Насосом называют гидромашин для преобразования механической энергии в энергию потока жидкой среды - рабочей жидкости. Гидродвигатель, наоборот, преобразовывает энергию потока рабочей жидкости в механическую работу.
В объемной гидромашине рабочий процесс основан на периодическом изменении объема занимаемых рабочей жидкостью камер (так называемых "рабочих камер") и попеременном сообщении этих камер с входной и выходной гидролиниями (гидромагистралями). Причем входной гидролинией для объемного насоса будет всасывающая, а выходной - нагнетательная (напорная) гидролиния, которая всегда находится под избыточным давлением рабочей жидкости.
Для гидродвигателя входной гидролинией является напорная, а выходной - сливная. Гидродвигатели можно разделить на три группы - гидромоторы, гидроцилиндры и неполноповоротные гидродвигатели, В гидромоторах ведомое звено - вал - совершает неограниченное вращательное движение, в неполноповоротных гидродвигателях - ограниченное возвратно-поворотное, а в гидроцилиндрах ведомое звено - шток или плунжер - перемещается возвратно-поступательно.
Объемные насосы и гидромоторы (объемные гидромашины) бывают двух типов - роторные и безроторные. В роторной гидромашине подвижные элементы, образующие рабочие камеры, совершают неограниченное вращательное или вращательное и возвратно-поступательное движения. В безроторных гидромашинах эти элементы перемещаются только возвратно-поступательно.
В зависимости от формы рабочих камер различают поршневые, шиберные (пластинчатые) и зубчатые объемные гидромашины. В поршневых гидромашинах (роторных и безроторных) рабочие камеры образованы поверхностями поршней и цилиндров. В радиально-поршневой гидромашине ось поршня перпендикулярна к оси блока цилиндров или составляет с ней угол более 45°. Оси поршней аксиально-поршневых гидромашин параллельны оси блока цилиндров или составляют с ней углы не более 45°. Различают аксиально-поршневые гидромашины с наклонным диском и с наклонным блоком.
В гидромашине с наклонным диском блок цилиндров и вал расположены на одной оси, а в гидромашине с наклонным блоком оси этих деталей расположены под острым углом. Шиберной называют гидромашину с рабочими камерами, ограниченными рабочими поверхностями ротора, корпуса и шиберов (задвижек, заслонок), совершающих возвратно-поступательное или возвратно-поворотное движение. У пластинчатой гидромашины шиберы выполнены в виде пластин, совершающих возвратно-поступательное движение. В роторно-вращательной гидромашине детали, образующие рабочую камеру, совершают только вращательное движение.
Роторно-вращательные машины бывают зубчатыми и винтовыми. В зубчатой гидромашине рабочая жидкость движется в плоскости, перпендикулярной к оси вращения деталей, образующих рабочую камеру, а в винтовой гидромашине - вдоль этой оси. Зубчатая гидромашина с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочих камер и передающих вращающий момент, называется шестеренной гидромашинной.
Принцип действия объемного насоса рассмотрим на примере однопоршневого насоса с клапанным распределением жидкости . Эксцентрик вращается от приводного двигателя (не показан) Поршень пружиной постоянно прижат к эксцентрику. Под действием перепада давлений (атмосферного - в баке, соединенном со всасывающей гидролинией, и давления в рабочей камере открывается обратный клапан и жидкость из всасывающей гидролинии поступает в рабочую камеру.
Когда эксцентрик повернется на угол 180°, поршень остановится, давления в рабочей камере и в гидролинии станут одинаковыми, в результате чего обратный клапан закроется и рабочая камера будет отсоединена от гидролиний, а объем рабочей камеры станет максимальным. Как только угол поворота эксцентрика превысит 180°, давление в рабочей камере увеличится, откроется обратный клапан и жидкость из камеры будет выдавливаться в напорную гидролинию.
При повороте эксцентрика на угол 360° давления в рабочей камере и в гидролинии уравновесятся, клапан закроется. В результате рабочая камера вновь отсоединится от гидролиний, причем ее объем будет минимальным. Если потери давления во всасывающей гидролинии велики или в рабочей камере требуется постоянное избыточное давление, во всасывающую гидролинию можно установить так называемый подпиточный насос.
Это позволит исключить из схемы недостаточно надежный элемент - пружину и при необходимости увеличить максимально допустимую частоту вращения эксцентрика U которая обычно ограничивается опасностью возникновения кавитации в рабочей камере или всасывающей гидролинии (разрыв потока рабочей жидкости и ее вскипание при давлении ниже давления насыщенных паров этой жидкости).
Таким образом, цикл работы однопоршневого насоса, как и любого объемного насоса, состоит из следующих этапов: заполнение рабочей камеры жидкостью из всасывающей гидролинии под действием атмосферного давления или давления подпиточного насоса за счет увеличения объема этой камеры; отсоединение рабочей камеры от напорной и всасывающей гидролиний в момент наибольшего объема этой камеры; вытеснение рабочей жидкости из камеры в напорную гидролинию за счет уменьшения объема этой камеры; отсоединение рабочей камеры от напорной и всасывающей гидролиний в момент наименьшего объема этой камеры.
Принцип действия объемного гидромотора рассмотрим на примере пластинчатого гидромотора с цапфенным распределением жидкости . Неподвижная цапфа имеет пазы (прорези), которые через осевые сверления в ней соединены соответственно с напорной и сливной гидролиниями. На цапфе с гарантированно малым зазором установлен цилиндрический ротор, который может свободно поворачиваться относительно цапфы. В роторе выполнены радиальные сквозные пазы и отверстия.
В пазах установлены с гарантированно малым зазором шлифованные пластины и др. Ротор с пластинами помещен внутри статора, имеющего круговое цилиндрическое отверстие (так называемое "статорное кольцо"), с которым взаимодействуют пластины. Ось ротора смещена относительно оси О статорного кольца на величину эксцентриситета е. Рабочая камера (например, камера А) ограничена цилиндрическими поверхностями ротора и статорного кольца, а также плоскими поверхностями пластин и боковыми дисками. Работает гидромотор следующим образом.
Из напорной гидролинии через паз цапфы и радиальные отверстия ротора рабочая жидкость подводится к рабочим камерам, находящимся слева от оси симметрии, проходящей через точки О и 0Х машины. Поскольку ротор и статорное кольцо расположены эксцентрически (с эксцентриситетом е), то расстояние р от центра Ог ротора до статорного кольца для каждой пластины различно. Например, для пластины это расстояние больше, чем для пластины.
Так как давление жидкости действует на разные площади пластин, то силы этого давления, приложенные к пластинам (например, к пластинам), различны. Благодаря этому на роторе возникает вращающий момент, поворачивающий по направлению стрелки жестко связанный с ротором выходной вал гидромотора. Жидкость из рабочих камер справа от оси симметрии гидромотора выдавливается через радиальные отверстия и осевое отверстие цапфы в сливную гидролинию.
