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CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Programa interdisciplinar – PI
MOTORES HIDRÁULICOS:
TIPOS, CONCEITOS E AVARIAS
CLEUDSON FERREIRA LOTT MACHADO
EDILBERTO GERALDO TOMAZ
ELZO HENRIQUE BOMFIM MARQUES
JOSTY DAIAN
WAGNER SILVA BOWEN
Coronel Fabriciano, 21 de maio de 2009
CLEUDSON FERREIRA LOTT MACHADO
EDILBERTO GERALDO TOMAZ
ELZO HENRIQUE BOMFIM MARQUES
JOSTY DAIAN
WAGNER SILVA BOWEN
MOTORES HIDRÁULICOS:
TIPOS, CONCEITOS E AVARIAS
Relatório apresentado ao Curso de Graduação em
Engenharia Mecânica do Centro Universitário do
Leste de Minas Gerais, como requisito parcial
para obtenção da nota final no Programa
Interdisciplinar do Curso de Engenharia
Mecânica.
Área de concentração: Tipos e conceitos,
características principais, principais avarias.
Orientador: Prof. Manoel Ricardo Pacheco
Freitas
Coronel Fabriciano, 21 de maio de 2009
LISTAS DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Motor de engrenagens 9
Figura 2 - Motor tipo MZ 11
Figura 3 - Motor de palhetas 12
Figura 4 - Motor de pistões radiais com apoio interno dos pistões 14
Figura 5 - Motor de pistões axiais de disco inclinado 15
Figura 6 - Motor de pistões radiais de curso múltiplo com apoio externo dos
pistões 16
Figura 7 - motor de pistões axiais de eixo inclinado 17
Figura 8 - Motor de pistões axiais de curso múltiplo e carcaça estacionária
18
RESUMO
O mundo moderno faz com que estudos científicos e inovações tecnológicas
evoluam cada vez mais facilitando assim o trabalho do ser humano no meio ao
qual ele esta inserido. Este presente trabalho tem como objetivo demonstrar
os conceitos, as aplicações e as principais características dos motores
hidráulicos. Eles possuem uma construção semelhante à construção das bombas
hidráulicas. Consistem basicamente de uma carcaça com conexões de entrada e
saída e de um conjunto rotativo ligado a um eixo. São muito encontrados em
guindastes, esteiras, perfuradoras, máquinas operatrizes, dentre outras.
Classificam-se em: motores hidráulicos de vazão fixa (engrenagens,
palhetas, pistões – radiais e axiais) e motores de vazão variável
(palhetas, pistões – radiais e axiais). Caracterizam-se pela rotação,
torque e limite de pressão máxima que variam de um para outro.
Palavras chave: motores hidráulicos, palhetas, pistões, engrenagens,
rotação, torque pressão.
ABSTRACT
The modern world is that scientific and technological developments
increasingly thus facilitating the work of human beings in the midst of
which it is inserted. The present work aims to demonstrate the concepts,
applications and key features of hydraulic motors. They have a construction
similar to the construction of hydraulic pumps. Basically consist of a
housing with input and output connections and a set connected to a rotary
axis. Are found in very cranes, mats, drilling, machine tools, among
others. Classified into: fixed flow hydraulic motors (gear, vane, piston -
radial and axial) and variable flow engines (blades, pistons - radial and
axial). Characterized by speed, torque and maximum pressure limit of that
range from one to another.
Keywords: hydraulic motors, vane, piston, gear, speed, torque pressure.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 6
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7
2.1 CONCEITO 7
2.2 VANTAGENS 7
2.3 CARACTERÍSTICAS 7
2.4 TIPOS DE MOTORES 9
2.4.1 Motores de engrenagem 9
2.4.2 Motores hidráulicos com o princípio de roda planetária e eixo
central 10
2.4.3 Motores hidráulicos de palhetas 11
2.4.4 Motores de pistões radiais (curso simples) com apoio interno dos
pistões 13
2.4.5 Motores de pistões axiais de disco inclinado 14
2.4.6 Motores de pistões radiais conforme o princípio de cursos
múltiplos. 15
2.4.7 Motor hidráulico de eixo inclinado 16
2.5 ESPECIFICAÇÃO DE MOTORES HIDRÁULICOS 18
2.5.1 Instalação 18
2.5.2 Danos e defeitos 19
2.5.3 Efeitos em serviço 19
3. CONCLUSÃO 21
REFERÊNCIAS 22
1. INTRODUÇÃO
Um dos setores que tem sido bastante competitivo na atualidade é o setor de
produção de máquinas agrícolas ocupando grande parte do mercado brasileiro
e internacional devido os mais variados tipos de motores e suas principais
características nas quais podem ser aplicados.
Este trabalho pretende de certa forma proporcionar maior clareza sobre os
tipos de motores hidráulicos e suas reais construções.
A forma de como eles podem ser empregados são incontáveis. Dentre algumas
delas pode-se citar esteiras rolantes, serras, máquinas agrícolas, entre
outras.As vantagens da aplicação dos motores hidráulicos em comparação a
outros tipos de motores, são fatores importantes com relação a peso e
potência.
Outro diferencial é de poder trabalhar em ambientes desfavoráveis que
seriam perigosos ou impossíveis pra outros tipos de motores, podendo também
trabalhar afogado (submerso) em quase todos os tipos de fluidos conhecidos,
em atmosferas corrosivas ou explosivas, em ambientes superaquecidos e
realizar trabalho com paradas e partidas constantes, sem acarretar
problemas de superaquecimento.
Outro fator importante é que os motores hidráulicos são rotativos que em
suas construções podem ser unidirecionais (um único sentido de rotação) ou
bidirecionais (rotação em ambos os sentidos).
Portanto, espera-se que com este tema, demonstrar os benefícios que estes
motores proporcionam pela forma que são constituídos e suas principais
características.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CONCEITO
Motores Hidráulicos são motores que se diferenciam dos demais motores pela
sua construção, característica e aplicabilidade, o que para outros tipos de
motores talvez os locais aos quais são empregados tornariam desfavoráveis
para se trabalharem, suas características potenciais esta no volume de
absorção, na pressão máxima, nas faixas de rotações e torques desejados.
2.2 VANTAGENS
Os motores hidráulicos possuem inúmeras vantagens são classificados em
motores hidráulicos de vazão fixa e motores hidráulicos de vazão variável,
mais o que naturalmente interessa num projeto, é saber que torque e rotação
um motor hidráulico poderá fornecer o que pela sua construção é o mais
recomendado.
2.3 CARACTERÍSTICAS
Caracterizam-se os motores hidráulicos pela velocidade, torque, volume de
absorção e limite de pressão máxima.
Velocidade (Rotação)
Poucos motores podem ser utilizados tanto para velocidades bem baixas, como
também para altas velocidades. A velocidade pela qual o eixo de um motor
gira, é determinada pela expressão:
A velocidade de um motor hidráulico depende da vazão fornecida ao motor;
costuma-se dar essa velocidade em rotação por minuto.
Torque
O torque é um esforço rotativo indicando que há uma força presente a uma
dada distância do eixo motor.
Pode-se considerar que a velocidade de um motor hidráulico é inversamente
proporcional ao seu torque, os motores, mais lentos são projetados para
fornecer alto torque mesmo nas baixas rotações.
Volume de absorção
É a quantidade de fluido que o motor aceitará para revolução ou então, a
capacidade de uma câmara multiplicada pelo número de câmaras que o
mecanismo contém.
Os motores hidráulicos convertem energia hidráulica em mecânica. Como
ocorre nas bombas hidráulicas, nos motores hidráulicos existe uma
multiplicidade de princípios e tipos construtivos. Mas nenhum em especial
pode satisfazer de modo otimizado à todas especificações. É necessário
escolher o motor para cada caso, segundo a sua necessidade.
2.4 TIPOS DE MOTORES
2.4.1 Motores de engrenagem
O motor de engrenagem desenvolve torque devido à pressão aplicada nas
superfícies dos dentes das rodas dentadas. Elas giram juntas, porém apenas
uma está ligada ao eixo do motor.
Invertendo a direção do fluxo, inverte-se a rotação do motor. O
deslocamento de um motor de engrenagem é fixo e é igual ao volume entre os
dois dentes multiplicado pelo número de dentes. As rodas não são
balanceadas hidraulicamente em relação à pressão. A alta pressão na entrada
e baixa pressão na saída provocam altas cargas laterais no eixo, bem como
nas rodas dentadas e nos rolamentos que as suportam.
As vantagens principais de um motor de engrenagens são: sua simplicidade e
sua maior tolerância à sujeira; porém tem menor eficiência. São muito
utilizados na hidráulica móbil e na tecnologia agrícola, para acionar
correias transportadoras, disco dispersador, ventiladores, fusos
transportadores e ventoinhas. Fazem parte dos motores rápidos.
Pressão: 300 bar
Rotação: 2400 rpm
Figura 1 - Motor de engrenagens
2.4.2 Motores hidráulicos com o princípio de roda planetária e eixo central
Motores Hidráulicos do tipo MZ pertencem ao grupo de motores planetários.
Eles se caracterizam por um grande volume de absorção e pequenas dimensões.
Isto é obtido porque, ocorre um grande número de processos de deslocamento,
por rotação.
Através de conexões o fluido de trabalho alimenta e escoa no motor
hidráulico. Todas as câmaras de deslocamento, que momentaneamente aumentam
de volume, estão ligadas com o lado da alta pressão, através da placa de
comando. Todas as câmaras com redução momentânea de volume, estão ligadas
com o lado da baixa pressão.A pressão nestas câmaras gera uma força sobre o
rotor, consequentemente, gerando o torque.
Sempre quando for obtido o maior ou menor volume da câmara, é fita a
inversão. Em cada rotação do eixo, ocorrem até 08 alterações de volume por
câmara. Ocorrem, portanto 7x 8= 56 processos de deslocamento. Isto explica
o volume de absorção relativamente alto por rotação.
O eixo central de saída possibilita a montagem de freios ou a utilização da
segunda ponta de eixo.
Válvulas internas de retenção conduzem o dreno interno para o lado da baixa
pressão. Se a pressão ultrapassar um valor determinado, então é necessário
ligar a conexão de dreno com o reservatório.
Neste princípio construtivo, o torque não é transmitido por uma roda de
dentado interno, mas sim através de um eixo cardan, do rotor planetário
para o eixo de saída.
O fluido de trabalho entra através de fendas no eixo de saída e é conduzido
através de furos numa carcaça para as câmaras de deslocamento, realiza
trabalho e volta ao tanque.
Motores hidráulicos, conforme o princípio planetário, estão disponíveis em
várias execuções.
Características
- Volume de absorção: aprox. 10 até 1000 cm³
- Pressão máx. de trabalho: até 250 bar
- Faixa de rotações: aprox. 5 até 1000 minˉ¹
Figura 2 - Motor tipo MZ
2.4.3 Motores hidráulicos de palhetas
Os motores hidráulicos transformam a energia de trabalho hidráulico em
energia mecânica rotativa, que é aplicada ao objeto resistivo por meio de
um eixo. O motor tipo palheta consiste de um rotor e de palhetas que podem
deslocar-se para dentro e para fora nos alojamentos das palhetas.
Funcionamento do Motor hidráulico de palhetas
O rotor do motor é montado em um centro que está deslocado do centro da
carcaça. O eixo do rotor está ligado a um objeto que oferece resistência.
Conforme o fluido entra pela conexão de entrada, a energia de trabalho
hidráulica atua em qualquer parte da palheta exposta no lado de entrada.
Uma vez que a palheta superior tem maior área exposta à pressão, a força do
rotor fica desbalanceada e o rotor gira.
Conforme o líquido alcança a conexão de saída, onde está ocorrendo
diminuição de volume, o líquido é recolocado.
Antes que um motor deste tipo possa operar, as palhetas devem ser
estendidas previamente e uma vedação positiva deve existir entre as
palhetas e a carcaça.
Extensão das Palhetas do motor
Diferentemente de uma bomba de palheta, não se pode depender da força
centrífuga para estender as palhetas e criar uma vedação positiva entre o
cilindro e o topo da palheta.
Existem dois métodos comuns para estender as palhetas num motor. Um deles é
estender as palhetas por meio de molas, de modo que elas permaneçam
continuamente estendidas. O outro método é o de dirigir pressão hidráulica
para o lado inferior das palhetas.
Em alguns motores de palhetas, o carregamento por mola é realizado
posicionando-se uma mola espiral na ranhura da palheta.
Neste tipo, a pressão do fluido é dirigida para o lado inferior da palheta
tão logo o torque se desenvolva.
Outro método de estender as palhetas é com o uso de pressão do fluido. Por
este método, o fluido é impedido de entrar na ranhura da palheta até que a
mesma esteja totalmente estendida e até que haja uma vedação positiva no
topo da palheta. Neste momento, a pressão já existe sob a palheta.
Quando a pressão do fluido é suficientemente alta para vencer a força da
mola de retenção interna, o fluido entrará na câmara da palheta e
desenvolverá um torque no eixo do motor. A válvula de retenção interna,
nessas circunstâncias, desempenha uma função seqüencial.
Figura 3 – Motor de palhetas
2.4.4 Motores de pistões radiais (curso simples) com apoio interno dos
pistões
Os cilindros e pistões são montados em estrela em torno do eixo excêntrico
central.
Conforme a posição do eixo excêntrico, dos 5 pistões, 2 ou 3 estão ligados
com a entrada (lado da pressão), e o restante dos pistões ligados com a
saída (lado do reservatório).
Através do comando as câmaras dos cilindros são alimentadas com fluido de
pressão. O comando consiste na placa de comando e da válvula distribuidora.
Enquanto a placa de comando é unido com a carcaça, a válvula distribuidora
gira junto com o eixo excêntrico na mesma rotação. Furos na válvula
distribuidora fazem a ligação para a placa de comando e para as câmaras dos
pistões.
A transmissão da força do pistão sobre o eixo excêntrico poderá ocorrer de
varias maneiras onde os pistões são guiados na carcaça e apoiam-se no eixo
excêntrico através de anéis de conformação especial.
Durante o movimento rotativo do eixo, ocorre um movimento relativo entre o
pistão e o anel. Para a redução do atrito, a superfície de apoio do pistão
do anel, é equilibrada estaticamente. Numa outra a execução a pressão de
trabalho atua sobre o eixo excêntrico. Os pistões e os cilindros apoiam-se
em superfícies esféricas, e seguem com isto isentos de forças transversais,
no eixo excêntrico.
Diferencial
As superfícies de contato no excêntrico e na carcaça são aliviadas
hidrostaticamente, de modo que o atrito é mínimo. Esta construção
possibilita alto rendimento e um bom comportamento em baixas rotações.
Características importantes.
Volume de absorção: 10 até 8500 cm³
Pressão máxima: até 300 bar
Faixa de rotações: 0,5 até 2000 minˉ¹ (conforme TN)
Torque máximo: até 32000 Nm
Figura 4 - Motor de pistões radiais com apoio interno dos pistões
2.4.5 Motores de pistões axiais de disco inclinado
O conjunto rotativo de disco inclinado é uma unidade de deslocamento, cujos
pistões de deslocamento são montados axialmente ao eixo. Eles apoiam-se
neste caso sobre um disco inclinado. Ver anexo ( fig. 16)
Função do Motor
Ao contrário da função da bomba, o fluido de pressão é conduzido na
entrada. Os pistões realizam um movimento planetário de curso e levam junto
o cilindro, que gira em conjunto com o eixo devido ao estriado no mesmo. O
fluído é deslocado para o lado da baixa pressão (saída), para o sistema.
Características importantes.
Volume de absorção: 10 até 1000 cm³
Pressão máxima: até 350 bar
Faixa de rotações: 50 até 5000 minˉ¹ (conforme TN)
Torque máximo: até 41000 Nm
Figura 5 – Motor de pistões axiais de disco inclinado
2.4.6 Motores de pistões radiais conforme o princípio de cursos múltiplos.
Os pistões apóiam-se sobre o cames através dos roletes dos pistões; no
acionamento a câmera do cilindro é alimentada com o fluido de pressão
através dos furos axiais, cada pistão recebe a escoa o fluido de pressão
quantas vezes forem os perfis da cúria de curso do cames, assim o
transformando em movimento rotativo.
A forma do perfil da curva de curso é quem determinará a rotação em uma
pressão contínua, o trabalho dos pistões contra o cames é transmitido por
um estriado ao eixo, transformando-o em movimento rotativo mecânico.
Na carcaça do motor pode ser montado um conjunto de freio de lamelas. Se a
pressão de alívio nestes freios reduzir-se na câmara anelar, então a mola
prato apertão pacote de lamelas, acionando o freio. Se a pressão
ultrapassar o valor determinado pela mola prato, o êmbolo de freio é
pilotado deslocando-se contra a mola prato, então o pacote de lamelas é
aliviado e o freio é solto.
Pressão – 450 bar
Volume de absorção – 200 até 8000
Figura 6 – Motor de pistões radiais de curso múltiplo com apoio externo dos
pistões
2.4.7 Motor hidráulico de eixo inclinado
O princípio de eixo inclinado é uma unidade de deslocamento, cujo pistão é
montado inclinado em relação ao eixo de acionamento. Pode operar como bomba
ou motor hidráulico, de volume deslocado constante ou variável.
O ângulo de basculamento da unidade de volume de deslocamento constante, é
definido pela carcaça e com isso é fixo. Numa unidade variável este ângulo
é variável dentro de determinados limites. Através da alteração do ângulo
de basculamento, resulta um curso diferente do pistão e com isso o volume
de deslocamento é alterado.
Motor de vazãoconstante: para circuito aberto e fechado, ângulo de
basculamento fixo, rotação de saída possível nos dois sentidos;
Motor de vazão variável: para circuito aberto e fechado, com basculamento
unilateral, ângulo de basculamento variável sem escala, rotação de saída
possível nos dois sentidos.
Características especiais
-Boa sucção mesmo a altas rotações;
-Boa partida na utilização como motor hidráulico;
-Possibilidade de montagem em constrtução aberta;
-Boas características de anti-cavitação;
A pressão de trabalho e o volume deslocado são transformados em momentos de
torção mecânica. A pressão é determinada pela resistência da marca acoplada
ao motor hidráulico. Esta carga corresponde ao momento de torção exigido no
eixo.
Figura 7 – motor de pistões axiais de eixo inclinado
2.4.8 Motor de pistões axiais de curso múltiplo e caraça estacionária
O comando e as conexões, nestes motores estão na carcaça. Além disso o
perfil da curva de curso é unida com a carcaça. O grupo rotor/pistões está
acoplado ao eixo, através do estriado. Cada pistão realiza vários cursos
por rotação do eixo. Neste motor poderá ser instalado uma segunda ponta de
eixo ou a montagem de freios.
Características importantes:
Volume de absorção: 200 até 1500 cm³
Pressão máxima: até 250 bar
Faixa de rotações: 5 até 500 min-1
Figura 8 – Motor de pistões axiais de curso múltiplo e carcaça estacionária
2.5 ESPECIFICAÇÃO DE MOTORES HIDRÁULICOS
Deve-se considerar aplicação e custo para especificar um motor hidráulico.
Leva-se em conta:
1. os limites de velocidade de operação, sendo a velocidade mínima a de
saturação, ou seja, a menor velocidade com a qual o motor permite a
aplicação do momento de torção máximo;
2. a potência desejada;
3. o tamanho;
4. os limites de pressão do sistema;
5. direção de rotação.
2.5.1 Instalação
Após a lavagem inicial e a pré-lubrificação, deve ser conferida a direção
de rotação e as posições de pressão e "sucção". A ligação errada poderá
acarreta a expulsão dos retentores e destruição dos elementos móveis.
Havendo demora para utilização do motor, deve-se tampar os orifícios (nunca
com pano ou estopa), mas com tampas, que serão removidas na hora da
colocação do motor. Os eixos e acoplamentos e os dutos devem ser
perfeitamente alinhados com os repletivos elementos a fim de evitar
desgastes localizados. O sistema deve ser limpo.
2.5.2 Danos e defeitos
Conhecer profundamente das causas e efeitos dos motores a fim de remover as
suas origens, dentre elas:
- especificação inadequada, levando à sobrecarga
- rápida deterioração, devido a qualidade inferior ou defeitos de
fabricação;
- erro de montagem, acarretando o contato imperfeito dos elementos.
- sobrecargas localizadas, por instalação inadequada;
- excesso de pressão, por regulagem inadequada de dispositivos de alívio;
- desgaste adesivo, acarretado por super-aquecimento externo ou interno;
- cavitação ou aeração levando à destruição dos elementos internos;
- engripamento, por folha ou falta de lubrificação;
- vibração, levando a choques de elementos e seu recalcamento ou à fadiga;
- desgaste abrasivo por partículas finas ou grossas de sujeira;
- desgaste abrasivo por partículas metálicas;
- danos por objetos que penetram no interior do motor.
2.5.3 Efeitos em serviço
O operador da máquina pode notar os efeitos:
Ruídos excessivos
Causados por cavitação ou aeração, que são provocados por: nível
insuficiente de óleo, viscosidade de óleo fora da recomendação e restrição
na estrada, como: filtro entupido, encanamento de entrada pequeno demais,
muitas curvas, mangueiras que cedem, canos achatados, válvulas parcialmente
fechadas, reservatórios sem respiradouro. A aeração é provocada ainda pelo
ar penetrado pelos retentores, conexões mal colocadas nas estradas,
mangueiras de sucção porosas.
Podem ser identificadas: em trabalho, pelo ruído parecido com o de esferas
caindo sobre uma placa e após a desmontagem, pela erosão de peças do lado
da sucção. Podem surgir outros ruídos: de batidas, provocadas por peças
soltas do motor, ou ainda do acoplamento, ou provocadas por vibração de
encanamentos que devem ser melhor fixados. Um ruído parecido com o de
cavitação pode se provocado pela sobrecarga ou desalinhamento.
Flutuação ou falta, velocidade ou "torque"
Possuem varias causas como: desgaste abrasivo, provocado por óleo
contaminado, filtros não trocados no tempo certo, retentores gastos,
filtros incorretos, hastes de cilindros arranhados, sujeira não visível a
olho nu. Podem ser identificados na fase inicial pela aparência fosca
acinzentada das palhetas, rotores, pistões e engrenagens; na fase
posterior, por diminuição das peças, ou alargamento dos alojamentos e na
fase final, pelo aparecimento de escavações.
Outras causas mais comuns são: objetos metálicos ou partículas provocadas
por falta de lavagem do sistema após a falha anterior, falha dos
componentes do próprio sistema hidráulico, objetos deixados durante a
montagem ou reforma, penetração de corpos estranhos por qualquer razão e
partículas visíveis a olho nu. Podem ser identificados, além das próprias
partículas, pelos arranhões e "incidentações" na faces e pontas das
palhetas ou das engrenagens, nas carcaças, nos rotores e anéis; pelos eixos
torcidos ou quebrados, por entradas com escoriações e pelas peças rotativas
quebradas;
Super – Aquecimento
Pode surgir de ajustes mal feitos, podendo resultar da falta ou falha de
lubrificação provocada por: óleo incorreto, viscosidade imprópria, ajuste
incorreto da válvula de alivio ou abuso de sua operação, temperatura
ambiente alta, falta de lubrificação prévia e falta de escorvamento.
3. CONCLUSÃO
Pode-se concluir que com a execução deste trabalho houve bastante
aproveitamento por parte dos integrantes do grupo com relação a inúmeras
vantagens e aplicações de motores hidráulicos com seus diversos tipos e
aplicações.
Este trabalho contribuiu também para o desenvolvimento e o crescimento
técnico do grupo onde focou, de forma abrangente, diversos assuntos
explicando os pontos positivos bem como os principais danos e manutenção
adequada a estes motores.
Assim sendo pode-se concluir que os três grandes grupos principais de
motores hidráulicos; engrenagens, palhetas e pistões podem variar pelas
suas formas e construções, o que diferenciam dos demais que possuem
características semelhantes porém com maiores limitações.
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TECNOLOGIA hidráulica industrial. Jacareí. Parker Hannifin Ind. Com Ltda.
VICKERS, S. Manual Oleodinâmico Industrial. São Paulo: Vickers Editora,
1982.
-----------------------
Velocidade do eixo do motor (RPM ) = Vazão (l/mm)x1000
Volume de absorção ()
Torque = Força x distância ao Eixo
Volume de absorção = volume máximo da câmara x número de câmaras
