W pierwszej części tekstu zajęliśmy się silnikami hydraulicznymi zębatymi i tłoczkowymi. W tym tekście zajmiemy się silnikami śrubowymi, gerotorowymi , gerollerowymi i silnikami zębatymi planetarnymi. Wszystkie omawiane typy są silnikami o stałej chłonności
Zaczniemy od silnika śrubowego i tu od razu powiem, że jest to chyba najrzadziej spotykany rodzaj silnika. Przygotowując tekst zrobiłem risercz i okazało się, że nie tylko ja mam problem, ponieważ nigdy nie spotkałem w praktyce takiego silnika, ale i „internety” również milczą w tym temacie. Jedno co udało mi się ustalić, że taki silnik można spotkać w urządzeniach pomiarowych ponieważ tak jak pompy śrubowe mają jedną unikalną cechę, która jest nieosiągalna dla innych typów silników hydraulicznych.
Rys 1 Budowa pompy śrubowej. (http://golmis.pl)
Jak widać na rys. 1 w pompie śrubowej elementami tłoczącymi są dwa wałki z naciętymi zwojami gwintu, , które „zazębiają” się niczym koła zębate. Tak jak w pompie czy silniku zębatym mamy tu do czynienia z wałkiem napędzanym i pędzonym. Taka budowa elementów roboczych powoduje, że w przypadku pompy śrubowej nie występuje tętnienie wytwarzanego strumienia oleju, ponieważ nie dzielimy w żaden sposób strumienia na pojedyncze dozy. Olej przetłaczany jest w sposób płynny bo przestrzeń robocza tworzona jest między zwojami co powoduje że „ zazębienie” jest stałe, a nie jak w pompie zębatej następuje wielokrotne zazębienie w trakcie wirowania. Brak tętnienia oznacza, że możemy z bardzo dużą dokładnością przetłaczać olej przy niskiej lub bardzo niskiej szybkości wirowania wałków. W silnikach śrubowych ta cecha powoduje, że wałek obraca się bardzo płynnie przy niskich przepływach. Z tego powodu silniki śrubowe nożna spotkać w urządzeniach pomiarowych jako elementy „czytający” przepływ.
Kolejnymi silnikami do omówienia są silniki typu gerotor i geroller. Omówimy je razem ponieważ mają podobne cechy użytkowe, a w związku z tym stosowane są zamiennie. Powiedział bym nawet, że wielu użytkowników nie zdaje sobie sprawy z występowania typu geroller.
Rys. 2 Elementy robocze silników gerotor i geroller. (https://hydraulika.trz.pl/)
Jak widać różnica między tymi silnikami sprowadza się do innej budowy układu roboczego. W przypadku silnika gerotorowego elementem roboczym jest czterokątny dysk z zaokrąglonymi rogami i bokami o zarysie ewolwenty, wirujący w pięcioramiennej przestrzeni roboczej wyznaczonej łukami. Dzięki zastosowaniu ewolwenty czyli krzywej, która jest zawsze styczna do łuku uzyskujemy szczelne przestrzenie robocze o zmiennej objętości. Geroller działa dokładnie tak samo z tą jednak różnicą, że zamiast łuków wykonanych w korpusie mamy w nim osadzone wałki/rolki, po których obtacza się wirnik. W obydwu przypadkach wirnik w trakcie obrotu porusza się mimośrodowo względem osi wałka silnika. Z tego powodu wałek łączący wirnik z wałem silnika ma na obydwu końcach wykonane zębate flansze współpracujące z wielowypustami wykonanymi w wałku i wirniku. Pozwala to na mimośrodowe przeniesienie momentu obrotowego. Obydwa typy silnika potrzebują do prawidłowego działania utrzymania odpowiedniej sekwencji napełniania i opróżniania przestrzeni roboczych. W skrócie tak jak w silnikach spalinowych, silniki hydrauliczne tego typu muszą posiadać rozrząd. Występują dwa typy rozrządu.
Rys. 3 Budowa silnika typu geroller.
Rys. 4 Budowa silnika typu gerotor.
Na rysunku 3 pokazana jest budowa silnika geroller z tarczą rozrządu. W tarczy wykonane są otwory, które w trakcie wirowania względem korpusu otwierają i zamykają kanały zasilania poszczególnych przestrzeni roboczych co powoduje, że olej przepływa w określonym kierunku powodując wytworzenie momentu obrotowego. Tarcza jest zesprzęglona z wirnikiem i odwzorowuje jego obroty. Wałek główny silnika osadzony jest w dwu stożkowych łożyskach ustawionych naprzeciw siebie. Układ taki pozwala na wyregulowanie luzu z jakim pracują łożyska przy pomocy nakrętki. Rozwiązanie to jest powszechnie spotykane w piastach kół samochodowych i pozwala na przenoszenie dużych obciążeń poosiowych i poprzecznych. Pozwala to na bezpośrednie osadzanie na wałku elementów roboczych, bez obawy uszkodzenia silnika.
Rysunek 4 pokazuje budowę silnika gerotorowego. W tym przypadku mamy do czynienia z rozrządem w postaci wałka. Wałek stanowi rozdzielacz obrotowy, w którym wykonane są równoległe do osi obrotu kanały. W trakcie wirowania kanały spotykają się z otworami wykonanymi w korpusie co powoduje wymuszenie określonego kierunku przepływu oleju i napełnianie przestrzeni roboczych w określonej sekwencji. Łożyskowanie wałka w tym przypadku stanowi łożysko igiełkowe oznacza to, że wałek nie powinien być obciążany siłą poosiową. Ze sposobu łożyskowania wynika że oba typy różnią się żywotnością i sposobem montażu. Silnik gerotorowy przeznaczony jest do pracy przy średnim ciśnieniu i chwilowych wysokich obciążeniach. Należy przy jego eksploatacji unikać obciążeń prostopadłych do osi wałka. Natomiast silnik geroller przeznaczony jest do pracy ciężkiej przy dużych ciśnieniach. Oba silniki charakteryzują się wysokim momentem obrotowym przy niskich szybkościach wirowania. Pozwala to napędzać elementy przy bezstopniowej regulacji prędkości wirowania. Jest to bardzo użyteczna cecha w zastosowaniach do napędu podajników, wałków podających materiał czy taśmociągach. W obydwu typach silników przecieki wewnętrzne odprowadzane są na stronę niskociśnieniową przy wykorzystaniu zaworów zwrotnych. Większość producentów stosuje tez trzeci port przyłączeniowy do wykorzystania jako opcja w przypadku gdy ze względu na rodzaj pracy ilość przecieków może osiągać wartości graniczne i aby utrzymać szczelność silnika najlepiej jest odprowadzić przecieki do zbiornika specjalnym kanałem.
Ostatnim typem silnika hydraulicznego, który omówimy w tym tekście, będzie silnik zębaty planetarny. Przyznam szczerze, że nigdy nie miałem do czynienia z tego typu silnikiem ponieważ można go spotkać głównie w urządzeniach górniczych, okrętowych (na Warmii i Mazurach raczej trudno o kopalnie i okręty) i układach jezdnych maszyn roboczych.
Rys. 5 Budowa silnika zębatego planetarnego.( http://hydromechsa.pl)
Postanowiłem jednak omówić ten typ silnika bo jest to bardzo ciekawe rozwiązanie techniczne mające zalety niespotykane w innych typach silników. Jak widać na rysunku 5 silnik taki ma bardzo zwartą budowę i stosunkowo małe gabaryty. Dzięki swojej budowie charakteryzuje się dużym momentem obrotowym przy niskich obrotach. Z czego to wynika? Planetarna budowa powoduje że w zasadzie mamy do czynienia z wieloma silnikami zębatymi zabudowanymi w jednym korpusie. Jeżeli mamy do czynienia z kilkoma silnikami pracującymi jednocześnie to w oczywisty sposób ich momenty obrotowe się sumują bo napędzają jeden element zawieszony miedzy zębatkami stanowiącymi planety. Specyficznie wykonane uzębienie na wieńcu zewnętrznym w połączeniu z kształtem zębatego wirnika powoduje, że przesuwające się między nimi planety powodują zmianę objętości przestrzeni roboczej silnika, co w efekcie prowadzi do wytworzenia się momentu obrotowego na wirniku. Aby można było wykorzystać taki układ olej musi być dostarczany do wielu przestrzeni roboczej jednocześnie przez kolektory zasilające wykonane w korpusie silnika . Można te silniki stosować wszędzie tam gdzie chcemy napędzać coś bardzo powoli i z dużą siłą. Zgodnie z tym co podaje producent stosowane są one w napinaczach śrubowych i wiertnicach. Rozwiązanie z silnikiem planetarnym pozwala na rezygnacje z przekładni redukcyjnych, co w znaczący sposób ogranicza gabaryty układów napędowych. Do mnie osobiście przemawia użycie w wiertnicach ponieważ jako absolwent kierunku obróbka skrawaniem wiem, że przy wierceniu wolne obroty w znaczący sposób wydłużają żywotność narzędzia.
W taki sposób omówiliśmy najbardziej typowe elementy wykonawcze w układach hydrauliki siłowej ruchu obrotowego czyli silniki hydrauliczne. Jak można zauważyć silniki są najczęściej odwróceniem działania pompy. W związku z tym często pada pytanie czy można je stosować zamiennie. Część pomp może pracować jako silniki, a część silników jako pompy. W przypadku pomp i silników zębatych możemy mieć do czynienia z elementami mogącymi spełniać obie funkcje, ale wówczas mówimy o jednostce zębatej. Jeżeli chcemy stosować pompę zębatą jako silnik to musimy ją podłączyć w odpowiedni sposób ponieważ cyrkulacja oleju w obwodzie przecieków przy złym podłączeniu spowoduje wypchnięcie simering-a uszczelniającego wałek i nieprawidłowe działanie systemu kasowania luzu wewnętrznego pompy. Jednak w większości przypadków mimo bardzo podobnej budowy nie można stosować zamiennie silników z pompami ze względu na różnice spowodowane innym kierunkiem przenoszenia sił przez elementy robocze, a co za tym idzie innym sposobem rozwiązania tego problemu w silnikach i pompach co uniemożliwia stosowanie ich zamiennie. W kolejnym tekście zajmiemy się silnikami liniowymi czyli siłownikami. Omówimy ich budowę i możliwe zastosowania. Z doświadczenia wiem że teksty o siłownikach „chłopaki lubią najbardziej”, wiec już dziś zapraszam do przeczytania kolejnego tekstu.