiin. Siipilevyn kulman kasvattaminen lisää vääntömomenttikapasiteettia, mutta vähentää vetoakselin nopeutta. Vastaavasti kulman pienentäminen pienentää vääntömomenttikapasiteettia mutta kasvattaa vetoakselin nopeuksia (ellei nesteen paine laske). Kulman pysäyttimet ovat mukana, jotta vääntömomentti ja nopeus pysyvät käyttörajoissa.

Kompensaattori muuttaa moottorin siirtymää vastauksena työkuorman muutoksiin. Jousikuormitteinen mäntä on kytketty kompensaattoriin ja liikuttaa sitä käyttöpaineen vaihteluiden mukaan. Kuorman kasvuun liittyy vastaava paineen nousu lisämomenttivaatimusten seurauksena. Ohjaus säätää tällöin ikeen automaattisesti niin, että vääntömomentti kasvaa, kun kuormitus on kevyt. Ihannetapauksessa kompensaattori säätää siirtymän niin, että saavutetaan maksimaalinen suorituskyky kaikissa kuormitustilanteissa aina varoventtiilin asetukseen asti.

Kuva 8. Poikkileikkauskuva taivutettuun akseliin perustuvasta mäntämoottorista.

Kaarevaan akseliin perustuvat mäntämoottorit, kuva 8, kehittävät vääntömomentin reagoimalla edestakaisin liikkuvien mäntien paineeseen. Tässä rakenteessa sylinterilohko ja vetoakseli on asennettu kulmaan toisiinsa nähden; reaktio kohdistuu vetoakselin laippaan.

Nopeus ja vääntömomentti muuttuvat kulman muuttuessa – ennalta määrätystä pienimmästä nopeudesta, jossa siirtymä ja vääntömomentti ovat maksimissaan noin 30°:n kulmassa, suurimpaan nopeuteen, jossa siirtymä ja vääntömomentti ovat minimissään noin 7-1/2°:n kulmassa. Saatavana on sekä kiinteän että muuttuvan siirtymän malleja.

Pyörivän vastakappaleen moottorit

Pyörivän vastakappaleen moottoreissa, kuva 9, on vastakappale A, joka pyörii ohittaakseen pyörivän siipipyörän B, kun taas toinen vastakappale C on vuorotellen tiivistetyssä kosketuksessa roottorin napaan. Vääntömomentti siirtyy suoraan nesteestä roottoriin ja roottorista akseliin. Lähtöakselin ja pyörivien vastakappaleiden väliset hammaspyörät pitävät roottorin siiven ja vastakappaleet oikeassa vaiheessa. Roottorin siipipyörän kärjessä olevaan sinipyöreään uraan sijoitettu rulla muodostaa positiivisen tiivisteen, joka on periaatteessa kitkaton ja suhteellisen epäherkkä kulumiselle. Tiivistysvoimat ovat suuret ja kitkahäviöt pienet, koska vierintäkosketuksen ansiosta.

Ruuvimoottori on periaatteessa pumppu, jossa nesteen virtaussuunta on käännetty. Ruuvimoottorissa käytetään kolmea toisiinsa kytkeytyvää ruuvia – voima-roottoria ja kahta tyhjäkäyntiroottoria, kuva 10. Tyhjäkäyntiroottorit toimivat tiivisteinä, jotka muodostavat peräkkäisiä eristettyjä kierteisiä kammioita tiiviissä roottorikotelossa. Ruuvisarjan kierrealueisiin vaikuttava paine-ero kehittää moottorin vääntömomentin.

Tyhjäkäyntiroottorit kelluvat porissaan. Ruuvisarjan pyörimisnopeus ja nesteen viskositeetti synnyttävät hydrodynaamisen kalvon, joka kannattelee tyhjäkäyntiroottoreita aivan kuten akseli liukulaakerissa, mikä mahdollistaa nopean toiminnan. Rullaava ruuvisarja takaa hiljaisen, tärinättömän toiminnan.

Hydraulimoottorin valinta

Kuva 9. Pyörivän vastakappaleen moottorin vastakappale A kääntyy pyörivän siiven B ohi, kun taas toinen vastakappale C koskettaa tiivistyslevyä korkean ja matalan paineen alueiden erottamiseksi toisistaan. Siipien kärjissä ja roottorin kehällä olevat tiivistystapit muodostavat lähes kitkattoman tiivisteen. Roottori pyörii myötäpäivään, kun paineistettu neste syötetään porttiin 1.

Hydraulimoottorin käyttökohde määrää yleensä vaaditun hevosvoiman ja moottorin kierroslukualueen, vaikka todellista kierroslukua ja vaadittua vääntömomenttia voidaan toisinaan muuttaa siten, että vaadittu hevosvoima säilyy ennallaan. Valitun moottorin tyyppi riippuu vaaditusta luotettavuudesta, käyttöiästä ja suorituskyvystä.

Kun nestetyyppi on määritetty, varsinaisen koon valinta perustuu odotettuun käyttöikään ja koneen kokonaisasennuksen taloudellisuuteen.

Nimelliskapasiteettia pienemmällä kapasiteetilla toimiva hydraulimoottori pidentää käyttöikää enemmän kuin verrannollisesti nimelliskapasiteetin alapuolelle jäävän toiminnan vähenemiseen.

Moottorin tuottama enimmäishyötysuhde saavutetaan, kun se toimii järjestelmän suurimmalla käyttöpaineella ja akselin suurimmalla akselinopeudella. Jos moottoria käytetään aina näissä olosuhteissa, sen aloituskustannukset ovat alhaisimmat. Jos lähtönopeutta on kuitenkin alennettava, on otettava huomioon moottorin kokonaiskustannukset nopeuden alennuksen kanssa – taajuusmuuttajan kokonaisasennuskustannusten optimoimiseksi.

Hydraulimoottoreiden mitoitus

Esimerkkinä siitä, miten hydraulimoottorin koko voidaan laskea sovelluksen mukaan, tarkastellaan seuraavaa: Sovelluksessa tarvitaan 5 hv tehoa 3000 rpm:n kierrosluvulla, kun käytettävissä oleva syöttöpaine on 3000 psi ja paluulinjan paine 100 psi; paine-ero on 2900 psi.

Tarvittava teoreettinen vääntömomentti lasketaan kaavasta:

T = (63,0252 3 hevosvoimaa)/N

missä:
T on vääntömomentti, lb-in, ja
N on kierrosluku, rpm.
Tilanteessa T = 105 lb-in.

Moottorin siirtymä lasketaan kaavalla:

D = 2π T ÷ ΔPeM

jossa:
D on siirtymä, in.3/rev
ΔP on paine-ero, psi, ja
eM on mekaaninen hyötysuhde, %.
Jos mekaaninen hyötysuhde on 88 %, niin D on 0,258 in.3/rev.

Tarvittavan virtauksen laskeminen:

Q = DN/231eV,

missä: Q on virtaus, gpm, ja
eV on tilavuushyötysuhde, %.
Jos tilavuushyötysuhde on 93 %, Q on 3,6 gpm.

Paine näissä yhtälöissä on tulo- ja lähtöpaineen erotus. Näin ollen mikä tahansa paine ulostuloaukossa vähentää nestemoottorin vääntömomenttituottoa.

Hyötysuhdekerroin on useimmilla moottoreilla melko vakio, kun ne toimivat puoleen tai täyteen nimellispaineesta ja nimellisnopeusalueen keskiosassa. Kun nopeus lähestyy jompaakumpaa ääripäätä, hyötysuhde laskee.

Matalammat käyttöpaineet johtavat alhaisempiin kokonaishyötysuhteisiin kaikille nestemoottoreille ominaisten kiinteiden sisäisten pyörimishäviöiden vuoksi. Siirtymäalueen pienentäminen maksimista muuttuvan siirtymäalueen moottoreissa pienentää myös kokonaishyötysuhdetta.

Hydraulimoottorin toimintahäiriöt

Suurin osa moottoreiden ongelmista kuuluu seuraaviin luokkiin:

Vääränlainen neste – Moottori ei eroa muista hydraulijärjestelmän komponenteista – siinä on oltava puhdasta nestettä, sitä on oltava riittävästi, ja sen on oltava laadultaan ja viskositeetiltaan oikeanlaista.

Puutteellinen kunnossapito – Huono kunnossapito-ohjelma on toiseksi suurin syy suuriin ongelmiin. Tyypillisiä lipsahduksia ohjelmassa ovat:

• Linjojen ja liitäntöjen tarkistamatta jättäminen ja korjaamatta jättäminen vuotojen estämiseksi; vialliset liitännät voivat päästää likaa ja ilmaa järjestelmään, alentaa painetta ja aiheuttaa epätasaisen toiminnan.
• Moottorin asennuksen laiminlyönti oikein. Moottorin akselin väärä suuntaus voi aiheuttaa laakerien kulumista, mikä voi johtaa tehokkuuden menetykseen. Väärin kohdistettu akseli voi myös vähentää vääntömomenttia, lisätä kitkavääntöä ja lämpenemistä ja johtaa akselin rikkoutumiseen.
• Epäonnistuminen moottorin toimintahäiriön syyn selvittämisessä. Jos moottori vikaantuu, etsi aina vian syy. On selvää, että jos syytä ei korjata, vikaantuminen toistuu.

Epäasianmukainen toiminta – Moottorin käyttörajojen ylittäminen edistää moottorin vikaantumista. Jokaisella moottorilla on suunnittelurajoitukset paineelle, nopeudelle, vääntömomentille, siirtyvyydelle, kuormitukselle ja lämpötilalle. Liiallinen paine voi tuottaa lämpöä moottorin liukumisen vuoksi ja aiheuttaa moottorin vääntömomenttirajojen ylittymisen. Liian suuri nopeus voi aiheuttaa lämpenemistä ja laakereiden ja muiden sisäisten osien kulumista.

Liian suuri vääntömomentti voi aiheuttaa laakereiden ja moottorin akselin väsymistä ja rasitusta, erityisesti sovelluksissa, jotka vaativat usein moottorin kääntämistä. Liiallinen kuormitus voi aiheuttaa laakereiden ja akselin väsymistä. Ja lopuksi, liiallinen lämpötila voi aiheuttaa tehokkuuden menetystä, koska öljy ohenee, ja voi aiheuttaa nopeaa kulumista voitelun puutteen vuoksi.

Lataa tämä artikkeli .PDF-muodossa