Un motor hidráulico es un actuador mecánico que convierte la presión hidráulica y el flujo en par y desplazamiento angular ( rotación ). El motor hidráulico es la contraparte rotatoria del cilindro hidráulico como actuador lineal. En términos más generales, la categoría de dispositivos llamados motores hidráulicos a veces ha incluido aquellos que funcionan con energía hidráulica (a saber, motores de agua y motores de agua ), pero en la terminología actual, el nombre generalmente se refiere más específicamente a los motores que utilizan fluido hidráulico como parte de circuitos hidráulicos cerrados en la maquinaria hidráulica moderna .
En teoría, un motor hidráulico debería poder intercambiarse con una bomba hidráulica porque realiza la función opuesta, de forma similar a la forma en que un motor eléctrico de CC es teóricamente intercambiable con un generador eléctrico de CC . Sin embargo, muchas bombas hidráulicas no pueden usarse como motores hidráulicos porque no pueden accionarse en sentido inverso . Además, un motor hidráulico suele estar diseñado para trabajar con presión en ambos lados del motor, mientras que la mayoría de las bombas hidráulicas dependen de la baja presión proporcionada por el depósito en el lado de entrada y perderían líquido si se abusara de ellas como motor. [1]
Uno de los primeros motores hidráulicos rotativos que se desarrollaron fue el que construyó William Armstrong para su puente giratorio sobre el río Tyne . Para mayor fiabilidad, se suministraron dos motores. Cada uno era un motor oscilante de tres cilindros de simple efecto . Armstrong desarrolló una amplia gama de motores hidráulicos, lineales y rotativos, que se utilizaron para una amplia gama de tareas de ingeniería industrial y civil, en particular para muelles y puentes móviles.
Los primeros motores hidráulicos de carrera fija tenían la desventaja de que utilizaban el mismo volumen de agua independientemente de la carga y, por lo tanto, derrochaban potencia parcial. [2] A diferencia de los motores de vapor, como el agua es incompresible, no se podían estrangular ni controlar el corte de sus válvulas . Para superar esto, se desarrollaron motores con carrera variable. Ajustar la carrera, en lugar de controlar las válvulas de admisión, ahora controlaba la potencia del motor y el consumo de agua. Uno de los primeros de estos fue el motor patentado de Arthur Rigg de 1886. Este utilizaba un mecanismo de doble excéntrico, como el utilizado en las prensas mecánicas de carrera variable, para controlar la longitud de la carrera de un motor radial de tres cilindros. [2] Más tarde, el motor de plato cíclico con un ángulo de plato cíclico ajustable se convertiría en una forma popular de fabricar motores hidráulicos de carrera variable.
Un motor de paletas consta de una carcasa con un orificio excéntrico, en el que se desplaza un rotor con paletas que se deslizan hacia dentro y hacia fuera. La diferencia de fuerza creada por la fuerza desequilibrada del fluido presurizado sobre las paletas hace que el rotor gire en una dirección. Un elemento crítico en el diseño de un motor de paletas es cómo se mecanizan las puntas de las paletas en el punto de contacto entre la punta de las paletas y la carcasa del motor. Se utilizan varios tipos de diseños de "labio" y el objetivo principal es proporcionar un sello hermético entre el interior de la carcasa del motor y las paletas, y al mismo tiempo minimizar el desgaste y el contacto metal con metal.
Un motorreductor (engranaje externo) consta de dos engranajes, el engranaje impulsado (unido al eje de salida por medio de una chaveta, etc.) y el engranaje loco. El aceite a alta presión se envía a un lado de los engranajes, donde fluye alrededor de la periferia de los engranajes, entre las puntas de los engranajes y las carcasas de las paredes en las que se encuentra, hasta el puerto de salida. Los engranajes engranan, lo que no permite que el aceite del lado de salida fluya de regreso al lado de entrada. Para la lubricación, el motorreductor utiliza una pequeña cantidad de aceite del lado presurizado de los engranajes, lo purga a través de los cojinetes (normalmente) hidrodinámicos y ventila el mismo aceite al lado de baja presión de los engranajes o a través de un puerto de drenaje dedicado en la carcasa del motor, que generalmente está conectado a una línea que ventila la presión de la caja del motor al depósito del sistema. Un atributo especialmente positivo del motorreductor es que las averías catastróficas son menos comunes que en la mayoría de los otros tipos de motores hidráulicos. Esto se debe a que los engranajes desgastan gradualmente la carcasa y/o los bujes principales, lo que reduce gradualmente la eficiencia volumétrica del motor hasta que resulta prácticamente inútil. Esto suele ocurrir mucho antes de que el desgaste provoque que la unidad se atasque o se averíe.
Los motores de engranajes se pueden suministrar con una o dos direcciones según su uso, y se prefieren con cuerpos de aluminio o hierro fundido, según las condiciones de aplicación. Ofrecen opciones de diseño que pueden soportar cargas radiales. Además, las configuraciones alternativas incluyen válvula de alivio de presión, válvula anticavitación y sensor de velocidad para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación. [3]
El motor gerotor es, en esencia, un rotor con n − 1 dientes que gira descentrado en un rotor/estator con n dientes. El fluido presurizado se introduce en el conjunto mediante una válvula distribuidora de tipo placa colocada (normalmente) axialmente. Existen varios diseños diferentes, como los motores Geroller (rodillos internos o externos) y Nichols. Normalmente, los motores Gerotor tienen una velocidad baja a media y un par medio a alto.
Para los sistemas de accionamiento rotatorio de alta calidad se utilizan generalmente motores de émbolo. Mientras que la velocidad de las bombas hidráulicas varía de 1200 a 1800 rpm, la maquinaria que se acciona mediante el motor suele requerir una velocidad mucho menor. Esto significa que cuando se utiliza un motor de émbolo axial (volumen de barrido máximo de 2 litros), normalmente se necesita una caja de cambios. Para un volumen de barrido de ajuste continuo, se utilizan motores de pistones axiales .
Al igual que las bombas de pistón (reciprocantes), el diseño más común de los motores de pistón es el axial. Este tipo de motor es el más utilizado en los sistemas hidráulicos. Estos motores, al igual que sus homólogos de bomba, están disponibles en diseños de desplazamiento variable y fijo. Las velocidades de rotación utilizables típicas (dentro de un rango de eficiencia aceptable) varían de menos de 50 rpm a más de 14000 rpm. Las eficiencias y las velocidades de rotación mínimas/máximas dependen en gran medida del diseño del grupo rotatorio, y se utilizan muchos tipos diferentes.
Los motores de pistones radiales están disponibles en dos tipos básicos: pistones que empujan hacia adentro y pistones que empujan hacia afuera.
El tipo de cigüeñal (por ejemplo, los motores hidráulicos Staffa o SAI) con una sola leva y los pistones empujando hacia adentro es básicamente un diseño antiguo, pero es uno que tiene características de par de arranque extremadamente alto. Están disponibles en cilindradas desde 40 cc/rev hasta aproximadamente 50 litros/rev, pero a veces pueden estar limitados en la potencia de salida. Los motores de pistón radial de tipo cigüeñal pueden funcionar a velocidades de "lenta" y algunos pueden funcionar sin problemas hasta 1500 rpm mientras ofrecen características de par de salida prácticamente constantes. Esto los convierte en el diseño más versátil.
El motor de pistón radial de leva simple existe en muchos diseños diferentes. Por lo general, la diferencia radica en la forma en que se distribuye el fluido a los diferentes pistones o cilindros, y también en el diseño de los propios cilindros. Algunos motores tienen pistones unidos a la leva mediante varillas (de forma muy similar a un motor de combustión interna), mientras que otros emplean "zapatas" flotantes e incluso cilindros telescópicos de contacto esférico como el tipo Parker Denison Calzoni. Cada diseño tiene su propio conjunto de ventajas y desventajas, como la capacidad de rueda libre, la alta eficiencia volumétrica, la alta confiabilidad, etc.
Los tipos de anillo de leva de lóbulos múltiples (por ejemplo, Black Bruin, Rexroth , Hägglunds Drives, Poclain , Rotary Power o Eaton Hydre-MAC) tienen un anillo de leva con lóbulos múltiples y los rodillos del pistón empujan hacia afuera contra el anillo de leva. Esto produce una salida muy suave con un alto par de arranque, pero a menudo están limitados en el rango de velocidad superior. Este tipo de motor está disponible en un rango muy amplio, desde aproximadamente 1 litro/rev hasta 250 litros/rev. Estos motores son particularmente buenos en aplicaciones de baja velocidad y pueden desarrollar una potencia muy alta.
Los motores hidráulicos suelen tener una conexión de drenaje para la fuga interna, lo que significa que cuando se apaga la unidad de potencia, el motor hidráulico del sistema de accionamiento se moverá lentamente si actúa sobre él una carga externa. Por lo tanto, para aplicaciones como una grúa o un cabrestante con carga suspendida, siempre es necesario un freno o un dispositivo de bloqueo.
Las bombas, motores y cilindros hidráulicos se pueden combinar para formar sistemas de transmisión hidráulica . Una o más bombas hidráulicas, acopladas a uno o más motores hidráulicos, constituyen una transmisión hidráulica . [1]
Los motores hidráulicos se utilizan en muchas aplicaciones actuales, como cabrestantes y accionamientos de grúas, motores de ruedas para vehículos militares, grúas autopropulsadas, excavadoras, accionamientos de cintas transportadoras y alimentadores, accionamientos de ventiladores de refrigeración, accionamientos de mezcladores y agitadores, molinos de rodillos, accionamientos de tambor para digestores, tambores y hornos, trituradoras, plataformas de perforación, cortadoras de zanjas, cortadoras de césped de alta potencia y máquinas de inyección de plástico. Los motores hidráulicos también se utilizan en aplicaciones de transferencia de calor.