На рисунке приведена схема радиально-поршневой гидромашины. Ротор 1 расположен эксцентрично относительно статора 2. В роторе просверлены радиальные цилиндрические отверстия (цилиндры). Поршни 3 при вращении ротора совершают в цилиндрах возвратно-поступательное движение, скользя своими сферическими головками по внутренней поверхности статора. Донышки цилиндров имеют сквозные радиальные отверстия, которые попеременно сообщаются то с верхним, то с нижним сегментными вырезами в распределительной цапфе 4.

Сегментные вырезы цапфы разделены перегородкой и образуют две камеры: при направлении вращения ротора по часовой стрелке верхний вырез образует всасывающую камеру, а нижний - нагнетательную. Поршни, которые в данный момент соединены с верхней камерой, двигаясь по направлению от оси вращения, создают в цилиндрах разрежение, что приводит к всасыванию жидкости. Вращаясь вместе с блоком эти цилиндры проходят уплотнительную перегородку и соединяются с нижней полостью. В этой области поршни, двигаясь по направлению к оси вращения, вытесняют жидкость в нижний сегментный вырез цапфы, т.е. в камеру нагнетания, находящуюся под высоким давлением. Таким образом, при непрерывном вращении ротора происходит подача жидкости из камеры всасывания в камеру нагнетания. При подаче жидкости под давлением в верхний вырез цапфы ротор начинает вращаться, а жидкость через нижний вырез отводится в сливную магистраль, т.е. радиально-поршневая машина работает в этом режиме как гидродвигатель.

Из схемы радиально-поршневых машин видно, что подача зависит от величины эксцентриситета е. В регулируемых насосах эксцентриситет можно изменять смещением статора в направляющих корпуса. При значении эксцентриситета равном нулю, поршни перестают двигаться в цилиндрах и подача насоса становится также равной нулю. При дальнейшем смещении статора, эксцентриситет становится отрицательным. Насос снова перекачивает жидкость, но направление подачи меняется на противоположное.

Средняя подача радиально-поршневого насоса рассчитывается по уравнению:

где d - диаметр поршня; h - ход поршня (h = 2e); е - эксцентриситет; z - число поршней; n - число оборотов ротора в единицу времени; h_o - объемный КПД.

Мгновенная подача Q_j радиально-поршневого многоцилиндрового насоса определяется суммарной мгновенной производительностью поршней, одновременно находящихся в полости нагнетания. Если общее число цилиндров равно z, а в полости нагнетания находится n+1 цилиндр, то мгновенная подача радиально-поршневого насоса определится по формуле:

где q_i - текущая подача i-го цилиндра, связанного с полостью нагнетания; w - угловая скорость.

Сопоставляя данную формулу с уравнением для расчета мгновенной подачи поршневых насосов,

где S - площадь поршня; r - радиус кривошипа; j - угол поворота кривошипа,

не трудно заметить, что радиально-поршневые насосы отличаются гораздо большей равномерностью подачи, т.к. жидкость одновременно подают несколько цилиндров, сдвинутых по фазе.

Экспериментально доказано, что радиально-поршневые машины с нечетным числом цилиндров имеют большую равномерность подачи, чем машины с четным числом цилиндров. Поэтому, как правило число поршней принимают равным 5, 7 и 9.

Крутящий момент радиально-поршневых гидродвигателей, так же как и подача насосов, изменяется в зависимости от угла поворота ротора в узких пределах, так как суммарный мгновенный момент М_j представляет собой сумму моментов, создаваемых (n+1) поршнем, связанным с полостью высокого давления.

где m_i - текущее значение момента, развиваемого одним поршнем.

На каждый поршень, который связан с полостью высокого давления, действует сила давления жидкости:

где р - давление в полости нагнетания; d - диаметр поршня.

Сила Р одинакова для всех поршней, связанных с полостью высокого давления. Ее можно разложить на составляющую N, нормальную к окружности статора, и на тангенциальную Т, перпендикулярную оси поршня. Нормальная составляющая (, где b - угол между силой N и осью поршня) прижимает сферические головки поршней к статору и определяет величину силы трения. Тангенциальная составляющая () на плече r, равном расстоянию от оси вращения ротора до точки контакта головки поршня со статором, создает крутящий момент на валу ротора машины. Текущее значение момента, создаваемого одним поршнем, равно

где

Значение sinb можно представить в виде

и при малом значении e/R=0,08¸0,09 можно считать cosb равным единице.

При этих условиях, мгновенное значение момента, развиваемого радиально-поршневым гидромотором определится как

Очевидно, что крутящий момент рассматриваемого гидродвигателя будет тем больше, чем больше эксцентриситет е. Изменяя эксцентриситет, можно регулировать крутящий момент без изменения давления подаваемой жидкости.

К недостаткам радиально поршневых насосов и гидромоторов следует отнести большой момент инерции ротора и тихоходность из-за больших расстояний до головок цилиндров.

Соединение радиально-поршневых насоса и гидромотора в одном агрегате, либо в виде отдельно расположенных на некотором расстоянии друг от друга, называют гидравлической передачей Луфе-Тома. Она позволяет на ходу непрерывно и в широких пределах изменять передаточное число и направление вращения приводимой машины при постоянном направлении вращения двигателя. Коэффициент полезного действия таких гидропередач достигает 80%.

Аксиально-поршневые гидромашины

На рисeyrt приведена схема аксиально-поршневой гидромашины с наклонным диском (шайбой), у которой блок 1 имеет цилиндрические отверстия (цилиндры), параллельные оси его вращения. Поршни 2, выталкиваемые из цилиндров пружинами, упираются своими сферическими головками в неподвижный диск 3.

При вращении блока упирающиеся в диск поршни совершают относительно цилиндров возвратно-поступательное движение. В крышке 4, к которой ротор плотно прилегает своим торцом, имеются две дугообразные канавки 5, разделенные уплотнительной перегородкой 6. Одна из канавок сообщается со всасывающей линией, а другая - с напорной. Во время вращения блока донные отверстия цилиндров, перемещаясь по дугообразным канавкам, соединяют полости цилиндров то с всасывающей линией, то с напорной. В момент, когда донное отверстие переходит перегородку 6, заполнившая данный цилиндр жидкость переносится из полости всасывания в полость нагнетания.

Если в аксиально-поршневую машину подавать жидкость под давлением во всасывающую полость и отводить через нагнетательную, то она будет работать как гидродвигатель вращательного движения.

Поскольку кинематическая схема аксиально-поршневой машины представляет собой инверсию схемы поршневой машины с кривошипно-шатунным механизмом, то формулы, относящиеся к определению основных параметров одноцилиндровых поршневых машин можно применять и для расчета аналогичных параметров аксиально-поршневых машин с учетом количества цилиндров и их расположения в блоке.