Героторные и героллерные гидромоторы

Термин геротор, в английской версии gerotor, является сокращением от словосочетания generated rotor (в переводе - произведенный ротор или образованный ротор). Это изобретение сделал в 1921 г. европейский инженер Myron Hill. Он посвятил много лет своей жизни развитию геометрической теории, основанной на принципе вращения зубчатого ротора по круговой траектории (орбите) внутри неподвижной шестерни. Воплотилась она, в первую очередь, в гидромашинах. Сначала это были героторные насосы. Но в последние десятилетия во всей мировой промышленности прочное место заняли героторные гидромоторы.

Героторные гидромоторы по своим техническим характеристикам занимают промежуточную нишу между аксиально-поршневыми и радиально-поршневыми гидродвигателями. Они развивают высокий стартовый и стабильный рабочий крутящий момент, обеспечивают постоянную частоту вращения выходного вала. Особенностью героторных гидромоторов являются небольшие габариты и вес, низкая стоимость.

Героторные моторы относятся к разновидностям шестеренных гидромашин с внутренним зацеплением, теорию движения которых также разрабатывал Myron Hill.

Героторные гидромоторы универсальны, они используются как в открытых, так и в закрытых гидросхемах. Высокий крутящий момент на рабочих режимах, небольшая ча-стота вращения выходного вала позволяют без редуктора применять планетарные гидромоторы для прямого привода различных исполнительных механизмов машин.

Качающий узел мотора состоит из героторной пары (рис.1). Она представляет собой неподвижную шестерню с внутренними зубьями специального кругового профиля, жестко связанную с корпусом мотора, и вращающееся в ней зубчатое колесо с внешними зубьями, которое соединено с выходным валом. Профиль зуба внутренней шестерни также круговой. Внутренняя шестерня имеет от 4 до 8 зубьев, но всегда на один зуб меньше, чем внешняя. Поэтому внутренняя шестерня установлена относительно центра внешней с эксцентриситетом (смещением). Внутреннюю шестерню часто называют ротором. В центральной части ротора выполнено внутреннее отверстие, в котором нарезаны шлицы. Они служат для связи ротора с выходным валом гидромотора через промежуточную карданную передачу.

Рис. 1
Героторная пара
 

Герметичное соединение зубьев обеих шестерен делят внутренние полости героторной пары на две части. Межзубовые впадины через осевые каналы в корпусе и распределитель сообщаются с нагнетательным и сливным портами гидромотора.

При подаче потока рабочей жидкости в нагнетательную полость ротор (внутренняя шестерня), за счет эксцентриситета, начинает обкатываться по неподвижной шестерне. Ввиду разности количества зубьев на одну единицу скорость относительного скольжения в героторной паре весьма мала, что обеспечивает плавную работу гидромотора и длительный срок его службы.

Центр ротора вращается относительно центра внешней (неподвижной) шестерни по круговой орбитальной траектории. Поэтому в международной терминологии такие гидромоторы получили название орбитальных. Их также нередко называют планетарными. На рис. 2 покадрово показаны положения ротора за период полного оборота на 360°. Для ориентира, один зуб ротора отмечен буквой β, а впадина внешней неподвижной шестерни – как Ω. При начале вращения точки β и Ω контактируют друг с другом, а после полного оборота опять встречаются.

Рис. 2
Положения ротора за период полного оборота на 360°
 

При вращении шестерен рабочая жидкость заполняет образующиеся межзубовые впадины в нагнетающей полости, а в сливной - зацепляющиеся зубья выдавливают ее из гидромотора.

Рабочая жидкость, воздействуя на зубья ротора в нагнетающей полости, создает крутящий момент. Величина крутящего момента определяется активной площадью зубьев в нагнетающей полости и развиваемым давлением. Активная площадь зубьев постоянна, а давление рабочей жидкости меняется в зависимости от величины действующей внешней нагрузки на вал гидромотора.

Основными параметрами гидромотора являются величина рабочего объема и максимальное давление, на работу с которым он рассчитан. Рабочий объем – это такое количество рабочей жидкости, которое мотор потребляет при полном обороте (360°) выходного вала. Рабочий объем измеряется в единицах - сантиметр кубически на оборот [см³/об, cm³/rev], или просто сантиметр кубический [см³, cm³], а давление в Мегапаскалях [МПа, MPa] или в барах [бар, bar]. В зависимости от рабочего объема и давления определяется частота вращения выходного вала и крутящий момент, развиваемый гидромотором.

Героторная пара реверсивна. При изменении направления потоков рабочей жидкости ротор (а, следовательно, и выходной вал гидромотора) вращается в противоположную сторону.

Поскольку ось ротора вращается по круговой орбитальной траектории, то ее движение передается на выходной вал с помощью карданной передачи. Карданный вал связывает внутреннюю поверхность ротора с аналогичной поверхностью выходного вала посредством шлицевого зацепления. Шлицы карданного вала (в осевой плоскости) имеют форму сегмента. Они обкатываются по осевым впадинам шлицов ротора и выходного вала, передавая под небольшим углом вращательное движение и крутящий момент.

На выходном валу героторного мотора выполнен вращающийся распределительный узел (часто – это одна деталь). Он, направляет рабочую жидкость от входного порта (от насоса) в нагнетательную полость героторной пары и из ее сливной полости – в выходной порт (т.е. в трубопровод, связанный с гидробаком машины). От распределителя до героторной пары и обратно рабочая жидкость поступает по осевым каналам, выполненным в корпусе гидромотора.

Принципиальная схема устройства героторного мотора показана на рис. 3.

Рис. 3
Устройство героторного мотора:
a – выходной вал; b – распределитель; c – карданный вал; d – качающий узел (героторная пара)

На рис. 4 показаны принципиальные схемы устройства героторных моторов с 4-х и 6-тью зубчатым ротором.

Рис. 4
Героторные моторы с 4-х и 6-ю зубчатым ротором
1 – корпус; 2 – выходной/распределительный вал; 3 – карданный вал; 4 – внешняя шестер-ня героторной пары; 5 – ротор.

На рис. 5 показан типовой героторный мотор в разрезе. На фотографии виден один из осевых каналов в корпусе гидромотора, который соединяет распределитель, выполненный на выходном валу, с героторной парой.

Рис. 5
Героторный мотор в разрезе

Разновидностью героторных моторов являются героллерные гидромашины. Героллерные моторы характеризуются тем, что в качающем узле вместо круговых зубьев во внешней неподвижной шестерне установлены ролики. Ротор своими круговыми зубьями обкатывается по роликам неподвижной шестерни. Принципиальная схема устройства героллерного мотора показана на рис. 6.

Рис. 6
Устройство героллерного мотора:
a – выходной вал; b – карданный вал; c – качающий (героллерный) узел; d – вал управления распределителем; e - обратные клапаны; f – распределитель.

Ролики в героллерном узле уменьшают трение, тем самым минимизируя гидромеханические потери. Их использование повышает пусковые характеристики гидромотора. Героллерные моторы более эффективно работают в тяжелых условиях эксплуатации: при повышенных давлениях, маловязких рабочих жидкостях, частых реверсах, высоких внешних нагрузках, действующих на выходной вал.

На рис. 7 показаны принципиальные схемы устройства героллерных моторов с 6-ю и 8-ю зубчатым ротором.

Рис. 7
Героллерные моторы с 6-ю и 8-ю зубчатым ротором

Героллерные моторы, изображенные на рис. 7 с 8-ю зубчатым ротором имеют карданную передачу от распределителя до качающего узла. Это техническое решение ис-пользуется в героллерных моторах повышенной мощности, создающих высокий крутящий момент. На рис. 8 изображен такой гидромотор в разрезе.

Рис. 8
Героллерный мотор в разрезе

 Основные показатели типов героторных и героллерных моторов приведены в таблице.

Как видно из таблицы семейство героторных моторов можно классифицировать по трем классам: легкие – героторные; средние – героллерные; тяжелые – героллерные с карданным распределителем.

Однако следует отметить, что героторные моторы для высоких давлений – свыше 18,0 МПа (180 бар) в мире пока еще не созданы.

Героторные и героллерные моторы получили широкое распространение в строительно-дорожных, коммунальных, сельскохозяйственных и других машинах, работающих на низких и средних давлениях. Благодаря их компактности и характеристикам они часто используются в моторколесах, приводах рабочих органов, в особенности коммунальных и дорожных машин, лебедках, транспортерах. Эти гидромоторы легко встраиваются в редукторы. На рис. 9, в качестве примера показан планетарный редуктор поворота платфор-мы миниэкскаватора с героллерным мотором.

Рис. 9
Редуктор поворота платформы миниэкскаватора с героллерным мотором.

Героторные и героллерные моторы выпускаются в различных исполнениях для многообразных видов техники (рис. 10-a, b, c). Они могут включать в себя дополнительные опции: стояночные тормозы нормально замкнутые или нормально разомкнутые, содержать внешние дренажные линии (рис. 11) для гидравлической разгрузки и случаев, когда моторы в гидросхеме соединены последовательно и т.п. Все особенности героторных моторов изготовители обычно указывают в своих каталогах.

Рис. 10-а
Героторные моторы

Рис. 10-b
Героторные моторы
 

Рис. 10-c
Героторные моторы
 

Рис. 11
Героторный мотор в разрезе с портом для внешней дренажной линии

 

« вернуться