Рисунок 2 - Принцип действия гидромашин объемного действия

                             Классификация  гидромашин  объемного  действия.                      
1.  По назначению:
       -  Насосы -  гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного
             двигателя в энергию потока жидкости, используемую потребителем.
       -  Гидродвигатели - это гидравлические машины, преобразующие энергию потока жидкости в
             механическую энергию, используемую потребителем.

2.  По виду движения выходного звена:
        -  возвратно-поступательного движения выходного звена - поршневые ;
        -  вращательного движения выходного звена - роторные.

3.  По принципу действия: 
       -  обратимые - может использоваться как насос и гидродвигатель;
       -  необратимые - используется как насос или гидродвигатель.
4.  По способу регулирования:
      -  регулируемые;
      -  нерегулируемые.

5.  По направлению движения рабочей жидкости:
       -  реверсивные;
       -  нереверсивные.


Основными  характеристиками  гидромашины  объемного  действия  являются:
-  подача - это расход через его выходную полость, характеризуется рабочим объемом и частотой
   вращения, определяется как объем жидкости, вытесняемый за единицу времени, в СИ м³/мин;
                                                              Q = Vо· n
-  номинальное рабочее давление, которое определяется действием силы на площадь рабочей
   поверхности вытеснителя, 1МН/м2  =  1МПа;

-  рабочий объем - это суммарное изменение объема рабочих камер за один оборот машины и
   представляет собой объем жидкости, который машина способна переместить из подводящей
   линии в отводящую за один оборот (без учета утечек и сжимаемости), в СИ м³; л/об или см3/об;
                                                            
-  объемные потери  - характеризуются объемным к.п.д. Объемный к.п.д. - это отношение
   действительной подачи насоса к теоретической подаче. В насосе - это уменьшение подачи, в
   гидродвигателе - уменьшение частоты вращения;     ηv = Qн  /

-  механические потери - характеризуются механическим к.п.д. Механический к.п.д. ηм - это
   отношение теоретической мощности (момента на валу) к приводной мощности (моменту).

                                               1.1.2.  Шестеренные насосы
Шестеренные гидромашины относятся к роторным гидромашинам. В качестве вытеснителя
используются ведущая и ведомая шестерни. Рабочая камера располагается между сходящимися и
расходящимися зубьями шестерен.

Принципиальная схема шестеренного насоса приведена на рисунке 3. В металлическом корпусе 1
насоса имеется расточка, внутри которой помещены шестерни 2 и 3 (вытеснители), находящиеся в
зацеплении друг с другом. Вершина зубьев плотно прилегает к стенке расточки. Одна из шестерен 2
является ведущей, вторая 3 - ведомой.
Ведущая шестерня получает вращение от двигателя. При выходе  шестерен из зацепления
освобождается пространство, которое до этого было занято зубьями, в результате его в камере В
создается разряжение, под действием которого жидкость засасывается из бака.
В дальнейшем жидкость, заполнив впадины между зубьями, переносится шестернями в полость Н, где
зубья вновь входят в зацепление и вытесняют жидкость, в результате чего в полости Н возникает
давление рабочей жидкости.
Горные машины и комплексы
 
Рисунок 3 - Принципиальная схема шестеренного
насоса


                 Основные параметры роторных насосов:       
                 -  рабочий объем;
                 -  производительность (подача) насоса;
                 -  давление, развиваемое на выходе насоса;
                 -  коэффициент полезного действия;
                 -  частота вращения, об/мин;
                 -  мощность, кВт.
Шестеренные насосы являются обратимыми, т.е. могут работать в качестве гидродвигателя при подводе к
ним под давлением рабочей жидкости.  Шестеренные насосы - гидромашины с постоянной подачей
(нерегулируемые), нереверсивные.  Конструкция шестеренного гидромотора аналогична шестеренному
насосу.  Ко всасу насоса подводится рабочая жидкость под давлением, вследствие чего шестерни
совершают вращательное движение.

Достоинства: -  простота конструкции;                           Недостатки: - невысокое давление.
                -  небольшие размеры;                                                       - небольшая высота всасывания.
                -  значительная
                   производительность.



                                     1.1.3.  Лопастные (пластинчатые) гидромашины
Лопастные (пластинчатые) гидромашины относятся к роторным гидромашинам. В качестве вытеснителя
используются лопасти (пластины). Рабочая камера располагается между пластинами.

Принципиальная схема пластинчатого насоса приведена на рисунке 4. Насос состоит из статора 1 и
эксцентрично расположенного по отношению к нему ротора 5, в пазах 3 которого расположены
подвижные пластины 2. В торцах статора расположены дугообразные окна 4 и 6, соединенные с
магистралями. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выдвигаются,
увеличивая объем камер, образующихся между пластинами, ротором и статором.

В результате увеличения объема в камерах создается разряжение, под действием которого из
всасывающего окна 6 в камеру поступает рабочая жидкость. При переходе через точку А объем камер
начинает уменьшаться. Рабочая жидкость под давлением вытесняется через окно 4 в нагнетательную
магистраль. Изменяя эксцентриситет «е» можно регулировать рабочий объем насоса, а следовательно и
его подачу.

Для уменьшения сил давления на опорные подшипники применяются пластинчатые насосы двухкратного
действия (рисунок 4 (б)). Всасывание и нагнетание насоса происходит за один оборот ротора. Насосы
двукратного действия являются нерегулируемыми.
Пластинчатый гидромотор по конструкции аналогичен пластинчатому насосу. Крутящий момент на валу
возникает при подводе в рабочую камеру рабочей жидкости под давлением. При этом рабочая жидкость
под давлением подводится в камеру через окно 6, а отводится через окно 4 (рисунок 4 (а)).
В результате разности давлений на две смежные пластины появляется крутящий момент. Полный
крутящий момент равен сумме составляющих моментов рабочих камер.
Пластинчатые гидромоторы отличаются малыми габаритами и развивают высокий крутящий момент.

Достоинства:  -  простота конструкции;                           Недостатки:- низкий к.п.д.
                -  небольшие размеры;                                                       - заедание пластин в пазах ротора.
                -  значительная
                         - производительность
Рисунок 5. - Принципиальная схема плунжерного насоса                   
Достоинства плунжерных (поршневых) эксцентриковых насосов:
-  высокая производительность и давление при относительно небольших габаритах и массе.
Недостатки: -  запаздывание клапанов;
             -  невозможность использования в качестве гидромотора (необратимый);
             -  подача жидкости производится только в одном направлении (нереверсивный);
             -  невозможность регулирования подачи.
Рисунок 6.- Принципиальная схема аксиально - плунжерной (поршневой) гидромашины

Достоинства:
-  высокая подача при значительных давлениях и весьма небольших собственных
размерах;
-  возможность регулирования подачи на ходу;
-  возможность реверсирования подачи на ходу.
Недостатки:
-  сложность конструкции;
-  чувствительность к загрязнению рабочей жидкости.

Конструкция аксиально - плунжерного (поршневого) гидромотора аналогична
конструкции аксиально - плунжерного (поршневого) насоса.
Жидкость под давлением поступает в те рабочие камеры (камера 5 рисунок 6.),
плунжеры которых в данный момент находятся на участках скатывания. Под действием
давления рабочей жидкости поршни (плунжеры) движутся к периферии ротора и развивают
усилие, которое в точке контакта можно разложить на усилие, номинальное к рабочему
профилю, и тангенциальное усилие, которое и создает крутящий момент, вращающий ротор
гидромотора.
Достоинства:
- небольшие собственные размеры;
-возможность регулирования частоты вращения
   на ходу;
-возможность реверсирования на ходу
Недостатки:
- сложность конструкции;
- высокая частота вращения, что, в конечном
  итоге, требует сложного выходного редуктора
  механизма;
- чувствительность к загрязнению рабочей
  жидкости.
Рисунок 7.-Принципиальная схема радиально - плунжерного (поршневого) на­
соса
Достоинства  радиального поршневого на­соса:
-  высокая подача и давление при небольших
   собственных размерах;
-  возможность регулирования подачи на ходу;
-  возможность реверсирования подачи на ходу.
Недостатки:
-  сложность конструкции;
-  чувствительность к загрязнению рабочей жидкости.
Рисунок 8. - Упрощенная схема радиально-поршневого гидромотора
Достоинства:
-  относительно небольшие собственные размеры;
-  возможность регулирования частоты вращения
   на ходу в широких пределах;
-  возможность реверсирования на ходу;
-  высокое значение крутящего момента.
Недостатки:
-  сложность конструкции;
-  чувствительность к загрязнению
рабочей
   жидкости.
Рисунок 9. - Схема гидроцилиндра одностороннего действия
Рисунок 10. - Схема плунжерного
гидроцилиндра одностороннего действия
Рисунок 11. - Схема телескопического
гидроцилиндра одностороннего действия
Схема телескопического гидроцилиндра одностороннего действия приведена на рисунке 11.

В телескопических гидроцилиндрах рабочая каме­ра А образуется рабочими поверхностями корпуса 1 и концентри­чески расположенных поршней 2 и 3, перемещающихся друг отно­сительно друга. При поступлении в рабочую камеру жидкости под давлением производится последовательное выдвижение поршней. Последовательность их вы­движения может быть от большего диаметра   к меньшему, а последовательность втягивания - обратная.
Преимущества телескопических гидроцилиндров - малые габариты в сдвинутом состоянии и большой ход при выдвижении.
Гидроцилиндры двухстороннего действия выполняются по схеме, приведенной на рисунке 12..
Рисунок 12. - Схема гидроцилиндра двухстороннего действия
При подаче рабочей жидкости из напорной магистрали через штуцер 1 поршневой полости 2, поршень 3 выдвигается. При этом рабочая жидкость, находящаяся в штоковой полости 4 выдавливается в сливную магистраль.
Для реверсирования движения поршня, рабочая жидкость из напорной магистрали подается в штуцер штоковой полости 4. Производится возврат поршня 3.  Для устранения утечек рабочей жидкости между цилиндром и штоком 7, устанавливаются уплотнения 6.
Таким образом, в гидроцилиндрах двухстороннего действия возможно движение поршня под действием давления рабочей жидкости в двух направлениях 5.
Гидроцилиндры двухстороннего действия могут быть с одно - и двухсторонним штоком, а также выполнены телескопическими (многократной раздвижности) и комбинированными.
Основные параметры гидроцилиндров: -  величина внутреннего диаметра цилиндра;
                                                               -  рабочее давление; развиваемое усилие;
                                                               -  ход поршня.
Достоинства гидроцилиндров:
-  простота конструкции;
-  надежность в работе;
-  значительные развиваемые усилия.
Недостатки:
-  возможность получения только линейных и
   поворотных перемещений на небольшой угол
Гидроцилиндры широко применяются в горных машинах, где требуется прямолинейное перемещение, например в горных ком­байнах, механизированных крепях, экскаваторах, погрузочных машинах, различных устройствах подач и т. п.
                                                              1.1.   ГИДРОМАШИНЫ

                  1.1.1.   ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГИДРОМАШИН ОБЪЁМНОГО ДЕЙСТВИЯ
К гидромашинам объемного действия относятся гидромашины, у которых связь между механическими
звеньями или соединениями осуществляется с помощью геометрически изолированного объема рабочей
жидкости - рабочей камеры.
Рабочей камерой называется замкнутое пространство, попеременно сообщающееся с напорной и с
всасывающей магистралью. При этом происходит заполнение или вытеснение рабочей жидкости.
Способность к заполнению или вытеснению рабочей жидкости связано со способностью рабочей
камеры периодически изменять свой объем, вследствие изменения положения вытеснителя в пределах
рабочей камеры.
Вытеснителем называется рабочий орган гидромашины, совершающий работу вытеснения или
всасывания рабочей жидкости. Вытеснитель может быть выполнен в виде лопасти (пластины),
шестерни, поршня (плунжера).
Принцип действия гидромашин объемного действия приведен на рисунке 2. В результате приложения
механического воздействия F1 на вытеснитель 1 (поршень), он меняет свое положение. При этом
изменяется объем V1 рабочей камеры 2.
При движении вытеснителя (поршня) вверх увеличивается объем рабочей камеры 2, уменьшается
давление р1 и производится всасывание рабочей жидкости из рабочей камеры 3.
При движении вытеснителя (поршня) вниз, уменьшается объем V1 рабочей камеры 2, увеличивается
давление р1 и производится нагнетание рабочей жидкости в рабочую камеру 3. Если на вытеснитель 4
(поршень), в пределах рабочей камеры 3, воздействовать энергией потока жидкости, объем V2  и
давление р2 в рабочей камере будет увеличиваться или уменьшаться, а вытеснитель будет совершать
механическое движение  - соответственно выдвигаться или задвигаться.
К аксиально - плунжерным (поршневым) гидромашинам относятся аксиально- плунжерные насосы и
гидромоторы.
Аксиально - плунжерные гидромашины - это гидромашины ось вращения ротора которых
параллельна осям рабочих органов, или составляет с ними угол не более 45°. Аксиально -
плунжерные гидромашины относится к бесклапанному типу гидромашин.
Принципиальная схема аксиально - плунжерного (поршневого) насоса приведена на рис. 6.

Насос состоит из ротора 1, в котором расположены плунжеры (поршни) 2. Пружины 7 выталкивают
поршни из цилиндров и поджимают их к наклонному диску 3. В неподвижном распределительном
диске 6 имеются каналы 5 и 8, через которые рабочие камеры соединяются с магистралями. Ротор
приводится во вращение посредством вала 4. При вращении ротора неподвижный наклонный диск
заставляет поршни совершать возвратно - поступательные движения в цилиндрах. Меняя наклон
диска, можно регулировать величину хода поршня, а, следовательно, и подачу насоса. При установке
диска перпендикулярно оси ротора подача насоса  равна нулю.
1.1.6.  Радиально - плунжерные (поршневые) гидромашины

Радиально - плунжерными (поршневыми) гидромашинами называются гидромашины, у которых ось
вращения ротора перпендикулярна осям рабочих органов (плунжеров) или составляет с ними угол более
45°. К таким гидромашинам относятся насосы и гидромоторы.

Принципиальная схема радиального роторно-поршневого на­соса приведена на рисунке 7. Насос состоит из
статора 1 и ротора 2, оси которых расположены эксцентрично. В радиальных расточках ротора
расположены поршни 3, имеющие сферическую форму головок, которыми они опираются на внутреннюю
поверхность статора. Ротор с поршнями составляет блок цилиндров, при вращении которого относительно
распределительного вала 4 поршни, прижатые давлением центробежной силы жидкости или пружин,
находятся в контакте с обоймой статора, совершая при этом вращение вокруг оси ротора и возвратно-
поступательное движение относительно цилиндров. Последние своими каналами 5 и 6 поочередно
соединяются с приемной полостью 7 насоса, когда поршни отходят от центра распределительного вала,
всасывая жидкость в освобождаемый объем, и с отдающей полостью 8, когда поршни возвращаются к
центру вала, вытесняя жидкость в на­порную   магистраль.
Радиально - плунжерные (поршневые) гидромоторы по конструкции сходны с радиально -
плунжерными (поршневыми) насосами. Упрощенная схема одного из типов радиально-поршневого
гидромотора приведена на рисунке 8.

В отличие от насоса, внут­ренняя поверхность статора (корпуса) 1 не гладкая, а профилирована в виде
выступов и впадин. Поршни 3 ротора 2 опираются на статор, через промежуточное звено - ролики 4,
закрепленные на поршнях посредством осей 5. Каждая камера через отверстия 6 в роторе поочередно
соединяется с каналами 7 подвода рабочей жидкости под давлением и каналами 8 отвода рабочей
жидкости.

Жидкость под давлением поступает в те рабочие камеры, поршни  которых в этот момент находятся на
участках скатывания.  Под действием давления рабочей жидкости поршни движутся к периферии ротора
и развивают усилие F, которое в точке контакта можно разложить на усилие N, номинальное к рабочему
профилю, и тангенциальное усилие Т, которое и создает крутящий момент, вращающий ротор
гидромотора, сидящий  на неподвижной цапфе 9.

Если гидромотор выполнить таким образом, чтобы ротор был неподвижным, то будет, вращаться его
статор. Чтобы произвести реверс вращения ротора, необходимо изменить направление подвода рабочей
жидкости под давлением к гидромотору.
                               1.1.7.   Силовые гидравлические цилиндры

Силовые гидравлические цилиндры (гидроцилиндры) являют­ся гидравлическими двигателями
объемного действия, в которых ведомое звено совершает возвратно-поступательное движение огра­
ниченной величины. В качестве ведомого звена в силовом гидро­цилиндре может быть шток (плунжер)
при неподвижном цилиндре или цилиндр при неподвижном штоке (плунжере).
Силовые гидроцилиндры по конструкции ведомого звена делят на поршневые и плунжерные.
По характеру движения силовые гидроцилиндры подразделяют на гидроцилиндры двух- и
одностороннего действия.

Схема гидроцилиндра одностороннего действия приведена на рисунке 9.
При подаче рабочей жидкости через штуцер 1 в поршневую полость 2, поршень 3 выдвигается.
Штоковая полость 4 при этом не заполнена рабочей жидкостью. Возвращение поршня 3 производится
за счет действия пружины 5 или внешних сил 6, которые приложены к штоку 7.
1.1.4.    Плунжерные (поршневые) эксцентриковые насосы

Плунжерный насос состоит из плунжера 1 (поршень у которого диаметр меньше длины),
помещенного в цилиндр 2, и двух клапанов - всасывающего 3 и нагнетательного 4. При вращении
вала 5 плунжер посредством эксцентрика 6 и пружины 7 совершает возвратно-поступательные
движения. При увеличении рабочего объема 8 открывается всасывающий клапан, закрывается
нагнетательный клапан и рабочая жидкость из резервуара 9 поступает в цилиндр. При уменьшении
рабочего объема открывается нагнетательный клапан закрывается всасывающий клапан и рабочая
жидкость нагнетается под давлением в напорную магистраль 10.
Радиально-поршневые гидромоторы имеют более высокие значения вращающего момента по сравнению с пластинчатыми гидромоторами и больший диапазон регулирования скорости. Они применяются для привода низкоскоростных исполнительных механизмов, когда требуется высокое значение крутящего момента и регулирование скорости в широких пределах.
Силовые гидроцилиндры одностороннего действия могут быть поршневые (рис.9.), плунжерные и телескопические.
Схема плунжерного гидроцилиндра одностороннего действия приведена на рисунке 10. В качестве силового элемента в гидроцилиндре используется плунжер 1, заключенный в цилиндре 2.