Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 14 )

4. Балансир 2., тяга 3 и прямая ДД изображаются в другом положении, в котором центры шарниров А и В обозначены как Аi и Вi, а прямая ДД- Дi Дi. Из точки С к прямой Дi Дi, проводится перпендикуляр С Еi.

5. Отрезок прямой АiЕi, длиной li переносится на прямую ДД, образуя на ней отрезок А Еi.

6. i расположенный перпендикулярно прямой Дi Дi располагается точно так же перпендикулярно прямой ДД в ее точке Еi, и его верхний конец, обозначенный точкой Сi образует искомую точку профиля.

7. Для ряда следующих друг за другом положений балансира описанным выше способом определяется расположение других точек Сi. Последней крайней нижней точкой в их ряду является точка С. Крайней верхней точкой, является Ск полученная для крайнего нижнего положения балансира.

8.  Полученная цепь точек Сi соединяется плавной кривой линией, которая и представляет собой изображение профиля линии центров сечений каната подвески устьевого штока.

9.  Производится замер и вычисление, с учетом принятого масштаба изображения, длины этой профильной линии и сопоставление результата с заданной длиной хода подвески устьевого штока. Как правило, эти данные не совпадают, т. к. длина L была принята ориентировочно.

10. Выполняется корректирование длин отрезка L (и, соответственно, расположения точки С), а также длины линии расположения точек Сi путем пропорционального изменения размеров 1i, hi и L, необходимого для достижения равенства длины дуги ССК на которой расположены точки С i, длине хода подвески устьевого штока.

11. К полученной дуге ССк добавляются: в верхней части отрезок СНСF длиной (0,35-05)м для размещения (с запасом длины) устройства крепления каната и внизу – отрезок дуги длиной 0,3 м для исключения контакта каната подвески с острой кромкой края желоба после укладки всей длины каната, равной длине хода канатной подвески.

12. С внутренней стороны полученной таким образом дуги СFСJ со сдвигом, равным половине диаметра каната подвески, прочерчивается эквидистантная профильная кривая. Она соответствует форме профиля опорной поверхности (дна) желоба для укладки каната.

13. Принимается тип (например, швеллер по ГОСТ 8240 - 72) и размер проката, из которого будет изготавливаться желоб.

14. С учетом необходимости изготовления желоба методом изгиба его заготовки на оправке, для обеспечения возможности определения размеров и контроля конфигурации оправки, прочерчивается профиль желоба, образуемый дугами окружности, обеспечивающий совпадение, без радиальных отклонений свыше 15 -20мм, с полученной кривой укладки каната. Приведенная методика рекомендуется для построения профиля поворотной головки для любых значений длины хода канатной подвески.

Выводы по третьей главе

1.  Обоснован и предложен общий метод определения параметров и характеристик работы всех рассматриваемых схем, основанный на определении текущих значений нагрузок на звенья механизма в процессе совершения рабочего цикла при заданной внешней нагрузке в виде тягового усилия канатной подвески.

2.  Разработаны расчетные схемы и система уравнений силового анализа работы станков – качалок рассматриваемых типов при кривошипном и комбинированном уравновешивании, учитывающие их конструктивные особенности, параметры и особенности силового взаимодействия звеньев в процессе всего цикла работы.

3. Разработан метод построения относительного расположения звеньев и определения текущих значений переменных параметров механизмов станков – качалок в течение цикла работы с помощью расчетных моделей, дополненных графическими методами определения длины кривошипа, обеспечивающей заданный угол поворота балансира и, соответственно заданную длину хода канатной подвески станков – качалок, профилирования и определения размеров поворотной головки станка – качалки схемы в.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ – КАЧАЛОК

4.1 Анализ особенностей работы станков – качалок

Анализ выполнен на основании результатов исследований на модели и расчетов, представленных на графиках рисунков 1.2.1 - 1.2.10, 2.1.1 и 2.2.1 и в таблицах 4.1.1 - 4.1.9, в которых буквами а, б, в отмечены данные, относящиеся к соответствующему типу станка – качалки. В таблицах и по оси ординат графиков представлены значения силовых параметров в виде отношения к величине тягового усилия станка – качалки. По оси абсцисс графиков расположены обозначения положений кривошипа, в которых произведены исследования параметров и выполнены расчеты, причем в порядке слева направо – при рабочем ходе, а справа налево – при холостом. Анализ на основе полученных данных динамики силовых и геометрических параметров в процессе совершения цикла работы исследуемого оборудования позволил установить следующее [107, 111, 112].

Принятые в виде постоянных величин значения момента нагрузки на балансире при рабочем и холостом ходах балансиров станков – качалок по схемам а и б, соответствующие при кривошипном уравновешивании условиям приложения постоянной нагрузки к плечу постоянной величины и отображаемые на рисунке 4.1.1 прямыми линиями 1 и 2, при комбинированном уравновешивании преобразуются в переменные величины, представленные на рисунке 4.1.1 кривыми 3 и 4. Последние отображают начальное снижение, достижение минимума момента нагрузки на балансире в средней по оси абсцисс части графика, соответствующей середине рабочего и холостого ходов, и значительно меньшие значения момента нагрузки на балансире, чем при кривошипном уравновешивании. Это обусловлено созданием с помощью груза, установленного на заднем плече балансира, переменного момента на балансире с максимальной величиной в средней части рабочего и холостого ходов, уравновешивающего значительную часть момента, создаваемого нагрузкой канатной подвески.

У станка – качалки по схеме в момент нагрузки на балансире не постоянен и при кривошипном уравновешивании. В процессе рабочего хода он достаточно монотонно снижается, а холостого хода – повышается. Этот момент формируется в результате суммирования моментов на балансире, создаваемых приложением к его переднему плечу нагрузок канатной подвески и тяги, поворачивающей поворотную головку вокруг шарнира на переднем плече. При этом момент, создаваемый нагрузкой канатной подвески, изменяется в процессе совершения хода только в результате изменения плеча ее приложения к переднему плечу балансира, причем в небольшом диапазоне, тогда как изменение момента, создаваемого нагрузкой тяги, обусловлено как изменением плеча ее приложения к балансиру, так и изменением самой нагрузки, причем оно более значительно. В процессе рабочего хода плечо в приложения этой нагрузки к поворотной головке балансира увеличивается, и поэтому величины нагрузки и создаваемого ею момента на балансире снижаются. При холостом ходе имеет место обратная тенденция: плечо в приложения усилия тяги к поворотной головке уменьшается, в связи, с чем и усилие тяги FТ, и создаваемая этим усилием составляющая момента на балансире увеличиваются.

Закономерности изменения момента на балансире при рабочем и холостом ходах при кривошипном уравновешивании отображены графиками 1 и 2 на рисунке 4.1.1 (в). Согласно эти графикам, максимальные величины моментов нагрузки на балансире имеют место в конце холостого и в начале рабочего ходов. Это обусловлено наиболее неблагоприятным положением головки поворотной в этой фазе рабочего процесса. В этом положении отношение длины плеча а приложения нагрузки канатной подвески к головке поворотной к длине плеча в приложения к этой головке реакции тяги FТ максимально. Наибольшие в результате этого значения нагрузки на тягу FТ, воспринимаемые шарниром головки поворотной на переднем плече балансира, и создают указанные максимумы моментов нагрузки на балансире в конце холостого и начале рабочего ходов.

Перевод станка – качалки по схеме в на комбинированное уравновешивание характеризуется тем же эффектом, что в схемах а и б - значительным уменьшением момента нагрузки на балансире и образованием минимума момента нагрузки в средней части рабочего и холостого ходов.

При этом начальное уменьшение и последующее возрастание плеча а приложения нагрузки канатной подвески к головке поворотной при холостом и рабочем ходах, способствующие аналогичному начальному уменьшению и последующему возрастанию усилия тяги FТ, и начальное возрастание и последующее уменьшение плеча с приложения нагрузки FТ к переднему плечу балансира, способствующее обратной закономерности – начальному возрастанию и последующему снижению момента нагрузки на балансире, совместно оказывают на величину этого момента весьма сложное влияние, проявляющееся в характерных перегибах графика момента в зависимости от положения кривошипа.

Значительные различия величины моментов на балансире рассматриваемых станков – качалок обусловлены конструктивными различиями длины переднего плеча балансира и способа формирования нагрузки на переднем плече. Наименьшие значения момента на балансире характерны для станка – качалки по схеме б. Значительно большие величины этого момента в станке – качалке по схеме а обусловлены большей, чем в схеме б, конструктивной длиной переднего плеча балансира. Наибольшие значения момента нагрузки на балансире, характерные для станка – качалки по схеме в обусловлены приведенными выше особенностями создания и изменения нагрузки на шарнире головки поворотной, закрепленном на переднем плече.

Таблица 4.1.1 - Динамика параметров станка – качалки на схеме а.

Холостой ход
Параметр, м	Положение кривошипа
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
d	1,950	2,000	2,162	2,387	2,610	2,800	2,925	2,992	2,980	2,935	2,862
e	0,300	0,600	0,867	1,050	1,345	1,432	1,417	1,275	1,025	0,550	0,230
f	1,100	1,550	1,906	2,125	2,200	2,125	1,906	1,550	1,100	0,562	0
lгр (комбини-рованное уравнение)	4,562	4,675	4,825	4,950	5,010	4,962	4,837	4,650	4,432	4,250	4,132
Рабочий ход
Параметр, м	Положение кривошипа
13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	1
d	2,800	2,765	2,775	2,842	2,912	2,975	3,010	2,955	2,850	2,675	2,450	2,230	2,017
e	0,212	0,687	1,075	1,325	1,430	1,430	1,327	1,175	0,975	0,755	0,520	0,265	0
f	0,562	1,100	1,550	1,906	2,125	2,200	2,125	1,906	1,550	1,100	0,562	0	0,562
lгр (комбини-рованное уравнение)	4,132	4,250	4,450	4,687	4,875	4,975	5,000	4,950	4,865	4,750	4,650	4,565	4,515

Таблица 4.1.2 - Силовые параметры станка – качалки по схеме а при кривошипном уравновешивании.