Гидромоторы

Гидромотор представляет собой объёмный гидродвигатель, у которого выходное звено (вал) совершает неограниченное поворотное движение. Такое определение закреплено в ГОСТ 17752‑81. По сути, это устройство, которое превращает энергию потока рабочей жидкости под давлением в механическую энергию вращения подобно тому, как электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Такие агрегаты находят широкое применение в мобильной технике, строительных машинах и промышленном оборудовании, где требуется компактное и мощное решение для передачи крутящего момента.

Работа гидромотора основана на простом, но эффективном принципе. Когда рабочая жидкость (обычно масло) подаётся на вход устройства под определённым давлением, она начинает воздействовать на внутренние рабочие элементы — например, лопатки ротора или зубья шестерён. Это давление заставляет элементы двигаться, а их движение передаётся на выходной вал. В результате с вала снимается крутящий момент, который далее используется для привода различных механизмов — от колёс мобильной техники до вращающихся частей промышленного оборудования.

Таким образом, гидромоторы — это универсальные и эффективные устройства, которые благодаря своим характеристикам и разнообразию конструкций успешно решают широкий круг задач в современной технике.

Основные типы гидромоторов

Наиболее популярные типы гидромоторов:

Шестерённые — простые и надёжные, подходят для систем с невысокими требованиями к равномерности вращения;

Пластинчатые — обеспечивают плавное вращение и высокую частоту;

Аксиально-плунжерные — позволяют развивать высокие скорости вращения;

Радиально-плунжерные — рассчитаны на малые скорости и высокий момент, применяются, например, в поворотных механизмах кранов.

Управление вращением осуществляется через гидрораспределители или другие элементы гидропривода, что позволяет изменять скорость, направление и закон движения вала.

Шестеренные гидромоторы

Шестеренные гидродвигатели представляют собой устройства, конструктивно близкие к шестеренным насосам, но с ключевым отличием: они имеют отдельный вывод рабочей жидкости, что обеспечивает обратимое вращение ротора. Это качество делает их особенно востребованными в гидроприводах мобильной техники, а также в приводах вспомогательных механизмов и навесного оборудования.

Технические характеристики

• Скорость вращения: стандартные модификации — до 5000 об/мин; специализированные версии — до 10 000 об/мин;
• Рабочее давление: до 200 бар в типовых конструкциях; специальные варианты выдерживают до 300 бар;
• КПД: достигает 0,9 при оптимальных условиях работы. 
• Простота конструкции: облегчает производство, монтаж и техническое обслуживание;
• Высокие обороты: позволяют применять моторы в динамичных гидросистемах;
• Экономичность: сравнительно невысокая стоимость делает их популярными в массовом применении.

Ограничения

• КПД ниже, чем у более сложных типов гидромоторов;
• Ограничение по нагрузкам и допустимому давлению в стандартных исполнениях;
• Менее точная регулировка скорости и момента по сравнению с аксиально-поршневыми и пластинчатыми агрегатами.

Сферы применения

Шестеренные гидромоторы широко используются в следующих областях:

• Станочные гидроприводы, где важны компактность и надёжность;
• Навесное оборудование мобильной техники, например, ковши, жатки, стрелы;
• Вспомогательные механизмы машин и оборудования, где требуется простая и долговечная конструкция.

Их популярность обусловлена сочетанием надёжности, эксплуатационной простоты и экономической эффективности, что делает их оптимальным выбором для большинства промышленных и мобильных систем.

Конструктивные особенности

На рисунке ZSK.19.1 показан пример стандартного шестеренного гидромотора. Основная сила вращения формируется под действием давления рабочей жидкости на зубья ведущей шестерни, которая передаёт момент на ведомую шестерню. Такая схема обеспечивает равномерное и стабильное вращение, позволяет работать в реверсивном режиме и сохраняет компактные размеры агрегата.

Расчёт крутящего момента гидромотора:

где:

Δp — перепад давления на гидромоторе,

b — ширина шестерен,

m — модуль зацепления,

z — количество зубьев шестерни.

Такое соотношение позволяет точно прогнозировать момент, развиваемый гидромотором, что особенно важно при проектировании гидроприводов, где требуется согласование мощности двигателя с нагрузкой.

Рис. ZSK.19.1 Конструкция шестеренного гидромотора

Героторные гидромоторы

Героторные гидродвигатели представляют собой компактные устройства, способные развивать значительный крутящий момент при ограниченных габаритах. Их конструктивная особенность — наличие внутреннего роторного механизма с зубчатой передачей, в котором рабочая жидкость направляется в полости через специальный распределитель. Внутри этих камер создаётся давление, воздействующее на зубья ротора, что приводит к его планетарному обкатывающему движению по роликам. Такая схема обеспечивает плавное и непрерывное преобразование гидравлической энергии в механическое вращение без резких рывков.

Основные рабочие характеристики

• Давление рабочей жидкости: до 25 МПа;
• Объём рабочего цикла: до 800 см³;
• Развиваемый крутящий момент: до 2000 Н·м;

Особенность движения ротора: обкатывающее планетарное вращение, минимизирующее вибрации и ударные нагрузки.

Преимущества

• Простота конструкции: отсутствие сложных механических узлов упрощает производство, монтаж и техническое обслуживание;
• Высокий крутящий момент на старте и при малых оборотах: оптимально для низкоскоростных механизмов с большой нагрузкой;
• Компактные габариты: позволяют интегрировать гидромотор в ограниченные пространства и мобильные платформы;

• Плавная работа: планетарное движение ротора уменьшает вибрации, повышая ресурс всего узла;
• Надёжность: простота внутреннего устройства снижает риск поломок и повышает долговечность.

Ограничения

• Частота вращения сравнительно невысока, что ограничивает применение в высокоскоростных приводах;
• Максимальное давление ограничено 21–25 МПа, требуя осторожности при эксплуатации в системах с повышенными нагрузками;
• Применение в системах высокой динамики затруднено из-за инерционных особенностей планетарного движения ротора.

Сферы применения

Героторные гидромоторы находят оптимальное применение там, где необходимо сочетание высокого момента и компактного размера:

• Приводы малогабаритной мобильной техники;
• Строительные и сельскохозяйственные машины;
• Вспомогательные механизмы с ограниченной установочной зоной;
• Специальные промышленные установки, где важна плавность вращения и минимальные вибрации.

Такая комбинация надежности, компактности и мощности делает героторные гидродвигатели востребованными в системах, где пространство ограничено, а требуемый крутящий момент остаётся высоким.

Рис. ZSK.19.2 Конструкция героторного гидромотора

Пластинчатые гидромоторы

Пластинчатые гидродвигатели конструктивно близки к одноимённым насосам, но имеют ключевое отличие: наличие механизма прижима рабочих пластин к корпусу, что обеспечивает создание вращающего момента при подаче рабочей жидкости. Такая особенность позволяет мотору эффективно преобразовывать давление жидкости в механическое вращение.

Технические характеристики

• Максимальное рабочее давление: до 20 МПа;
• Предельная частота вращения вала: до 1500 об/мин;
• Коэффициент полезного действия (КПД): до 0,8;

Особенности работы: стабильное создание крутящего момента при сравнительно низких оборотах и высоких нагрузках.

Преимущества

• Простота конструкции и надёжность: ограниченное количество подвижных элементов снижает риск поломок;
• Высокий момент при низких оборотах: обеспечивает эффективное использование в тяжёлых приводах;
• Сравнительно компактные размеры: позволяет интегрировать гидромотор в ограниченные пространства;
• Устойчивость к гидравлическим ударам: механизм прижима пластин смягчает перепады давления.

Ограничения

• Ограничение по частоте вращения не позволяет использовать моторы в высокооборотных системах;
• Необходимость контроля чистоты рабочей жидкости для предотвращения износа прижимного механизма;
• Сравнительно низкий КПД по сравнению с поршневыми или шестерёнными гидродвигателями.

Область применения

Пластинчатые гидромоторы широко применяются в мобильной технике, строительных и промышленных установках, где требуется устойчивое вращение при высокой нагрузке, но не требуется высокая скорость вращения.

Крутящий момент создаваемый пластинчатым гидромотором определяется как:

где:

∆p – перепад давлений на гидромоторе,

q – рабочий объем гидромотора.

Рис. ZSK.19.3 Конструкция пластинчатого гидромотора

Радиально-поршневые гидромоторы

Гидравлические машины данного типа разрабатываются с целью преобразования энергии рабочей жидкости под давлением в механическое вращательное усилие, которое затем используется для привода самых разнообразных исполнительных механизмов и агрегатов. Характер подачи рабочей жидкости, а также принцип работы устройства определяют его функциональную классификацию на гидромоторы однократного и многократного действия. Эта классификация напрямую влияет на формируемый крутящий момент, диапазон частоты вращения вала, динамику отклика и плавность работы, обеспечивая возможность оптимального подбора гидромотора под конкретные требования системы.

Особенности конструкции и работы таких гидромоторов заключаются в том, что:

• Однократные гидромоторы используют воздействие жидкости в одном направлении, после чего возврат рабочего элемента обеспечивается внешним механизмом или массой нагрузки, что делает их эффективными для быстрого старта и высоких оборотов;
• Многократные гидромоторы обеспечивают двунаправленное воздействие жидкости, что позволяет достигать равномерной передачи крутящего момента, минимизировать пульсации потока и повышать стабильность работы под нагрузкой;
• Динамические характеристики, включая скорость нарастания момента и плавность вращения, во многом зависят от схемы распределения жидкости и конструкции поршневого или роторного блока;
• Конструктивные решения, такие как наклонные блоки цилиндров или многотактные схемы, повышают КПД и увеличивают долговечность агрегата, позволяя работать при высоких давлениях и значительных нагрузках.

Однократного действия

Гидромоторы однократного действия находят своё применение в системах, где ключевыми требованиями являются высокая развиваемая мощность и сравнительно высокая скорость вращения вала. Типичными примерами таких установок являются шнековые механизмы, бетономешалки и аналогичные агрегаты, в которых требуется быстрое создание усилия для выполнения работы.

В подобных устройствах рабочая жидкость воздействует на исполнительный орган исключительно в одном направлении, создавая необходимый крутящий момент и обеспечивая движение рабочей части. Возврат рабочего элемента происходит либо за счёт действия внешнего механизма, либо благодаря силе тяжести или массе нагрузки, которая перемещает элемент обратно в исходное положение. Такая конструкция обеспечивает простоту схемы, надёжность работы и возможность быстрого разгона рабочих органов, хотя ограничивает возможность использования в системах с двунаправленным циклом действия.

Технические показатели:

• Крутящий момент: до 32 000 Н·м, обеспечивающий возможность передачи значительных усилий на приводимый механизм;
• Рабочее давление: до 35 МПа, что позволяет использовать гидромотор в высоконагруженных системах;
• Частота вращения: до 2000 об/мин, обеспечивая достаточно высокую скорость работы для динамичных процессов

Особенность однократного действия заключается в том, что максимальная эффективность достигается при прямом движении поршня или ротора, что упрощает конструкцию, но требует внешнего возвратного механизма для обратного хода.

Многократного действия

Гидромоторы многократного действия разработаны для постоянного двустороннего воздействия рабочей жидкости, что позволяет поддерживать равномерное и стабильное создание крутящего момента на валу устройства. Благодаря этой особенности они обеспечивают точное регулирование скорости вращения и силы, передаваемой на исполнительный орган, что особенно важно в сложных гидросистемах.

Такие гидромоторы широко применяются в гидроприводах конвейеров, мобильной и строительной технике, землеройных машинах, а также в других системах, где требуется контролируемое и плавное движение, высокая точность позиционирования и возможность работы под переменными нагрузками. Двустороннее воздействие жидкости позволяет использовать рабочие камеры гидромотора эффективно в обоих направлениях, увеличивая КПД, снижая пульсации давления и повышая надежность агрегата при длительной эксплуатации.

Технические показатели:

• Крутящий момент: до 45 000 Н·м
• Рабочее давление: до 45 МПа
• Частота вращения: до 300 об/мин.

Преимущества

• Высокая плотность крутящего момента при небольших размерах: гидромотор способен развивать значительные усилия на валу, сохраняя при этом компактные габариты, что особенно важно для мобильной техники и ограниченных монтажных пространств.
• Регулируемый рабочий объём: позволяет адаптировать гидромотор под конкретные нагрузки и требования системы, обеспечивая оптимальное соотношение мощности, скорости и экономичности расхода рабочей жидкости.
• Режим свободного вращения: при снижении давления или временном отключении гидросистемы рабочий орган может вращаться свободно, что облегчает обслуживание, предотвращает перегрузки и повышает долговечность оборудования.

Ограничения

• Сложная конструкция требует точной сборки, регулярного технического обслуживания и контроля качества рабочей жидкости;
• Пульсации расхода жидкости могут приводить к вибрациям и необходимости установки демпфирующих устройств;
• Высокая стоимость ограничивает использование в малонагруженных или бюджетных системах.

Рис. ZSK.19.4 Конструкция радиально-поршневого гидромотора

Аксиально-поршневые гидромоторы с наклонным блоком

Гидромоторы с наклонным блоком цилиндров широко применяются в мобильной технике, гидравлических прессах, станочных и промышленно-технологических приводах, где требуется сочетание высокой мощности и компактных габаритов. Ключевой конструктивной особенностью этих устройств является именно наклонный блок цилиндров. Такая конфигурация позволяет оптимизировать передачу усилия от поршней на вал, снижая трение и гидравлические потери, что повышает коэффициент полезного действия и общую эффективность работы агрегата.

Кроме того, наклонный блок обеспечивает равномерное распределение нагрузки между поршнями, уменьшает пульсации потока рабочей жидкости и способствует плавному вращению вала даже при высоких давлениях. Благодаря этим особенностям гидромоторы с наклонным блоком цилиндров демонстрируют высокую надёжность, долговечность и способны работать в условиях интенсивных эксплуатационных нагрузок.

Технические характеристики:

• Рабочее давление: до 450 бар, что позволяет применять гидромоторы в высоконагруженных системах и обеспечивать стабильное функционирование при экстремальных нагрузках;
• Крутящий момент: до 6000 Н·м, достаточный для работы с тяжёлыми и инерционными механизмами;
• Частота вращения вала: до 5000 об/мин, что делает эти гидромоторы пригодными для приводов с высокими требованиями к скорости и динамике;
• Рабочий объём: может быть постоянным или регулируемым, что позволяет адаптировать гидромотор под специфические задачи и изменяющиеся условия эксплуатации.

Крутящий момент M аксиально-поршневого гидромотора определяется по формуле:

Δp — перепад давления на гидромоторе;

z — количество поршней;

dp — диаметр каждого поршня;

Dc — диаметр, на котором расположены цилиндры;

y — угол наклона блока цилиндров относительно оси вала;

q — рабочий объём гидромотора.

Особенности и преимущества многотактных аксиально-поршневых гидромоторов:

• Обеспечение высокой мощности при компактных размерах, что упрощает установку и интеграцию в ограниченные пространства машин, станков и мобильной техники;
• Возможность точной регулировки рабочего объёма, позволяющая гибко настраивать мощность, крутящий момент и расход рабочей жидкости в зависимости от конкретных условий эксплуатации;
• Стабильная и равномерная передача крутящего момента за счёт многотактного действия поршней, минимизации пульсаций потока и снижения колебаний давления в системе;
• Высокий КПД и оптимизированное распределение нагрузки на поршни, что увеличивает ресурс работы гидромотора и снижает износ подвижных деталей;
• Возможность применения в тяжёлых гидроприводах, крупных прессах и мобильной технике, где требуется сочетание надёжности, долговечности и точного управления;
• Конструктивная особенность с неподвижным корпусом упрощает сборку, обслуживание и обеспечивает дополнительную устойчивость к вибрациям и внешним нагрузкам.

Область применения:

Такие гидромоторы используются в системах, где требуется сочетание высокого крутящего момента, скоростных характеристик и компактности. Примеры включают: мобильные гидравлические машины (экскаваторы, бульдозеры), промышленные прессы, станочные гидроприводы, а также специализированные механизмы с переменной нагрузкой и высокой частотой работы.

Рис. ZSK.19.5 Конструкция аксиально-поршневого гидромотора с наклонным блоком

Многотактные аксиально-поршневые гидромоторы с неподвижным валом

представляют собой специализированные роторно-поршневые гидравлические устройства, конструктивно спроектированные таким образом, что рабочие камеры совершают несколько полных циклов за один оборот вала. Эта многотактная схема позволяет максимально эффективно преобразовывать энергию гидравлической жидкости в механическое вращательное усилие, обеспечивая высокий крутящий момент даже при сравнительно низких оборотах.

Особенностью таких гидромоторов является равномерное распределение усилий между поршнями и рабочими камерами, что снижает пульсации давления и повышает стабильность вращения вала. Многократное действие поршней способствует плавной и точной работе, минимизируя динамические колебания и обеспечивая долговечность агрегата.

Применение этих гидромоторов особенно эффективно в тяжелой промышленной технике, гидравлических прессах, крупногабаритных станках и других системах, где критически важны высокая надежность, стабильная передача крутящего момента и точность регулирования при относительно низких скоростях вращения. Их конструкция обеспечивает не только устойчивую работу при высоких нагрузках, но и продлевает срок службы системы за счет уменьшения ударных и динамических воздействий на узлы привода.

Конструктивные варианты и эксплуатационные характеристики:

С неподвижным валом: крутящий момент до 4000 Н·м, рабочее давление — до 350 бар, частота вращения вала — до 300 об/мин. Данный вариант отличается простотой интеграции в приводы с ограниченными скоростями, где важна высокая надежность передачи момента.

С неподвижным корпусом: способно развивать момент до 5000 Н·м при том же давлении до 350 бар, а частота вращения достигает 500 об/мин. Этот вариант обеспечивает большую производительность и более быстрый отклик на изменение нагрузки по сравнению с неподвижным валом.

Преимущества многотактных гидромоторов:

• Работа при высоком давлении до 350 бар, что позволяет использовать их в тяжёлых и высоконагруженных приводах;
• Высокий развиваемый крутящий момент, пригодный для мощных механизмов, прессов и горнодобывающего оборудования;
• Возможность свободного вращения, обеспечивающая гибкость при изменении режима работы;
• Высокий КПД, гарантирующий эффективное преобразование энергии жидкости в механическое вращение;
• Компактные размеры, позволяющие рационально размещать гидромоторы в ограниченном пространстве приводных систем.

Область применения:

Благодаря своим особенностям эти гидромоторы широко применяются в тяжёлой промышленности, гидравлических прессах, горнодобывающем оборудовании, а также в других системах, где требуется сочетание высокого момента при сравнительно невысоких скоростях вращения. Конструктивные решения обеспечивают надежность, долговечность и точность управления, что делает такие гидромоторы оптимальными для критичных и длительно эксплуатируемых приводов.

Рис. ZSK.19.6 Конструкция аксиально-поршневого гидромотора с неподвижным валом

Многотактные аксиально-поршневые гидромоторы

представляют собой разновидность роторно-поршневых гидравлических машин, в которых каждая рабочая камера выполняет несколько полных циклов за один оборот вала. Такая многотактная конструкция обеспечивает высокую эффективность преобразования гидравлической энергии рабочей жидкости в механическое вращение, позволяя поддерживать стабильный крутящий момент и равномерное распределение нагрузки по всем поршням.

Количество рабочих циклов строго определяется геометрией профильного диска, который выполняет роль распределителя и управляет последовательной подачей жидкости в цилиндры. Благодаря этому достигается снижение пульсаций потока, равномерная работа гидромотора и минимизация колебаний давления в системе.

Такие гидромоторы особенно востребованы в тяжёлой промышленной технике, гидравлических прессах, крупногабаритных станках и мобильных установках, где критично сочетание высокой мощности, надёжности и точного контроля вращения при невысоких скоростях вала. Наличие неподвижного корпуса упрощает конструкцию привода, повышает долговечность устройства и снижает износ подвижных элементов при длительной эксплуатации.

Технические характеристики:

• Развиваемый крутящий момент: до 5000 Н·м;
• Рабочее давление: до 350 бар;
• Максимальная частота вращения вала: около 500 об/мин, что определяет низкооборотную специфику применения;

Особенности конструкции: многокомпонентные поршневые блоки с профильным диском для синхронной работы цилиндров.

Ограничения и недостатки:

• Невысокие обороты вала, ограничивающие использование в приводах, требующих высокой скорости;
• Сложность конструкции, включающая большое количество взаимосвязанных компонентов, что требует высокой точности сборки и настройки;
• Высокая стоимость производства и технического обслуживания по сравнению с менее сложными гидромоторами аналогичной мощности.

Область применения:

Многотактные аксиально-поршневые гидромоторы с фиксированным корпусом представляют собой специализированные роторно-поршневые устройства, оптимизированные для эксплуатации в системах, где ключевым фактором является получение значительного крутящего момента при сравнительно низкой скорости вращения. Такая конструкция позволяет эффективно преобразовывать гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическое усилие, обеспечивая стабильную и равномерную передачу момента на вал.

Благодаря своей способности развивать большие усилия при невысокой частоте оборотов, эти гидромоторы широко используются в тяжёлой промышленности, на гидравлических прессах, в приводах крупногабаритного оборудования и других механизмах, где необходима надёжная работа при ограниченных скоростях вращения. Конструкция с неподвижным корпусом способствует повышению долговечности, снижению пульсаций потока и улучшению управляемости гидропривода, что делает их особенно востребованными в условиях высокой нагрузки и требовательных производственных процессов.

Рис. ZSK.19.7 Конструкция аксиально-поршневого гидромотора с неподвижным корпусом