є гідроагрегати (бак, фільтр, гідроакумулятор, гідроциліндр і ін.) чи окремі вузли (наприклад, вузол регулятора подачі насоса, золотниковий розподільник слідкуючого гідропідсилювача і ін.). Виходом такого блоку Si (Рисунок 2.1, а) є вектор Zі параметрів zij , що характеризують стан потоку робочої рідини на виході гідроагрегата чи стан вихідного елемента гідродвигуна. Складовими вектора Zі є тиск, витрата, температура робочої рідини, її забруднення і деякі інші параметри для джерел витрати й агрегатів гідророзподільної апаратури, а також положення, швидкість переміщення, кутова швидкість вихідної ланки, зусилля, що розвивається, крутний момент на вихідному штоку чи вихідному валу для гідродвигунів. Входами для блоку Sі являються вектор Xі впливів управління і вектор Yі параметрів, що характеризують стан потоку робочої рідини на вході в гідроагрегат. Для насосів і насосних станцій складовими вектора Yі є також параметри механічного чи електричного приводу (потужність, частота обертання та ін.), а для электрогідравлічних агрегатів - параметри електроживлення.
a) б)
Рисунок 2.1 – Розщеплення параметрів входу і виходу блока структурної схеми системи гідроприводу
Перехід від структурної схеми гідроприводу системи до функціонального здійснюється шляхом розщеплення входів і виходів блоків структурної схеми на складові (Рисунок 2.1, б), а, також розщеплення блоків Sі на блоки Sij і їхнього з'єднання у функціональні ланцюжки за параметрами розщеплення, в яких вихідний параметр zji блоку Sji є входом Yj(i+1) блоку Sj(i+1). Якщо при цьому зберігається структура побудови досліджуваної системи гідроприводу, то отриману схему будемо називати структурно-функціональною схемою гідравлічного приводу з розщепленими параметрами.
Основні особливості побудови структурно-функціональних схем гідравлічних приводів розглянемо на прикладі спрощеної схеми гідравлічного приводу, показаної на Рисунок 2.2, а, б. Робота гідросистеми приводу полягає в наступному. Робоча рідина з бака S1 самопливом чи під тиском рнад подається на вхід насоса S2 постійної подачі. Привід насоса здійснюється від двигуна внутрішнього згоряння, частота обертання якого nДВ залежить від режиму його роботи, в зв'язку з чим подача насоса також залежить від режиму роботи двигуна. Від насоса робоча рідина подається до регулятора тиску S3, керованого оператором за допомогою керуючого впливу Хрег. Регулятор підтримує в лінії нагнітання необхідний тиск ррег зливаючи надлишок робочої рідини в зливну магістраль. Робоча рідина під тиском ррег надходить на вхід золотникового розподільника S4, положення золотника якого залежить від сигналу управління Хзол. При переміщенні золотника відповідно до сигналу Хзол робоча рідина з лінії нагнітання, дроселюючись на напірній кромці золотника, попадає в одну з порожнин гідроциліндра S5. Інша порожнина гідроциліндра через зливну кромку золотника з'єднується зі зливною магістраллю. Вихідний шток гідроциліндра зв'язаний з органом керування S6 машини. Зусилля, що розвивається гідроциліндром, переборюючи зовнішнє навантаження на органі управління Rвн і сили тертя Rтр , переміщає орган управління S6. Робоча рідина в зливній магістралі, надходячи від регулятора тиску S3 і золотникового розподільника S5, проходить через фільтр S7 і надходить у бак S1.
Особливістю роботи золотникового розподільника S4 є наявність витоків робочої рідини в зливну магістраль, величина яких залежить від перепаду тиску ррег - рсл між нагнітаючою і зливною магістраллю системи. З метою спрощення побудови структурно-функціональної схеми з розщепленими параметрами для розглянутої системи гідроприводу в ній опущений ряд елементів, таких як запобіжний клапан, холодильник, фільтр тонкого очищення в напірній магістралі і деякі інші.
б)
Рисунок 2.2 – Схеми гідроприводу з насосом постійної подачі:
a - гідравлічна; б - структурна; 1 - бак; 2 - насос постійної подачі; 3 - регулятор тиску; 4 - золотниковий розподільник; 5 - гідроциліндр; б - орган керування машини; 7 - фільтр; 8 - зворотній клапан; Sі - і-й блок структурної схеми гідроприводу, що відповідає і-му елементу гідравлічної схеми
Структурно-функціональна схема розглянутого гідроприводу з розщепленими параметрами представлена на рисунку 2.3.
Рисунок 2.3 – Структурно - функціональна схема гідроприводу з розщепленими параметрами: - розщеплення блоку S на підблоки за параметрами Q, р, р, R, v, Qут, Hб
Розщеплення векторів вихідних параметрів блоків структурної схеми проводилося за наступними складовими: витрата робочої рідини Q, тиск р, перепад тиску на агрегаті р. При необхідності в число розщеплених складових можуть бути додані: температура робочої рідини t , її забруднення, пульсація тиску в лінії нагнітання і ряд інших параметрів, що характеризують стан потоку робочої рідини на виході з агрегату. Додатково в число розщеплених параметрів для гідробака S1 входить рівень рідини Нб в баці, кількість внутрішніх витоків Qут.зол для золотникового розподільника S4.
Розщепленими параметрами для виконавчого гідродвигуна (гідроциліндра S5) будуть наступні: тиск p1 і р2 у порожнинах гідроциліндра, витрати рідини, що надходить у напірну порожнину гідроциліндра Qн.ц і витісняємої зі зливної порожнини Qсл.ц, а також зусилля Rшт на вихідному штоку і швидкість його переміщення vшт. Вихідним параметром системи є швидкість переміщення v(t) керуючого органа S6, чи час його переміщення на повний робочий хід.
До зовнішніх впливів можна віднести наступні: тиск надуву гідробака рнад, зовнішнє навантаження Rвн і силу тертя Rтр органа управління, а також частоту обертання nДВ привідного вала гідронасоса. Керуючими зовнішніми впливами являються Хрег і Xзол.
При побудові структурно-функціональної схеми з розщепленими параметрами враховувалося, що перепад тиску на гідроагрегаті чи його елементі залежить від витрати робочої рідини через гідроагрегат і гідравлічний опір. При цьому зниженням тиску по довжині трубопроводів нехтуємо або враховуємо його при визначенні перепаду тиску на відповідному агрегаті.
Варто мати на увазі, що при зміні режиму роботи гідроприводу може