В гидроприводе путевых и дорожных машин для создания давления и получения вращательного движения применяются насосы и гидромоторы объемного действия: поршневые, шестеренные, винтовые, пластинчатые, радиальнопоршневые, аксиально-поршневые. Все они являются обратимыми машинами, т. е. могут работать как насосы и гидромоторы. В гидравлике применяются также центробежные и пропеллерные насосы и гидромоторы: активные и реактивные турбины, насосы земснарядов, раствор-насосы.
Насосы и моторы характеризуются рабочим давлением Р, рабочим объемом q и частотой вращения вала. Теоретическая подача насоса
QT=qn,
где q — рабочий объем машины;
п — частота вращения вала.
Реальные расход и подача меньше на величину потерь. Потери в объемных машинах складываются из механических (потери на трение), гидравлических и объемных. Объемные потери состоят из утечек внутри машины и потерь объема жидкости внутри машины вследствие сжимаемости жидкости. Существенное влияние на к. п. д. объемных машин оказывает вязкость жидкости. Для каждой машины существует оптимальная вязкость, при которой к. п. д. машины будет наивысшим.
Шестеренные насосы наиболее просты по конструкции, не столь чувствительны к загрязнению масла, имеют небольшие габариты и массу. Но их применение ограничено небольшой мощностью (до 50 кВт) и давлением (до 10 МПа). На транспорте и в дорожных машинах чаще всего применяются шестеренные насосы НШ-10, НШ-32 и НШ-46.
Рис. 11. Шестеренный насос
Шестеренный насос (рис. 11) состоит из крышки 1, корпуса 2, ведущей 3 и ведомой 4 шестерен. Если изменить вращение насоса на противоположное, жидкость будет двигаться в другую сторону.
Рис. 12. Орбитальный гидромотор
Рабочая жидкость у шестеренного гидромотора орбитального типа OMW-475 (рис. 12) подводится через отверстие А в корпусе мотора, далее через отверстие Б и канал В в распределителе 1 попадает на зубья ротора 4, который находится в планетарном зацеплении со статором 3. Под действием рабочей жидкости ротор 4 обегает зубья статора 3 и получает вращение. Вращение через валы 2 и 5 передается распределителю 1 и выходному валу 6.
Рис. 13. Пластинчатый насос однократного действия
Распределитель 1 перемещает полость давления, обеспечивая непрерывность вращения ротора. Рабочая жидкость через каналы Д и Г поступает на выход. Если подавать жидкость в канал Г, гидродвигатель будет вращаться в другую сторону. При этом выход жидкости будет осуществляться через канал А.
Винтовые моторы и насосы работают по типу шнека. Винт при вращении в трубе подает жидкость вдоль своей оси, и, наоборот, при подаче жидкости под давлением вдоль оси винта он начинает вращаться. Они не получили широкого распространения из-за сравнительно больших осевых размеров.
Пластинчатые насосы бывают однократного и многократного действия. Их применение рационально при большой подаче. Пластинчатый насос однократного действия (рис. 13) состоит из статора /, внутри которого эксцентрично вращается ротор 3; в пазах ротора радиально перемещаются лопатки 2. Всасывание происходит в полость А, а нагнетание — в полость Б.
Насосы многократного действия за один оборот ротора осуществляют несколько циклов нагнетания и всасывания. Сдвоенный насос двойного действия ТДС-038-11 (рис. 14) имеет две секции, которые работают как два самостоятельных насоса.
Рис. 14. Пластинчатый сдвоенный насос
В корпусе 12 закреплены два статора 3 и 7, имеющие овальные отверстия. Внутри них на общем валу 11 вращаются два ротора 4 и 8, имеющие по десять лопаток 13 каждый. Распределение потоков жидкости и уплотнение торцовых поверхностей лопаток производится распределительными дисками 2, 6, 9. Жидкость всасывается через каналы Б, Д и З, а нагнетается одним ротором через каналы Г и Ж в отверстие А, а другим — в отверстие В. Процесс всасывания и нагнетания осуществляется в полостях Е и И. Прижим лопаток 13 к внутренней поверхности статора происходит под действием центробежной силы, а также при помощи пружин 5.
Пружины 1 и 10 служат для торцового прижатия распределительных дисков и лопаток и тем самым создания осевого уплотнения.
Такую же конструкцию имеют насосы ТДС-038-14 и Т2Д-35. Первый отличается только размерами, а следовательно, и подачей малой секции, а второй имеет только одну секцию.
Радиальные роторно-поршневые насосы и моторы имеют относительно большие габариты и массу. Преимуществом моторов такого типа является возможность работы с малой частотой вращения и большими моментами на валу. В роторе 1 (рис. 15, а) размещаются радиально цилиндры, по которым перемещаются поршни 2. Перемещение поршней управляется выступами 4 на статоре 5 при помощи толкателей 3. Поршни осуществляют процесс всасывания при ходе в одну сторону и нагнетания при ходе в другую. Поршни 7 (рис. 15, б) могут размещаться и в статоре 6, а управление их перемещением осуществляется ротором 8.
Аксиальные роторно-поршневые насосы и гидромоторы имеют меньшие, чем радиальные, габариты и массу. В них поршни расположены по оси ротора, что позволяет уменьшить центробежные силы и давление на стенки корпуса и, следовательно, повысить их частоту вращения.
Рис. 15 Радиальный роторно-поршневой насос
Аксиальный роторно-поршневой мотор-насос типа МНА-Ф-160/200 (рис. 16) состоит из корпуса б, закрытого крышками 2 и 7. Внутри в подшипниках вращается вал 1 с ротором 5. В цилиндрах перемещается поршень 4, который связан с диском 3, расположенным под углом к оси вращения вала. Со стороны выхода вала мотор-насос закрыт крышкой с уплотнениями.
При его работе в качестве насоса жидкость подается в полость А и через проточки в роторе 5 попадает под поршень 4. При вращении вала с ротором поршень 4 перемещается и выдавливает масло в отверстие Б. У таких машин не менее пяти поршней. При работе машины в качестве мотора жидкость подается под давлением в полость Б и, отжимая поршень 4, заставляет ротор и вал вращаться. Отработавшая жидкость в этом случае сливается через полость А.
Гидроцилиндры.
Они применяются для создания возвратно-поступательного и возвратно-поворотного движения. Бывают моментные, телескопические с двусторонним или односторонним штоком, плунжерные, поршневые.
Моментные гидроцилиндры по конструкции аналогичны пластинчатым насосам, однако угол поворота штока у них менее 360 °. В связи со сложностью их изготовления и эксплуатации они не нашли широкого применения.
Секции 2 и 3 телескопического гидроцилиндра (рис. 17, а) являются одновременно цилиндром и штоком. Особенностью работы цилиндра является то, что при подаче жидкости в полость А секции 1 последовательно выдвигаются вторая секция, так как у нее наибольшая площадь, затем третья и четвертая 4. Такая конструкция позволяет получить большой ход штока, т. е. расстояние между полностью выдвинутым штоком и полностью вдвинутым.
Рис. 17. Гидроцилиндр
Плунжерный гидроцилиндр представляет собой одну секцию (четвертую) телескопического гидроцилиндра.
Поршневой гидроцилиндр разведения подбоек машины ВПР-1200 (рис. 17, б) состоит из корпуса 9, закрытого крышкой 6. Внутри перемещается шток 8 с поршнем 10. Гильза 7 служит для уменьшения трения штока о крышку 6 и уплотнения штоковой полости. Проушинами 5 и 11 цилиндр крепится к рабочему органу (подбойкам). Масло подается в отверстия А и Б. Когда одно из отверстий связано с напорной магистралью, другое соединено со сливом. При подаче давления в отверстие А поршень движется направо, при подаче в полость Б — налево.