Структурное описание произвольных гидросхем

Анализ различных гидросистем, применяемых в различных мобильных машинах (автомобилях, дорожных, строительных, землеройно-транспортных машинах, тракторах, тягачах и др.), показывает, что существует конечный набор базовых гидроэлементов, с помощью которых можно синтезировать практически любую схему гидропривода. К этим элементам относятся:
насос, гидромотор, гидроцилиндр, клапаны прямого и непрямого действия, дроссель (местное сопротивление), трубопровод (в том числе, тупиковый участок трубопровода или полость), тройник (делитель или сумматор потоков), регулятор мощности, гидроаккумулятор, гидрозамок, дизельный двигатель с центробежным регулятором, колесный движитель.
Статический расчет любой гидросхемы сводится к определению низвестных давлений, расходов (подач), скоростей и положений подвижных частей в точках соединения гидроэлементов – узлах схемы. При этом один и тот же узел может быть одновременно выходом одного элемента и входом другого.
Любую гидросхему можно рассматривать как совокупность составляющих ее элементов и узлов – точек соединения этих элементов. Каждый элемент гидросхемы можно представить в виде трехузлового элемента с узлами i (вход), j (выход) и k (управление или преобразование энергии), связывающими его с другими элементами схемы.
При стационарном режиме работы гидросистемы золотники гидрораспределителей занимают фиксированные положения, соответствующие их определенным рабочим позициям, поэтому золотник рассматривается как совокупность местных сопротивлений (дросселей) соответственно занимаемой им позиции.
Аналогичное замечание справедливо и по отношению к линейным динамическим звеньям систем автоматического регулирования (САР).

Рис. 1. Базовые гидроэлементы и их узлы
а – насос, б – гидромотор, в – гидроцилиндр, г – гидроаккумулятор, д – клапан прямого действия, е – клапан непрямого действия, ж – трубопровод, з –тупиковый трубопровод (полость), и – дроссель (местное сопротивление), к – тройник, л – регулятор мощности, м – дизель с центробежным регулятором, н – колесный движитель.

Вход и выход элемента определяются принятым направлением потока рабочей жидкости. При изменении направления потока меняется знак соответствующих параметров, характеризующих работу элемента (перепад давления, расход жидкости и т.д.). В соответствии с этим принята следующая классификация узлов базовых гидроэлементов. Здесь представлен и дизель как наиболее распространенный тип приводного двигателя в мобильных машинах.

Таблица 1. Классификация узлов базовых гидроэлементов

Согласно приведенной классификации каждый тип элемента получил специальное имя – идентификатор , позволяющий при формировании общей модели гидросистемы выбрать в библиотеке математических моделей гидроэлементов нужную группу уравнений, а именно: математическую модель элемента данного типа. Были выбраны следующие идентификаторы базовых гидроэлементов: НАСОС (насос), МОТОР (гидромотор), ЦИЛИНДР (гидроцилиндр), ТРУБА (трубопровод), КЛАПАН (клапан прямого действия) и т.д.
В соответствии с введенной идентификацией каждый элемент e гидросхемы относится к определенному типу с соответствующими ему узлами i , j , k . Тогда структура любой гидросхемы после нумерации всех ее узлов описывается следующей матрицей S :

S = ,          (1)

где – элементы гидросхемы, N – их количество.
Идентификатор определяет соответствующую элементу математическую модель, а номера узлов служат для индексации переменных и, как следствие, установления условий связи элементов друг с другом. Например, если выход элемента является в то же время входом элемента , то очевидно, что , и следовательно, переменные на выходе и на входе совпадают, т.е. имеет место соответствующее условие связи.

В результате такого описания структуры схемы из общей библиотеки математических моделей элементов будут выбраны именно те уравнения, которыми описываются элементы, входящие в схему, а индексация переменных, входящих в уравнения (условия связей), будет установлена на основании нумерации узлов элементов, указанных в матрице S .

Единственным элементом, выпадающим из общей концепции трехузлового элемента, является золотниковый гидрораспределитель, поскольку число примыкающих к нему узлов может быть больше трех. Поэтому в рамках статического расчета будем рассматривать золотниковый гидрораспределитель как группу местных сопротивлений – возможных соединений узлов золотника.

Таким образом, описание структуры (топологии) любой произвольной гидросхемы для проведения статических расчетов формализуется путем:
- нанесения на рабочую схему узлов – точек соединения элементов, и нумерации узлов;
- формирования структурной матрицы S на основе идентификации базовых элементов и нумерации их узлов в схеме.