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Em um artigo anterior, discutimos os sistemas de bombas hidráulicas e seu princípio de funcionamento geral. Para recapitular brevemente, um sistema hidráulico é uma tecnologia de acionamento que transmite energia utilizando fluido como meio. Ele converte a energia mecânica de um motor elétrico em energia líquida, que é então transmitida aos componentes executivos através do líquido. Os componentes principais de um sistema hidráulico incluem bombas hidráulicas, componentes executivos (motores hidráulicos), válvulas e tanques de óleo.
Este artigo focará em bombas hidráulicas e motores hidráulicos, explicando como eles funcionam juntos em um sistema hidráulico. Começaremos com a bomba hidráulica.
Classificação de Motores Hidráulicos
Os motores hidráulicos são geralmente divididos em duas grandes categorias:
Motores Hidráulicos de Baixa Velocidade e Alta Torção (LSHT)
Motores Hidráulicos de Alta Velocidade e Baixa Torção (HSLT)
Escolher um motor hidráulico de baixa velocidade permite que o sistema produza maior torque a velocidades mais baixas. Dentro dessas duas categorias, eles podem ser ainda classificados por estrutura em motores de engrenagem, motores de palheta e motores de pistão. Os motores de pistão podem ser subdivididos em motores de pistão axial e motores de pistão radial.
Classificação de Bombas Hidráulicas
Tipos comuns de bombas hidráulicas incluem:
1. Pela capacidade de ajuste de fluxo:
Bombas variáveis — A vazão de saída pode ser ajustada conforme necessário
Bombas de deslocamento fixo — A vazão de saída é constante
2. Por estrutura: Bombas de engrenagem, bombas de palheta, bombas de pistão
Bombas de engrenagem: Pequenas em tamanho, estrutura simples, baixa exigência quanto à limpeza do óleo e custo baixo; no entanto, o eixo da bomba é fortemente afetado por forças desbalanceadas, sofre desgaste acentuado e apresenta grande volume de vazamento.
Bombas de palheta: Podem ser divididas em tipos de ação simples e dupla. Apresentam fluxo uniforme, funcionamento suave, baixo ruído e maior pressão e eficiência volumétrica em comparação com as bombas de engrenagem, mas sua estrutura é mais complexa do que a das bombas de engrenagem.
Bombas de pistão: Alta eficiência volumétrica, baixo vazamento e capacidade de operar sob alta pressão, tornando-as adequadas para sistemas hidráulicos de grande potência. No entanto, possuem estrutura complexa, exigências elevadas quanto a materiais e precisão de usinagem, alto custo e também requerem alto grau de limpeza do óleo.
Composição das Bombas Hidráulicas
As bombas hidráulicas são geralmente compostas por três partes principais: acoplamentos, tanques de óleo hidráulico e filtros.
Acoplamentos
O eixo de acionamento de uma bomba hidráulica não pode suportar forças radiais ou axiais, portanto, não é permitido instalar diretamente polias, engrenagens ou rodas dentadas na extremidade do eixo. Normalmente, o eixo de acionamento é conectado ao eixo da bomba por meio de um acoplamento.
Se, por razões de fabricação, a coaxialidade da bomba e do acoplamento exceder o padrão, e houver um desvio durante a montagem, à medida que a velocidade da bomba aumenta, a força centrífuga também aumentará, o que pode causar deformação no acoplamento. Essa deformação aumenta ainda mais a força centrífuga, criando um ciclo vicioso, levando eventualmente a vibração e ruído, o que afeta a vida útil da bomba. Além disso, fatores como pinos de acoplamento soltos e anéis de borracha desgastados que não são substituídos em tempo hábil também afetarão o funcionamento da bomba.
Tanque de óleo hidráulico
As funções principais do tanque de óleo hidráulico em um sistema hidráulico são: armazenar óleo, dissipar calor, separar o ar contido no óleo e eliminar a espuma.
Ao selecionar um tanque de óleo, a primeira consideração é sua capacidade: para equipamentos móveis, geralmente é 2-3 vezes a vazão máxima da bomba, e para equipamentos fixos, é 3-4 vezes. Em segundo lugar, considere o nível de óleo no tanque: quando todos os cilindros hidráulicos do sistema estiverem totalmente estendidos, o nível de óleo no tanque não deve ficar abaixo do nível mínimo; quando os cilindros recuam, o nível de óleo não deve exceder o nível máximo. Por fim, considere a estrutura do tanque: as divisórias em tanques de óleo tradicionais não conseguem precipitar efetivamente a sujeira, portanto, deve ser instalada uma divisória vertical ao longo do eixo longitudinal do tanque. Deve haver uma folga entre esta divisória e a placa final do tanque, permitindo que os espaços em ambos os lados da divisória se comuniquem. As portas de entrada e saída da bomba hidráulica são dispostas na extremidade da divisória que não está conectada, fazendo com que a distância entre o óleo de entrada e o óleo de retorno seja a maior possível. Ao mesmo tempo, o tanque também pode dissipar melhor o calor.
Filtro de óleo
Geralmente, contaminantes com tamanho de partícula inferior a 10 μ m têm pouco efeito sobre a bomba, mas quando o tamanho da partícula é superior a 10 μ m, especialmente excedendo 40 μ m, isso afetará significativamente a vida útil da bomba. Partículas sólidas contaminantes no óleo hidráulico tendem a acelerar o desgaste das superfícies de peças em movimento relativo dentro da bomba. Portanto, um filtro de óleo deve ser instalado para reduzir o grau de contaminação do óleo. A precisão de filtração recomendada é a seguinte: 10~15 μ m para bombas de pistão axial, 25 μ m para bombas de palheta e 40 μ m para bombas de engrenagem. O uso de filtros de óleo de alta precisão pode prolongar bastante a vida útil das bombas hidráulicas.
A função dos motores hidráulicos
Um motor hidráulico é um elemento atuador que converte a energia de pressão de um líquido em energia mecânica, produzindo torque e movimento rotativo, e ocupa uma posição importante nos sistemas hidráulicos.
Os motores hidráulicos são geralmente divididos em dois tipos: baixo torque e alto torque. Nos últimos anos, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia hidráulica rumo à alta pressão e alta potência, e à medida que as pessoas passam a dar maior atenção à proteção ambiental, exige-se que os atuadores hidráulicos apresentem características como baixo ruído, baixa poluição e operação suave. Por isso, os motores de alto torque tornaram-se uma das tendências de desenvolvimento.
Do ponto de vista da conversão de energia, as bombas hidráulicas e os motores hidráulicos são componentes hidráulicos reversíveis: ao introduzir fluido de trabalho em qualquer bomba hidráulica, esta pode ser convertida em um motor hidráulico em funcionamento; inversamente, quando o eixo principal do motor hidráulico é girado por um torque externo, ele também pode ser convertido em uma condição de operação de bomba hidráulica. Isso ocorre porque ambos possuem os mesmos elementos estruturais básicos: um volume selável e periodicamente variável, e o mecanismo correspondente de distribuição de óleo.
O Papel das Bombas Hidráulicas nos Sistemas Hidráulicos
Simplificando, uma bomba hidráulica é um dispositivo que converte energia mecânica em energia hidráulica. Os sistemas de transmissão hidráulica utilizam diferentes tipos de bombas hidráulicas para superar cargas e alcançar a saída de potência.
Por exemplo, em sistemas de acionamento hidráulico como escavadeiras, a bomba hidráulica é responsável por fornecer a pressão necessária para elevar veículos ou objetos pesados. A maioria das máquinas pesadas de construção é equipada com bombas hidráulicas, que são componentes essenciais dos sistemas hidráulicos.
Além dos equipamentos grandes, existem também bombas hidráulicas menores usadas para alimentar diversas ferramentas hidráulicas, como ferramentas de corte, prensas, serras hidráulicas, etc. Todas essas ferramentas dependem das bombas hidráulicas para funcionar com eficiência.
Diferenças Entre Bombas Hidráulicas e Bombas Comuns
A maior diferença entre bombas hidráulicas e bombas comuns reside em seus métodos de funcionamento. Bombas comuns normalmente mantêm um fluxo constante de líquido, enquanto a vazão das bombas hidráulicas está estreitamente relacionada à pressão da carga.
Além disso, suas funções são diferentes: as bombas hidráulicas precisam superar a pressão gerada pela carga do sistema, enquanto as bombas comuns são responsáveis apenas por transportar ou circular o líquido de forma contínua.
A Função de um Motor Hidráulico
Um motor hidráulico é um componente atuador rotativo, também conhecido como atuador rotativo. Sua principal função é converter energia hidráulica em energia mecânica para mover a carga.
A potência de saída de um motor hidráulico é determinada pela queda de pressão e pela vazão do óleo hidráulico. Em outras palavras, a potência de saída de um motor hidráulico é diretamente proporcional à sua velocidade de rotação.
O Princípio de Funcionamento Colaborativo de Bombas Hidráulicas e Motores Hidráulicos
Após compreender as funções das bombas hidráulicas e dos motores hidráulicos, vamos analisar como eles funcionam em conjunto em um sistema:
Primeiro, a bomba hidráulica converte energia mecânica de uma máquina motriz (como um motor elétrico ou motor a diesel) em energia hidráulica, que existe na forma de óleo hidráulico em movimento.
Posteriormente, o motor hidráulico recebe a energia hidráulica gerada pela bomba hidráulica e a converte novamente em energia mecânica, que é utilizada para acionar a carga e realizar trabalho.
Após esse processo de conversão ser concluído pelo motor hidráulico, todo o sistema possui a energia mecânica necessária para executar tarefas. Os sistemas hidráulicos são amplamente utilizados em nossa vida diária; por exemplo, elevadores, bombas de combustível e equipamentos de lazer dependem todos da ação conjunta de bombas e motores hidráulicos.
Perguntas Frequentes (FAQ)
1. Qual é a diferença entre uma bomba hidráulica e um motor hidráulico?
Resposta: Uma bomba hidráulica converte energia mecânica em energia hidráulica (fluido sob pressão), enquanto um motor hidráulico converte a energia hidráulica de volta em energia mecânica (torque e movimento rotacional).
2. Quais são os principais tipos de motores hidráulicos?
Resposta: Os motores hidráulicos são principalmente divididos em duas categorias:
Motores de Baixa Velocidade e Alta Torção (LSHT)
Motores de Alta Velocidade e Baixa Torção (HSLT)
Além disso, por estrutura, incluem motores de engrenagem, motores de palheta e motores de pistão (incluindo tipos de pistão axial e radial).
3. Quais são os tipos comuns de bombas hidráulicas e seus métodos de classificação?
Resposta: As bombas hidráulicas são comumente classificadas das seguintes duas maneiras:
Capacidade de ajuste de fluxo: Bombas variáveis (ajustáveis) e bombas fixas (fluxo constante)
Tipo estrutural: Bombas de engrenagem, bombas de palheta, bombas de pistão.
Bombas de engrenagem: tamanho pequeno, estrutura simples, baixo custo, mas alto desgaste e vazamento.
Bombas de palheta: fluxo uniforme, operação suave, baixo ruído, maior eficiência que as bombas de engrenagem, mas estrutura complexa.
Bombas de pistão: alta eficiência volumétrica, baixo vazamento, podem operar em alta pressão, adequadas para sistemas de alta potência, mas alto custo e altos requisitos de limpeza do óleo.
4. Quais são os componentes de um sistema de bomba hidráulica?
Resposta: Um sistema de bomba hidráulica geralmente inclui:
Acoplamento (conectando o eixo motriz e o eixo da bomba)
Reservatório de óleo hidráulico (armazenando óleo, dissipando calor, separando ar e eliminando espuma)
Filtro (reduzindo partículas sólidas contaminantes no óleo)
Para garantir a confiabilidade do sistema, é necessário assegurar o alinhamento adequado do acoplamento, capacidade e estrutura apropriadas do reservatório de óleo e seleção de filtros com a precisão correta.
5. Qual é o papel de um motor hidráulico no sistema?
Resposta: Um motor hidráulico recebe líquido sob pressão, converte energia hidráulica em energia mecânica e produz torque e movimento rotativo. A sua potência de saída depende da queda de pressão do líquido e da taxa de fluxo; portanto, quando a taxa de fluxo ou a pressão mudam, a saída do motor muda em conformidade.
6. Como as bombas hidráulicas e os motores hidráulicos funcionam juntos?
Resposta: Em um sistema hidráulico:
A bomba hidráulica converte a energia mecânica fornecida pelo motor primário (como um motor elétrico ou motor diesel) em energia líquida.
O motor hidráulico recebe esse líquido sob pressão e converte novamente em energia mecânica para acionar a carga.
Por meio dessa conversão de energia, o sistema pode alcançar a saída mecânica necessária.
7. Por que a limpeza do óleo e a filtração são tão cruciais em sistemas hidráulicos?
Resposta: Partículas sólidas no óleo hidráulico (especialmente aquelas maiores que 10 μ m, particularmente maiores que 40 μ m) pode agravar o desgaste em componentes internos de bombas e motores, reduzindo a eficiência e a vida útil. A instalação de filtros com precisão adequada (por exemplo, 10-15 μ m para bombas de pistão axial, 25 μ m para bombas de palheta, 40 μ m para bombas de engrenagem) pode manter efetivamente a confiabilidade do sistema.
8. Se minha bomba hidráulica estiver fazendo barulho ou vibrando, o que devo verificar?
Resposta: Causas comuns incluem:
- Desalinhamento entre a bomba e o acoplamento/eixo
- Velocidade ou carga excedendo os valores nominais
- Entrada de ar ou cavitação na linha de sucção
- Baixa limpeza do óleo ou quantidade/tipo incorreto de óleo
- Desgaste ou dano no acoplamento ou em componentes internos da bomba
Resolver esses problemas ajuda a reduzir ruído, vibração e prolongar a vida útil da bomba.
9. Uma bomba hidráulica \"gera\" pressão no sistema?
Resposta: Na verdade, não totalmente. A função principal de uma bomba hidráulica é produzir fluxo; a pressão é formada apenas quando esse fluxo encontra resistência no sistema (como carga, válvulas ou atuadores). Portanto, é impreciso atribuir à bomba exclusivamente a geração de pressão.
10. Quais são as métricas de eficiência para bombas e motores hidráulicos?
Resposta: As principais métricas de eficiência incluem:
- Eficiência volumétrica: Fluxo real ÷ Vazão teórica
- Eficiência mecânica/hidráulica: Torque teórico ÷ Torque real (ou relacionado às perdas mecânicas)
- Eficiência geral: Eficiência volumétrica × Eficiência mecânica/hidráulica