Конспект лекції з дисципліни «Технічне креслення». Тема _СХЕМИ: ВИДИ ТА ПРИЗНАЧЕННЯ

СХЕМИ: ВИДИ ТА ПРИЗНАЧЕННЯ

Конспект лекції з дисципліни «Технічне креслення»

Поняття схеми. Нормативна база. Класифікація схем за видами

1.1. Вступне слово

Ця тема має виключно велике практичне значення, оскільки жодне складне технічне виробництво, жодна складна машина, жодна автоматизована система не можуть бути спроектовані, виготовлені, налагоджені, відремонтовані чи експлуатовані без відповідної схемної документації. Якщо креслення дає нам уявлення про геометричну форму, розміри та взаємне розташування деталей у просторі, то схема розкриває зовсім інший бік технічного об'єкта — принцип його роботи, склад елементів і зв'язки між ними.

Уявіть собі два документи на один і той самий електродвигун із гальмівним пристроєм: креслення покаже точну форму корпусу, розміри валу, посадкові місця підшипників, шорсткість поверхонь — усе те, що потрібно токарю чи фрезерувальнику для виготовлення деталей. Схема ж на цей самий виріб покаже зовсім інше: як обмотки двигуна з'єднані між собою, куди підключається живлення, як спрацьовує гальмівний електромагніт при відключенні напруги, — тобто все те, що потрібно електромонтажнику чи наладчику для того, щоб зібрати електричну частину пристрою та змусити його правильно працювати. Обидва документи однаково важливі, але відповідають на принципово різні питання, і саме тому в конструкторській документації схема виділена в окремий, самостійний вид документів зі своєю власною системою правил.

Ми послідовно розглянемо: що таке схема і чим вона відрізняється від креслення; яка нормативна база регламентує виконання схем; яка існує класифікація схем за видами (тобто за фізичною природою процесів, що в них зображені); яка існує класифікація схем за призначенням (тобто за глибиною деталізації та функціональним призначенням документа); яким чином схеми кодуються (буквено-цифрове позначення); які правила застосовуються при виконанні схем — формати, умовні графічні позначення, лінії зв'язку, позиційні позначення елементів, перелік елементів схеми. Наприкінці заняття ми розберемо конкретні приклади оформлення різних типів схем із наочними ілюстраціями, що покажуть, як реально виглядають фрагменти схем різних видів.

Матеріал цієї лекції є базовим. Зауважимо також, що вміння правильно класифікувати й читати схеми є однією з ключових професійних компетентностей не лише конструктора, а й технолога, монтажника, наладчика та експлуатаційника — тобто практично будь-якого фахівця технічного профілю.

1.2. Поняття та визначення схеми

Схема — це конструкторський документ, на якому у вигляді умовних зображень або позначень показано складові частини виробу та зв'язки між ними. Таке визначення закріплено в державних стандартах Системи конструкторської документації (СКД), яка є основою і для вітчизняних стандартів (ДСТУ), що регламентують правила виконання конструкторської документації в Україні.

Важливо чітко розуміти принципову відмінність схеми від креслення:

- Креслення — документ, що містить зображення виробу (за допомогою прямокутних проєкцій, розрізів, перерізів, аксонометричних зображень) та інші дані, необхідні для його виготовлення і контролю. Креслення передає геометричну форму, розміри, точність виготовлення, шорсткість поверхонь, матеріал.

- Схема — документ, що передає не форму, а структуру, склад і принцип функціонування виробу. На схемі елементи зображуються не в реальному масштабі та не з реальною формою, а за допомогою умовних графічних позначень (УГП), розташування яких на полі документа підпорядковується не геометричній подібності до реального об'єкта, а зручності читання схеми, наочності показу зв'язків і послідовності процесів.

Простими словами: креслення відповідає на питання «Як це виглядає і які має розміри?», а схема відповідає на питання «З чого це складається, як влаштоване, за яким принципом працює і як з'єднані частини між собою?».

Схема, як і будь-який інший конструкторський документ, входить до складу конструкторської документації виробу і може використовуватися:

1. При проєктуванні виробу — для розробки й обґрунтування принципу дії, для розрахунків.

2. При виготовленні виробу — як документ для складання (з'єднання елементів, прокладання провідників, труб тощо).

3. При налагодженні та випробуванні виробу.

4. При експлуатації, обслуговуванні та ремонті виробу — для пошуку несправностей, розуміння взаємодії вузлів.

5. При навчанні — для пояснення принципу дії пристроїв.

6. При складанні технічної документації для замовника — інструкцій з експлуатації, паспортів виробів, у яких схема часто наводиться як обов'язковий додаток.

Слід також зауважити, що схема, на відміну від креслення, практично ніколи не використовується як самостійна підстава для безпосереднього виготовлення геометричної форми деталі — для цього завжди потрібне креслення. Проте без схеми неможливо правильно зібрати, з'єднати й налагодити готові деталі й вузли в єдиний працездатний виріб. Тому на практиці схема і креслення завжди доповнюють одне одного в межах повного комплекту конструкторської документації.

1.3. Нормативна база виконання схем

Правила виконання, оформлення та класифікація схем регламентуються стандартами Єдиної системи конструкторської документації. Базовим стандартом, що встановлює види та типи схем, їх позначення, є стандарт групи 2.701 (у вітчизняній практиці — відповідний ДСТУ, гармонізований з ГОСТ 2.701-84 «ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению»). Крім базового стандарту, для кожного виду схем існують окремі стандарти, що деталізують правила їх виконання, наприклад:

- стандарти на умовні графічні позначення в електричних схемах (елементи резисторів, конденсаторів, котушок, машин, апаратів тощо);

- стандарти на умовні графічні позначення в гідравлічних і пневматичних схемах (насоси, гідроциліндри, розподільники, клапани тощо);

- стандарти на умовні графічні позначення в кінематичних схемах (вали, підшипники, зубчасті передачі, муфти, гальма тощо);

- стандарти на правила виконання електричних схем різних типів;

- стандарти на буквено-цифрові позначення елементів в електричних колах.

Знання і послідовне застосування цих стандартів є обов'язковою умовою того, щоб схема, виконана одним фахівцем, могла бути однозначно й правильно прочитана іншим фахівцем — незалежно від підприємства, галузі чи країни (в межах системи стандартів, що гармонізовані між собою). Саме стандартизація умовних графічних позначень робить схему «міжнародною мовою» техніки: інженер, який ніколи не бачив конкретного пристрою, здатний зрозуміти принцип його дії лише за схемою, якщо ця схема виконана відповідно до стандарту.

Варто також зауважити, що з розвитком техніки й появою нових видів обладнання (наприклад, у галузі відновлюваної енергетики, робототехніки, мікроелектроніки) періодично переглядаються й доповнюються переліки умовних графічних позначень, проте загальна логіка класифікації схем за видами та типами, розглянута в цій лекції, залишається стабільною вже багато десятиліть, оскільки вона побудована на фундаментальних, а не на швидкозмінних технічних принципах.

1.4. Загальна структура класифікації схем

Кожна схема класифікується одночасно за двома незалежними ознаками:

Перша ознака — вид схеми. Вона визначається тим, елементи та зв'язки якої фізичної природи зображені на схемі (електричні кола, потоки рідини, потоки газу, механічні рухи тощо). Вид схеми позначається літерою.

Друга ознака — тип схеми (в багатьох підручниках вживається термін «схема за призначенням»). Вона визначається ступенем деталізації та функціональним призначенням документа (показати загальний склад, показати принцип дії в деталях, показати реальні з'єднання проводами тощо). Тип схеми позначається цифрою.

Повне позначення (шифр) схеми складається з поєднання літери (вид) і цифри (тип), наприклад: Е3 — електрична принципова схема, К2 — кінематична функціональна схема, Г4 — гідравлічна схема з'єднань. Такий підхід дозволяє за одним коротким позначенням одразу зрозуміти, про яку саме за змістом і глибиною деталізації схему йде мова, ще до того, як почати її читати.

Корисно провести аналогію із системою координат: вид схеми — це ніби «вісь Х», що показує, про яку фізичну галузь іде мова, а тип схеми — це «вісь Y», що показує ступінь деталізації. Перетин цих двох осей і дає нам конкретний, однозначно визначений документ. Наприклад, точка «електрична вісь + принциповий тип» дає нам документ Е3, а точка «кінематична вісь + принциповий тип» дає нам документ К3 — обидва вони «принципові» за глибиною деталізації, але описують абсолютно різні фізичні процеси.

У цій академічній годині ми детально розберемо першу ознаку класифікації — види схем. Другу ознаку — типи схем за призначенням — ми розглянемо в третій академічній годині.

1.5. Перелік видів схем

Згідно зі стандартом, залежно від видів елементів та зв'язків, що входять до складу виробу і відображені на схемі, встановлено такі основні види схем:

1. Електричні (позначаються літерою «Е»).

2. Гідравлічні (позначаються літерою «Г»).

3. Пневматичні (позначаються літерою «П»).

4. Газові (окрім пневматичних) — тобто схеми, що показують рух газів, відмінних від стисненого повітря, наприклад ацетилену, кисню, азоту тощо (позначаються літерою «Х»).

5. Кінематичні (позначаються літерою «К»).

6. Вакуумні (позначаються літерою «В»).

7. Оптичні (позначаються літерою «Л»).

8. Енергетичні (позначаються літерою «Р»).

9. Схеми поділу (розподілу) — так звані схеми ділення, що показують розподіл, наприклад, потоку матеріалу, речовини, енергії на складові частини (на практиці цей вид використовується рідше і в навчальних курсах розглядається побіжно).

10. Комбіновані — схеми, що поєднують елементи двох і більше видів, наприклад одночасно електричні та пневматичні елементи в одній схемі керування (позначаються літерою «С»).

Зауважимо, що ця класифікація побудована саме за фізичною природою робочого середовища або процесу: там, де рухається електричний струм — електрична схема; там, де рухається рідина під тиском — гідравлічна; де рухається газ (зокрема стиснене повітря) — пневматична чи газова; де передається механічний рух — кінематична; де поширюється світло — оптична; де мова йде про розріджений простір — вакуумна; де показуються енергетичні потоки в узагальненому вигляді (без деталізації до конкретного фізичного носія) — енергетична.

У наступному розділі детально розберемо кожен із цих видів окремо, з'ясувавши, що саме він показує, де застосовується та які елементи в ньому присутні.

Детальна характеристика кожного виду схем

2.1. Електричні схеми (Е)

Електричні схеми — найпоширеніший і найбільш розвинений вид схем, який показує склад електричних кіл виробу, їх елементи (джерела живлення, споживачі, комутаційні апарати, вимірювальні прилади, провідники) та зв'язки між ними (електричні кола, дроти, кабелі, шини).

Електричні схеми застосовуються практично в усіх галузях техніки: в енергетиці — для зображення схем електропостачання, розподільних пристроїв, ліній електропередач; у промисловій автоматиці — для зображення схем керування електроприводами, силовими установками, схем сигналізації, блокування, захисту; в електроніці та радіотехніці — для зображення принципових схем підсилювачів, генераторів, пристроїв обчислювальної техніки; у побутовій техніці — для зображення схем побутових приладів; у транспортній галузі — для зображення схем електрообладнання автомобілів, тепловозів, літаків.

На електричних схемах елементи зображуються за допомогою умовних графічних позначень, встановлених відповідними стандартами: резистор зображується прямокутником, конденсатор — двома паралельними лініями, котушка індуктивності — рядом напівкіл або прямокутником зі спеціальним позначенням, контакти реле — спеціальними символами розмикаючих і замикаючих контактів, обмотки електричних машин — колами з додатковими позначеннями. Лінії електричного зв'язку (провідники) зображуються суцільними тонкими лініями.

Нижче наведено приклад фрагмента електричної принципової схеми, що ілюструє поєднання кількох елементів (резисторів, транзистора, реле) з позиційними позначеннями:


Зверніть увагу на рисунку 2, як позиційні позначення (R1, R2, VT1, K1) розташовані безпосередньо поруч з умовним графічним позначенням відповідного елемента — саме так вони мають розташовуватися і на реальних навчальних та виробничих схемах.

2.2. Гідравлічні схеми (Г)

Гідравлічні схеми показують принцип дії гідравлічної системи (гідроприводу), склад її елементів (насоси, гідродвигуни, гідроциліндри, розподільники, клапани, фільтри, баки, трубопроводи) та зв'язки між ними за допомогою робочої рідини (найчастіше мінеральної оливи) під тиском.

Гідравлічні системи широко застосовуються в металорізальних верстатах (гідросупорти, гідрозатискні пристрої), у пресовому обладнанні (гідравлічні преси), у будівельній, дорожній та сільськогосподарській техніці (екскаватори, навантажувачі, комбайни), в авіаційній та автомобільній техніці (гідропідсилювачі керма, гальмівні системи), а також у станах металургійного виробництва, де гідропривод забезпечує величезні зусилля при відносно компактних розмірах виконавчих механізмів.

На гідравлічних схемах елементи (насоси, гідроциліндри, розподільники, клапани) зображуються умовними графічними позначеннями, встановленими відповідним стандартом; лінії гідравлічного зв'язку (трубопроводи, шланги) зображуються суцільними лініями, при цьому напрямок руху робочої рідини часто показується стрілками, а лінія зливу (повернення рідини в бак) традиційно показується окремо від напірної лінії, часто штриховою або тонкою лінією, для наочного розрізнення напрямків потоку.

Розглянемо приклад фрагмента гідравлічної принципової схеми:


На рисунку 4 показано типовий найпростіший гідравлічний контур: робоча рідина забирається насосом із бака, подається через розподільник до гідроциліндра, здійснюючи його переміщення, після чого відпрацьована рідина через лінію зливу повертається назад у бак. Саме за такою логікою («від бака — через насос і розподільник — до виконавчого органу — і назад у бак») будується переважна більшість гідравлічних принципових схем, незалежно від складності конкретної системи.

2.3. Пневматичні схеми (П)

Пневматичні схеми аналогічні за принципом побудови до гідравлічних, проте показують систему, у якій робочим тілом є стиснене повітря. Елементами пневматичних систем є компресори, пневмодвигуни, пневмоциліндри, пневморозподільники, клапани, фільтри-вологовідділювачі, ресивери (повітрозбірники), пневмолінії.

Пневматичні системи широко застосовуються там, де потрібна відносна простота, безпечність (відсутність ризику пожежі від витоку робочого тіла, на відміну від гідравлічної оливи) та достатньо високі швидкості спрацьовування виконавчих механізмів: у затискних та фіксуючих пристроях верстатних пристосувань, у пневматичних маніпуляторах, у системах керування на харчових і фармацевтичних виробництвах, у гальмівних системах великогабаритного транспорту, а також у пневматичному інструменті (пневматичні гайковерти, шурупокрути, відбійні молотки).

Принципова схожість умовних графічних позначень гідравлічних і пневматичних елементів (насос/компресор, циліндр, розподільник) пояснюється тим, що фізичний принцип дії обох систем однаковий — переміщення робочого середовища під тиском по трубопроводах для приведення в дію виконавчих механізмів; відмінність лише у стисливості робочого тіла (повітря стисливе, олива практично нестисливе), що позначається на динамічних характеристиках систем, але не на логіці побудови їхніх схем.

2.4. Газові схеми (Х)

Газові схеми — це схеми, що показують рух і перетворення газів, відмінних від стисненого повітря: кисню, ацетилену, пропану, азоту, аргону, природного газу тощо. Такі схеми застосовуються, наприклад, при проєктуванні систем газопостачання зварювальних постів, систем інертного газового захисту при зварюванні, систем газопостачання котелень і промислових печей. Елементами таких схем є газові балони, редуктори, вентилі, газопроводи, пальники, і саме через специфіку робочого середовища (вибухонебезпечність, токсичність деяких газів) до оформлення й до умовних позначень таких схем висуваються додаткові вимоги щодо чіткості маркування напрямку потоку та типу газу.

На газових схемах, крім умовних графічних позначень елементів, часто застосовується додаткове кольорове або буквене маркування трубопроводів відповідно до типу газу, що по них транспортується (це узгоджується з правилами промислової безпеки, які регламентують кольорове фарбування трубопроводів різного призначення на реальних об'єктах).

2.5. Кінематичні схеми (К)

Кінематичні схеми показують склад і взаємодію механізмів, що передають та перетворюють рух (обертальний, поступальний), а саме: вали, зубчасті колеса та зубчасті передачі (циліндричні, конічні, черв'ячні), пасові та ланцюгові передачі, підшипники, муфти (жорсткі, пружні, фрикційні), гальма, ходові гвинти, кулачкові механізми, важільні механізми.

Кінематичні схеми надзвичайно широко застосовуються при проєктуванні і вивченні металорізальних верстатів, редукторів, коробок передач, приводів різноманітних машин. Саме за кінематичною схемою верстата можна простежити весь шлях передачі руху від електродвигуна до робочого органу (наприклад, до шпинделя) і визначити, яким чином змінюється швидкість та напрямок обертання на кожному етапі передачі.

Елементи кінематичних схем зображуються умовними графічними позначеннями: вал — суцільною тонкою лінією, зубчасте колесо — спеціальним умовним позначенням, що показує ділильне коло (штрихпунктирною лінією) та зовнішній контур зубчастого вінця, підшипник — умовним позначенням у вигляді прямокутника або спеціального символу залежно від типу підшипника, муфта — умовним позначенням залежно від типу муфти, шків пасової передачі — контуром у вигляді видовженого еліпса або трапеції з позначенням канавки під пас.

Розглянемо приклад фрагмента кінематичної схеми:


На рисунку 3 показано типовий ланцюг передачі руху: від електродвигуна М1 обертання передається через пасову передачу на проміжний вал, а далі — через зубчасту передачу (шестерня z1 і колесо z2) на вихідний вал. Саме за такою схемою читач одразу бачить, скільки ступенів передачі руху міститься в приводі, який тип передачі застосовано на кожному з них, і, за наявності числових даних про кількість зубців (z1, z2) або діаметри шківів, може розрахувати загальне передавальне відношення всього приводу.

2.6. Вакуумні схеми (В)

Вакуумні схеми показують склад і взаємодію елементів вакуумних систем: вакуумних насосів (форвакуумних, дифузійних, турбомолекулярних), вакуумних клапанів, вакуумпроводів, ємностей (вакуумних камер), приладів для вимірювання вакууму (вакуумметрів), пасток, фільтрів. Такі схеми застосовуються при проєктуванні установок для нанесення тонких плівок, електронно-променевого зварювання, вакуумної металізації, наукового вакуумного обладнання, а також в електровакуумній промисловості (виробництво електронних ламп, кінескопів, деяких типів світлодіодних і рентгенівських приладів).

Особливістю вакуумних схем є те, що на них часто вказують не лише склад обладнання й напрямок відкачки, а й послідовність ступенів розрідження (форвакуум, високий вакуум, надвисокий вакуум), оскільки різні ступені розрідження досягаються різними типами насосів, увімкненими послідовно.

2.7. Оптичні схеми (Л)

Оптичні схеми показують шлях проходження світлового променя через оптичну систему та склад оптичних елементів: лінз, дзеркал, призм, світлофільтрів, діафрагм, джерел світла, приймачів випромінювання (фотоелементів, матриць). Оптичні схеми застосовуються при проєктуванні оптичних приладів (мікроскопів, телескопів, фотоапаратів, проєкторів, лазерних систем, оптичних систем вимірювальних приладів).

На оптичній схемі, на відміну від більшості інших видів, часто зберігається певна відповідність реальному розташуванню елементів уздовж оптичної осі та реальному ходу променів, оскільки саме траєкторія променя є головним предметом зображення; у деяких випадках оптичні схеми навіть частково масштабуються за відстанями між елементами, якщо це необхідно для розуміння оптичної системи (наприклад, для показу фокусних відстаней).

2.8. Енергетичні схеми (Р)

Енергетичні схеми показують склад енергетичної установки та потоки енергії різних видів (механічної, теплової, електричної) між її елементами: наприклад, схема руху енергії від парового котла через турбіну до електрогенератора на тепловій електростанції, або схема енергетичних потоків комбінованої енергетичної установки (наприклад, когенераційної установки, що одночасно виробляє електричну й теплову енергію). Такі схеми часто виконуються в узагальненому вигляді, ближчому до структурних схем, оскільки їх головна мета — показати баланс і напрямки перетворення енергії, а не деталізувати конструкцію кожного окремого агрегату.

2.9. Комбіновані схеми (С)

Комбінована схема — це схема, яка одночасно містить елементи двох або більше видів схем, наприклад електричні та гідравлічні елементи в одній схемі системи керування гідроприводом верстата за допомогою електромагнітних розподільників, або електричні та пневматичні елементи в схемі керування пневмоавтоматикою. Такі схеми доцільно застосовувати, коли роздільне зображення кожного виду призвело б до втрати наочності загального принципу взаємодії різних підсистем, тоді як об'єднання їх на одному аркуші дає цілісну картину роботи всієї установки. Прикладом типової комбінованої схеми є схема автоматичної лінії, де в одному документі показані і пневмоциліндри виконавчих механізмів, і електричні датчики та реле, що керують спрацьовуванням цих циліндрів.

2.10. Порівняльна таблиця видів схем

Для узагальнення розглянутого матеріалу наведемо стислу порівняльну таблицю, яку доцільно продиктувати студентам для запису в конспект:

| Вид схеми | Літера | Робоче середовище / процес | Типові елементи |

|||||

| Електрична | Е | Електричний струм | Резистори, конденсатори, реле, машини |

| Гідравлічна | Г | Рідина під тиском | Насоси, гідроциліндри, розподільники |

| Пневматична | П | Стиснене повітря | Компресори, пневмоциліндри, клапани |

| Газова | Х | Інші гази (кисень, ацетилен тощо) | Балони, редуктори, пальники |

| Кінематична | К | Механічний рух | Вали, зубчасті колеса, муфти, підшипники |

| Вакуумна | В | Розріджений простір | Вакуумні насоси, камери, клапани |

| Оптична | Л | Світловий промінь | Лінзи, дзеркала, призми, діафрагми |

| Енергетична | Р | Потоки енергії | Котли, турбіни, генератори |

| Комбінована | С | Два й більше середовищ одночасно | Поєднання елементів різних видів |

2.11. Підсумок за видами схем

Отже, вид схеми відповідає на питання: «Яка фізична природа процесів показана на цій схемі?». Ми розглянули дев'ять основних видів: електричні, гідравлічні, пневматичні, газові, кінематичні, вакуумні, оптичні, енергетичні та комбіновані. Кожен вид має власний буквений код, власний набір умовних графічних позначень, встановлений відповідними стандартами, і власну сферу застосування, обумовлену фізичною природою процесів, що відбуваються в реальному об'єкті.

У наступній академічній годині ми перейдемо до другої ознаки класифікації — типів схем за призначенням, яка є незалежною від виду й застосовується однаково до будь-якого з розглянутих видів схем.

Класифікація схем за призначенням. Кодування схем

3.1. Загальний принцип поділу схем за призначенням

Якщо вид схеми показує, яка фізична природа процесів на ній зображена, то тип схеми за призначенням показує, наскільки детально і з якою метою ця схема виконана. Один і той самий виріб може мати цілий комплект схем одного виду (наприклад, електричних), але різного призначення: одна схема покаже лише загальний склад установки декількома великими блоками, інша — покаже принцип роботи з усіма деталями електричних кіл, а третя — покаже, який саме провід куди підключений при реальному монтажі.

Відповідно до стандарту встановлено вісім основних типів схем за призначенням, кожному з яких відповідає цифровий код від 0 до 7:

1. Структурна (код 1).

2. Функціональна (код 2).

3. Принципова (повна) (код 3).

4. Схема з'єднань (монтажна) (код 4).

5. Схема підключення (код 5).

6. Загальна (код 6).

7. Схема розташування (код 7).

8. Об'єднана (код 0) — схема, що поєднує в одному документі кілька типів схем одночасно.

Розглянемо детально кожен із цих типів.

3.2. Структурна схема (код 1)

Структурна схема — це схема, що визначає основні функціональні частини виробу (пристрою, установки, системи), їх призначення та взаємозв'язки в найзагальнішому вигляді, без деталізації принципу дії кожної частини. На структурній схемі кожна функціональна частина зображується у вигляді прямокутника (блока) з відповідним написом (назвою) всередині, а зв'язки між блоками показуються лініями, часто зі стрілками, що вказують напрямок передачі сигналу, енергії чи речовини.

Призначення структурної схеми — дати найзагальніше, «оглядове» уявлення про склад і принцип побудови виробу, без заглиблення у деталі. Структурна схема зазвичай є першим документом, який розробляється на етапі ескізного проєктування, і саме з неї починається знайомство з будь-яким складним технічним об'єктом.

3.3. Функціональна схема (код 2)

Функціональна схема роз'яснює певні процеси, що відбуваються в окремих функціональних колах виробу (в установці загалом або в її частинах), і використовується для пояснення процесів, що відбуваються у виробі. Функціональна схема деталізує структурну схему: замість узагальнених блоків показуються вже конкретні функціональні вузли з поясненням їх взаємодії, проте ще без повної деталізації до рівня окремих елементарних деталей (резисторів, конденсаторів тощо).

Призначення функціональної схеми — пояснити, яким чином здійснюється той чи інший процес (наприклад, процес регулювання, процес автоматичного керування) у виробі, показати логіку взаємодії функціональних вузлів. Продовжуючи наш наскрізний приклад: якщо на структурній схемі блок «Блок керування» був одним прямокутником, то на функціональній схемі цей самий блок буде розкритий вже на кілька функціональних вузлів — «Підсилювач сигналу датчика», «Порогова схема порівняння», «Підсилювач потужності», «Вихідне реле», з'єднаних стрілками, що показують послідовність проходження й перетворення сигналу від входу до виходу.

Функціональна схема часто застосовується для пояснення принципу автоматичного регулювання, наприклад, у системах автоматики: показуються такі функціональні вузли, як задавальний елемент, елемент порівняння, підсилювач, виконавчий механізм, об'єкт регулювання, датчик зворотного зв'язку, з поясненням послідовності проходження сигналу.

3.4. Принципова (повна) схема (код 3)

Принципова схема — найдетальніший і найважливіший тип схеми, що визначає повний склад елементів виробу та зв'язки між ними, і дає детальне уявлення про принцип роботи виробу. Саме принципова схема є основою для розробки інших конструкторських документів, зокрема креслень і схем з'єднань, а також є основою для проведення розрахунків електричних кіл, кінематичних передач, гідравлічних і пневматичних систем.

На принциповій схемі показуються всі без винятку елементи, необхідні для розуміння взаємодії частин виробу (усі резистори, конденсатори, транзистори, реле, контакти в електричній схемі; усі зубчасті колеса, вали, підшипники в кінематичній схемі; усі насоси, клапани, розподільники в гідравлічній схемі), при цьому кожен елемент отримує позиційне позначення (буквено-цифровий код), а поруч зі схемою наводиться перелік елементів із зазначенням їх повних технічних характеристик (номінальні значення, типи, марки).

Продовжуючи наш наскрізний приклад: саме на рисунку 2 (фрагмент електричної принципової схеми, розглянутий у другій академічній годині) ми бачимо подальшу деталізацію функціонального вузла «Підсилювач сигналу датчика» до рівня конкретних елементів — резистора-фоторезистора R1, резистора R2, транзистора VT1 і реле K1, кожен із яких має власне позиційне позначення.

Принципова схема є найпоширенішим і найбільш вживаним у практиці типом схеми, оскільки саме за нею фахівець вивчає принцип дії пристрою, здійснює налагодження, пошук та усунення несправностей.

3.5. Схема з'єднань, або монтажна схема (код 4)

Схема з'єднань (в практиці часто називається монтажною схемою) показує з'єднання складових частин виробу та визначає проводи, джгути, кабелі або трубопроводи, якими здійснюються ці з'єднання, а також місця їх приєднання і введення (клеми, роз'єми, штирі, затискачі). На відміну від принципової схеми, яка показує ідеалізовану, «логічну» картину електричного кола незалежно від реального конструктивного розташування елементів, схема з'єднань показує, як реально прокладені проводи чи труби між реальними, конструктивно розташованими вузлами, панелями, шафами.

Схема з'єднань є основним документом для виконання монтажних робіт: саме за нею монтажник визначає, який провід від якого затискача одного апарата йде до якого затискача іншого апарата. На схемі з'єднань елементи зображуються здебільшого спрощено (прямокутниками з позначенням затискачів), а основна увага приділяється правильному й повному відображенню усіх фізичних з'єднувальних ліній (проводів, кабелів, джгутів) із зазначенням їх маркування, перерізу, кольору (для проводів), довжини (за потреби).

3.6. Схема підключення (код 5)

Схема підключення показує зовнішні підключення виробу — тобто те, яким чином даний виріб (як єдине ціле, як «чорна скринька») підключається до зовнішніх пристроїв, ліній живлення, комунікацій. Схема підключення не розкриває внутрішньої будови виробу, а показує лише його зовнішні вхідні та вихідні контакти, клеми, штуцери, роз'єми та порядок їх підключення до зовнішньої мережі чи до суміжного обладнання.

Такий тип схеми зручний для персоналу, який здійснює підключення готового виробу (наприклад, готового електродвигуна, готового шафи керування, готового насосного агрегату) до існуючої мережі чи до іншого обладнання, і якому немає потреби знати внутрішній устрій виробу — важливо лише правильно з'єднати зовнішні виводи.

3.7. Загальна схема (код 6)

Загальна схема визначає складові частини комплексу (тобто виробу, що складається з двох і більше самостійних виробів, кожен з яких може мати власну документацію) та з'єднання їх між собою на місці експлуатації. Загальна схема застосовується для складних комплексів, що складаються з окремих агрегатів, шаф, пультів, пристроїв, розташованих у різних місцях, і показує, як ці окремі самостійні вироби з'єднуються між собою в єдиний комплекс.

3.8. Схема розташування (код 7)

Схема розташування визначає відносне розташування складових частин виробу, а за необхідності — також провідників, джгутів, проводів, кабелів, трубопроводів тощо. Схема розташування, на відміну від інших типів схем, максимально наближена до реального просторового (топографічного) розташування елементів: наприклад, схема розташування апаратів у шафі керування покаже реальне розташування кожного апарата на монтажній панелі, наближене до масштабу, а схема розташування обладнання цеху покаже реальне розташування верстатів, шаф, пультів на плані приміщення.

Такий тип схеми застосовується там, де важливо не лише знати склад і зв'язки елементів, а й фізично знайти конкретний елемент у реальному просторі — наприклад, при обслуговуванні, ремонті чи модернізації обладнання.

3.9. Об'єднана схема (код 0)

Об'єднана схема — це схема, у якій в одному документі поєднуються ознаки двох і більше типів схем одночасно, наприклад одночасно принципова схема та схема з'єднань. Такий підхід застосовується для відносно нескладних виробів, коли розробка окремих документів для кожного типу схеми є економічно недоцільною, і достатньо одного документа, що поєднує потрібну інформацію.

3.10. Кодування (позначення) схем

Як вже було зазначено на початку лекції, повне позначення (шифр) конкретної схеми утворюється поєднанням літери виду схеми та цифри типу схеми за призначенням. Наведемо приклади найбільш уживаних у практиці шифрів:

- Е1 — електрична структурна схема;

- Е2 — електрична функціональна схема;

- Е3 — електрична принципова (повна) схема — найбільш уживаний у виробничій практиці документ;

- Е4 — електрична схема з'єднань (монтажна);

- Е5 — електрична схема підключення;

- Е6 — електрична загальна схема;

- Е7 — електрична схема розташування;

- К3 — кінематична принципова схема — найбільш уживаний тип кінематичної схеми, за яким вивчається будова верстатів і машин;

- Г3 — гідравлічна принципова схема;

- П3 — пневматична принципова схема.

Зверніть увагу, що не для кожного виду схем однаково часто застосовуються всі вісім типів за призначенням: наприклад, для кінематичних схем на практиці найчастіше застосовується саме принципова схема (К3), тоді як для електричних схем широко застосовуються практично всі типи — від структурної до схеми розташування, оскільки складність сучасних електротехнічних та електронних виробів вимагає повного комплекту документації різного ступеня деталізації.

Позначення виду та типу схеми зазначається в основному написі (штампі) креслення, а також входить до складу позначення документа (коду) відповідно до прийнятої на підприємстві системи позначень конструкторської документації. Наприклад, у позначенні документа виду «АБВГ.123456.789 Е3» частина «Е3» однозначно вказує будь-якому фахівцю, ще до відкриття самого документа, що перед ним — електрична принципова схема, а решта коду ідентифікує конкретний виріб і конкретний документ у межах системи позначень підприємства.

3.11. Узагальнена таблиця типів схем за призначенням

Наведемо узагальнену таблицю для запису студентами:

| Тип схеми | Код | Головне призначення |

||||

| Структурна | 1 | Загальний склад і зв'язки блоків |

| Функціональна | 2 | Пояснення процесів у функціональних вузлах |

| Принципова | 3 | Повний склад елементів і принцип дії |

| З'єднань (монтажна) | 4 | Реальні проводи/труби між вузлами |

| Підключення | 5 | Зовнішні виводи виробу |

| Загальна | 6 | Склад комплексу з кількох виробів |

| Розташування | 7 | Реальне просторове розміщення елементів |

| Об'єднана | 0 | Поєднання кількох типів в одному документі |

Правила виконання схем. Умовні позначення. Приклади. Підсумки

4.1. Загальні вимоги до виконання схем

Схеми виконуються без дотримання масштабу, тобто дійсне просторове розташування елементів виробу не враховується або враховується частково (за винятком схем розташування, як зазначалося раніше). Кількість зображень (видів, розрізів), необхідних для повного уявлення про виріб, у схемі не встановлюється так, як у кресленні — схема, як правило, виконується на одному аркуші у вигляді одного зображення.

Формат аркуша для виконання схеми обирається відповідно до встановленого ряду форматів (А4, А3, А2, А1, А0) залежно від складності виробу та кількості елементів, які необхідно розмістити на полі схеми, з дотриманням вимоги щодо зручності читання й компактності зображення. Основний напис (штамп) розташовується так само, як і на кресленнях, у правому нижньому куті аркуша.

Схема повинна читатися зверху вниз і зліва направо, за напрямком проходження сигналу, енергії чи потоку речовини — саме такий порядок читання прийнято за замовчуванням у більшості випадків, якщо інше не обумовлено спеціально (наприклад, стрілками зворотного зв'язку).

4.2. Умовні графічні позначення (УГП)

Елементи, вироби та з'єднання на схемах зображуються у вигляді умовних графічних позначень, встановлених відповідними стандартами для кожного виду схем. Умовне графічне позначення — це стандартизований символ, що не відображає реальну зовнішню форму елемента, а лише узагальнено вказує на його функцію та тип. Наприклад:

- у електричних схемах прямокутник із двома виводами позначає резистор, дві паралельні риски — конденсатор, стрілка всередині кола зі спеціальним позначенням — діод;

- у кінематичних схемах пряма лінія позначає вал, коло зі спицями — зубчасте колесо, спеціальний символ у вигляді двох з'єднаних півкіл — муфту;

- у гідравлічних та пневматичних схемах коло зі стрілкою всередині позначає насос або гідро-(пневмо-)двигун, прямокутник з поділками — розподільник.

Розміри умовних графічних позначень, як правило, теж стандартизовані (встановлюється базовий розмір і допустимі похідні розміри), проте, за необхідності, і за умови збереження пропорцій, допускається пропорційне збільшення розмірів усіх позначень на одній схемі для покращення читабельності на аркушах великого формату.

Якщо стандартне умовне графічне позначення для якогось нового або специфічного елемента відсутнє, допускається застосування нестандартизованого позначення за умови, що на полі схеми (або в поясненнях до неї) наводиться розшифровка цього позначення.

4.3. Лінії зв'язку

Лінії зв'язку на схемах (лінії, що показують електричні кола, механічні зв'язки, потоки рідини чи газу) виконуються, як правило, суцільними тонкими лініями завтовшки, встановленою відповідним стандартом (типово в межах 0,2–1,0 мм залежно від складності та формату схеми, при цьому лінії зв'язку зазвичай тонші за лінії умовних графічних позначень елементів або рівні їм за товщиною, залежно від прийнятого на кресленні співвідношення).

Лінії зв'язку рекомендується виконувати мінімальної довжини, з мінімальною кількістю зламів і перетинів, розташовувати паралельно лініям рамки схеми (переважно горизонтально та вертикально), і лише в окремих випадках — під кутом 45 градусів. При неминучому перетині двох ліній зв'язку, що електрично (гідравлічно, кінематично) не з'єднані між собою, точка перетину не позначається жодним символом (лінії просто перетинаються без розриву). Якщо ж лінії з'єднуються (тобто в даній точці є електричний чи інший фізичний контакт), місце з'єднання позначається жирною точкою.

У складних схемах, де кількість перетинів ліній надмірно велика й ускладнює читання, допускається переривати лінію зв'язку і позначати місце розриву однаковими літерно-цифровими позначками з обох кінців (так звані «розриви ліній з посиланням»), що дозволяє уявно «продовжити» лінію в потрібну точку схеми без фізичного її прокреслення через усе поле аркуша.

4.4. Позиційні позначення елементів

Кожному елементу, зображеному на принциповій схемі, присвоюється позиційне позначення (позиційний номер), що складається з літерного коду виду елемента (наприклад, R — резистор, C — конденсатор, VT — транзистор, M — електродвигун, K — реле в електричних схемах) та порядкового номера в межах елементів даного виду на даній схемі (наприклад, R1, R2, R3; C1, C2; VT1, VT2). Позиційні позначення проставляються поруч з умовним графічним позначенням елемента, як правило, з правого боку від нього або над ним, і мають бути виконані шрифтом, встановленим для написів на кресленнях.

Позиційне позначення елемента на схемі повинно точно відповідати позиційному позначенню того самого елемента в переліку елементів (специфікації елементів схеми), а також, за наявності, у переліку елементів на кресленні друкованої плати, у специфікації виробу тощо. Це забезпечує однозначний, наскрізний зв'язок між усім комплектом документації на виріб.

4.5. Перелік елементів схеми

Принципові схеми, як правило, супроводжуються переліком елементів — окремою таблицею (яка може розташовуватися або безпосередньо на полі того самого аркуша над основним написом, або оформлятися окремим документом на аркушах формату А4), що містить повний список усіх елементів, зображених на схемі, із зазначенням для кожного з них: позиційного позначення, найменування та типу елемента (з посиланням на відповідний стандарт чи технічні умови, якщо такий є), кількості однакових елементів, а за потреби — примітки (наприклад, номінальне значення опору резистора чи ємності конденсатора).

Перелік елементів заповнюється зверху вниз, елементи в ньому групуються за видами (спочатку всі резистори за зростанням номерів, потім усі конденсатори тощо) або в порядку розташування на схемі, залежно від прийнятої на підприємстві практики та зручності подальшого користування документом.

4.6. Приклад комплексного розбору: повний наскрізний приклад

Зведемо тепер разом усі приклади, розглянуті протягом лекції, в один наскрізний приклад логіки побудови документації на умовний нескладний пристрій — автоматичний пристрій керування освітленням за сигналом фотодатчика.

Спочатку розробляється структурна схема (Е1), яка покаже всього три блоки: «Фотодатчик», «Блок керування», «Освітлювальне навантаження», з'єднані стрілками в напрямку проходження сигналу.

Далі, за потреби детальнішого пояснення принципу дії, розробляється функціональна схема (Е2), яка деталізує блок «Блок керування» на функціональні вузли: підсилювач сигналу датчика, порогову схему порівняння, підсилювач потужності, вихідне реле, з поясненням логіки їх взаємодії — при зниженні освітленості нижче встановленого порогу сигнал з датчика, підсилений і порівняний з опорним рівнем, вмикає вихідне реле, яке подає живлення на освітлювальне навантаження.

Потім розробляється принципова електрична схема (Е3), на якій зображуються вже конкретні деталі: фоторезистор R1, резистор R2, транзистор VT1 підсилювача, реле K1 — усі елементи з позиційними позначеннями та повним переліком елементів із зазначенням номіналів і типів (наведеним у пункті 4.5).

Після цього, коли пристрій виготовляється як реальний фізичний виріб, розробляється схема з'єднань (Е4), що показує, які реальні проводи з'єднують клеми фотодатчика, плати підсилювача та клемної колодки навантаження, з указанням маркування та перерізу цих проводів.

Якщо пристрій постачається як готовий блок для підключення замовником до існуючої мережі освітлення, додатково розробляється схема підключення (Е5), яка покаже лише зовнішні клеми пристрою (вхід живлення, вихід на навантаження, вхід датчика) без розкриття внутрішньої будови.

Цей наскрізний приклад демонструє, як для одного і того самого виробу може бути розроблений цілий комплект схем різного призначення (при цьому одного виду — електричні), кожна з яких вирішує власне, чітко визначене завдання: від найзагальнішого ознайомлення з принципом дії до детального опису монтажу та зовнішнього підключення. Аналогічну логіку побудови комплекту документації студенти можуть застосувати й до інших видів схем — наприклад, до кінематичної схеми приводу верстата чи до гідравлічної схеми пресового обладнання, розглянутих у другій академічній годині.

4.7. Типові помилки при виконанні навчальних та виробничих схем

При виконанні схем, особливо на початковому етапі освоєння цієї теми, найчастіше зустрічаються такі типові помилки: застосування довільних, нестандартних умовних графічних позначень без пояснення їх значення; невідповідність позиційних позначень елементів на схемі та в переліку елементів; надмірна кількість зламів та перетинів ліній зв'язку, що ускладнює читання схеми; відсутність стрілок напрямку там, де вони необхідні для розуміння напрямку сигналу, потоку рідини чи газу, напрямку обертання; змішування правил оформлення різних типів схем в одному документі без належного обґрунтування (тобто фактичне виконання об'єднаної схеми без її коректного позначення як такої); а також невиправдане застосування реального масштабу чи реальної форми елементів там, де достатньо умовного графічного позначення, що робить схему переобтяженою зайвими деталями й ускладнює її сприйняття.

Уникнення цих помилок є прямим наслідком уважного й послідовного застосування вимог відповідних стандартів, розглянутих у цій лекції.

4.8. Підсумки лекції

Підбиваючи підсумок розглянутого матеріалу, узагальнимо основні положення.

По-перше, схема — це конструкторський документ, що показує склад виробу та зв'язки між його елементами за допомогою умовних графічних позначень, на відміну від креслення, яке показує геометричну форму та розміри.

По-друге, кожна схема класифікується одночасно за двома незалежними ознаками: за видом (залежно від фізичної природи елементів і зв'язків — електрична, гідравлічна, пневматична, газова, кінематична, вакуумна, оптична, енергетична, комбінована) та за типом (призначенням, ступенем деталізації — структурна, функціональна, принципова, схема з'єднань, схема підключення, загальна, схема розташування, об'єднана).

По-третє, повне позначення схеми складається з поєднання літери виду та цифри типу (наприклад, Е3, К3, Г4), що дозволяє однозначно ідентифікувати зміст і призначення документа.

По-четверте, виконання будь-якої схеми підпорядковується встановленим правилам: застосуванню стандартизованих умовних графічних позначень, коректному виконанню ліній зв'язку, присвоєнню кожному елементу позиційного позначення з обов'язковою відповідністю переліку елементів.

По-п'яте, на прикладі одного наскрізного пристрою (автоматичного керування освітленням) ми побачили, як від найзагальнішої структурної схеми через функціональну й принципову схеми можна дійти до схеми з'єднань і схеми підключення — тобто пройти весь шлях від задуму до готового монтажу, і саме така послідовність розробки документації характерна для переважної більшості реальних технічних проєктів.

Засвоєння цієї класифікації та цих правил є фундаментом для подальшого практичного оволодіння навичками читання й самостійного виконання конкретних видів схем.