Εισαγωγή στα Gate Drives
Ryszard Daniel, Tim Paulus, στο Lock Gates and Other Closures in Hydraulic Projects , 2019
11.3.7 Υδραυλικοί κινητήρες
Οι υδραυλικοί κινητήρες μετατρέπουν την πίεση του υγρού σε περιστροφική κίνηση. Το υγρό υπό πίεση από την υδραυλική αντλία περιστρέφει τον άξονα εξόδου του κινητήρα πιέζοντας τα γρανάζια, τα έμβολα ή τα πτερύγια του υδραυλικού κινητήρα. Οι υδραυλικοί κινητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές άμεσης μετάδοσης κίνησης, όπου υπάρχει επαρκής χωρητικότητα ροπής ή μέσω μειώσεων ταχύτητας. Οι περισσότεροι υδραυλικοί κινητήρες πρέπει να λειτουργούν υπό συνθήκες αναστρέψιμης περιστροφής και πέδησης. Οι υδραυλικοί κινητήρες συχνά απαιτούνται να λειτουργούν σε σχετικά χαμηλή ταχύτητα και υψηλή πίεση και μπορεί να παρουσιάσουν μεγάλες διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την ταχύτητα σε κανονική λειτουργία. Οι υδραυλικοί κινητήρες μπορούν να παρέχουν εξαιρετικά υψηλές ροπές. Σε εφαρμογές μετάδοσης κίνησης πύλης, οι υδραυλικοί κινητήρες συχνά συνδυάζονται με μηχανικούς κινητήρες ( Εικ. 3.151b και 11.23 ) ιδίως με γρανάζια πινιόν. Η σχηματική αναπαράσταση στο Σχ. 11.23 δείχνει τον υδραυλικό κινητήρα που κινεί τον οδοντωτό τροχό για την πύλη τομέα LPV 149 στη Νέα Ορλεάνη. Αυτό ισχύει για πολλές τομεακές πύλες στις Ηνωμένες Πολιτείες και εφαρμογές πολλαπλών κυλιόμενων θυρών στην Ευρώπη. Σε εφαρμογές κυλιόμενης πόρτας, οι υδραυλικοί κινητήρες είναι συχνά η κινητήρια δύναμη για ένα μηχανικό βαρούλκο ( Εικ. 11.8 ). Οι υδραυλικοί κινητήρες μπορούν επίσης να είναι η είσοδος για ένα κιβώτιο ταχυτήτων όπως φαίνεται στη φωτογραφία στην Εικ. 11.24 . Αυτό είναι το σύστημα που χρησιμοποιείται στον θάλαμο κλειδαριάς του λιμένα αλιείας Bremerhaven για την οδήγηση των κυλιόμενων πυλών.
Υπάρχουν τρεις τύποι υδραυλικών κινητήρων: γρανάζι, έμβολο και πτερύγιο. Οι κινητήρες μετάδοσης είναι συμπαγείς και παρέχουν συνεχή εξυπηρέτηση σε ονομαστικά επίπεδα ισχύος με μέτρια απόδοση. Έχουν υψηλή ανοχή στη μόλυνση του υδραυλικού λαδιού, κάτι που είναι σημαντικό για εφαρμογές σε βρώμικα περιβάλλοντα. Οι εξωτερικοί κινητήρες μετάδοσης αποτελούνται από ένα ζεύγος ταιριαστών γραναζιών που περικλείονται σε ένα περίβλημα. Και τα δύο γρανάζια έχουν την ίδια μορφή δοντιού και κινούνται από το υγρό υπό πίεση. Το ένα γρανάζι συνδέεται σε έναν άξονα εξόδου και το άλλο σε ένα ρελαντί. Το υγρό υπό πίεση εισέρχεται στο περίβλημα σε ένα σημείο όπου τα γρανάζια πλένονται. Αναγκάζει τα γρανάζια να περιστρέφονται και ακολουθεί τη διαδρομή της ελάχιστης αντίστασης γύρω από την περιφέρεια του περιβλήματος. Το υγρό εξέρχεται σε χαμηλή πίεση στην αντίθετη πλευρά του κινητήρα. Οι στενές ανοχές μεταξύ των γραναζιών και του περιβλήματος βοηθούν στον έλεγχο της διαρροής υγρού και στην αύξηση της ογκομετρικής απόδοσης. Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές του κινητήρα μετάδοσης, συμπεριλαμβανομένου του γραναζιού, του κινητήρα διαφορικού γραναζιού και του οδοστρωτήρα. Όλες αυτές οι παραλλαγές παράγουν υψηλότερη ροπή με λιγότερες απώλειες τριβής.
Όλοι οι κινητήρες υδραυλικού εμβόλου διατίθενται σε εκδόσεις σταθερού και μεταβλητού όγκου. Ο πιο κοινός τύπος υδραυλικού κινητήρα που διατίθεται είναι ο τύπος αξονικού εμβόλου. Οι υδραυλικοί κινητήρες με αξονικό έμβολο έχουν υψηλή ογκομετρική απόδοση. Αυτό επιτρέπει σταθερή ταχύτητα υπό συνθήκες μεταβλητής ροπής ή ιξώδους ρευστού. Οι υδραυλικοί κινητήρες με αξονικό έμβολο είναι επίσης από τους πιο προσαρμόσιμους σε συνθήκες μεταβλητής φόρτισης. Διατίθενται σε δύο βασικούς τύπους σχεδίασης, συμπεριλαμβανομένης της πλάκας swash και του λυγισμένου άξονα. Ο σχεδιασμός της πλάκας swash είναι ο πιο συνηθισμένος διαθέσιμος, αλλά ο σχεδιασμός του λυγισμένου άξονα είναι ο πιο αξιόπιστος και γενικά πιο ακριβός.
Οι υδραυλικοί κινητήρες ακτινικού εμβόλου έχουν μια κάννη κυλίνδρου συνδεδεμένη σε έναν κινούμενο άξονα και μπορούν συνήθως να παράγουν περισσότερη ροπή από τους υδραυλικούς κινητήρες με αξονικό έμβολο. Ωστόσο, έχουν περιορισμένο εύρος στροφών και είναι πιο ευαίσθητα στη μόλυνση του υδραυλικού υγρού. Η κάννη περιέχει έναν αριθμό εμβόλων που παλινδρομούν σε μια ακτινωτή οπή. Τα εξωτερικά άκρα του εμβόλου ακουμπούν σε έναν δακτύλιο ώθησης και το υπό πίεση υγρό ρέει μέσα από μια πείρα στο κέντρο της κάννης του κυλίνδρου για να οδηγήσει τα έμβολα προς τα έξω. Τα έμβολα πιέζουν τον δακτύλιο ώθησης και οι δυνάμεις αντίδρασης περιστρέφουν την κάννη. Η μετατόπιση του κινητήρα μεταβάλλεται μετατοπίζοντας το μπλοκ ολίσθησης πλευρικά για αλλαγή της διαδρομής του εμβόλου. Όταν οι κεντρικές γραμμές της κάννης του κυλίνδρου και του περιβλήματος συμπίπτουν, δεν υπάρχει ροή υγρού και επομένως η κάννη του κυλίνδρου σταματά. Η μετακίνηση της ολίσθησης πέρα από το κέντρο αντιστρέφει την κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα. Οι κινητήρες ακτινωτών εμβόλων είναι εξαιρετικά αποδοτικοί και αξιολογούνται για σχετικά υψηλή ροπή. Σε πολλούς κινητήρες πύλης τομέα USACE χρησιμοποιούνται υδραυλικοί κινητήρες με ακτινωτό έμβολο. Ο υδραυλικός κινητήρας που φαίνεται στο Σχ. 11.23 είναι τύπου ακτινικού εμβόλου και παρέχει ροπή 260 Nm/bar. Η ονομαστική ταχύτητα είναι 50 στροφές/λεπτό. Ο υδραυλικός κινητήρας κινεί ένα γρανάζι πινιόν, το οποίο με τη σειρά του κινεί ένα γρανάζι στην πύλη τομέα.
Οι κινητήρες πτερυγίων είναι συμπαγείς, απλοί στη σχεδίαση, αξιόπιστοι και έχουν καλή συνολική απόδοση σε ονομαστικές συνθήκες. Ωστόσο, έχουν περιορισμένη ικανότητα χαμηλής ταχύτητας. Οι κινητήρες πτερυγίων χρησιμοποιούν ελατήρια ή πίεση ρευστού για την επέκταση των πτερυγίων. Οι κινητήρες πτερυγίων έχουν έναν δρομέα με σχισμή τοποθετημένο σε έναν άξονα μετάδοσης κίνησης που κινείται από τον ρότορα. Τα πτερύγια, στενά προσαρμοσμένα στις σχισμές του ρότορα, κινούνται ακτινικά για να στεγανοποιηθούν στον εκκεντροφόρο δακτύλιο. Ο δακτύλιος έχει δύο μεγάλα και δύο δευτερεύοντα ακτινωτά τμήματα που ενώνονται με μεταβατικά τμήματα ή ράμπες. Οι κινητήρες πτερυγίων χρησιμοποιούν γενικά διαμόρφωση δύο ή τεσσάρων θυρών. Οι κινητήρες τεσσάρων θυρών παράγουν διπλάσια ροπή με περίπου τη μισή ταχύτητα από τους κινητήρες δύο θυρών. Η υψηλή απόδοση ροπής εκκίνησης των κινητήρων τύπου πτερυγίου τους καθιστά προσαρμόσιμους σε μηχανισμούς κίνησης βαρούλκου ανύψωσης, επιτρέποντας στον κινητήρα να εκκινήσει υπό υψηλό φορτίο. Οι κινητήρες πτερυγίων παρέχουν καλές αποδόσεις λειτουργίας, αλλά όχι τόσο υψηλές όσο αυτές των κινητήρων εμβόλου. Η διάρκεια ζωής ενός κινητήρα με πτερύγια είναι συνήθως μικρότερη από αυτή ενός κινητήρα εμβόλου.