Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 23 )

Схема станка –качалки	Тяговое усилие, кН	Максимальное усилие на шатуне, кН	Моменты нагрузки на кривошипном валу, кН·м	Расчетная мощность электродвигателя, кВт
Среднеквадра- тичный МСК	Максимальный Мmax
1	2	3	4	5	6
Длина хода канатной подвески 6,0 м
а	60	171,06	28,20	40,08	23,622
б	203,82	25,68	42,96	21,51
в	279,72	24,36	37,98	20,406
а	80	228,08	37,6	53,44	31,496
б	271,76	34,24	57,28	28,680
в	372,96	32,48	50,64	27,208
а	100	285,10	47,00	66,80	39,370
б	339,70	42,80	71,60	35,850
в	466,20	40,60	63,30	34,010
а	120	342,12	56,40	80,16	47,244
б	407,64	51,36	85,92	43,020
в	559,44	48,72	75,96	40,812
а	140	399,14	65,80	93,52	55,118
б	475,58	59,92	100,24	50,190
в	652,68	56,84	88,62	47,614
а	160	456,16	75,20	106,88	62,992
б	543,52	68,48	114,56	57,360
в	745,92	64,96	101,28	54,416
а	200	570,26	94,00	133,60	78,740
б	679,40	85,60	143,20	71,700
в	932,40	81,20	126,60	68,020
Длина хода канатной подвески 7,5 м
а	60	171,06	35,25	50,10	29,526
б	203,82	32,10	53,70	26,896
в	279,72	30,45	47,47	25,506
а	80	228,08	47,00	66,80	39,368
б	271,76	42,8	71,60	35,848
в	372,96	40,6	63,30	34,008
а	100	285,10	58,75	83,50	49,21
б	339,70	53,50	89,50	44,81
в	466,20	50,75	79,12	42,51
а	120	342,12	70,50	100,20	59,052
б	407,64	64,20	107,40	53,772
в	559,44	60,90	94,94	51,012
а	140	399,14	82,25	116,90	68,894
б	475,58	74,90	125,30	62,734
в	652,68	71,05	110,768	59,514
а	160	456,16	94,00	133,60	78,736
б	543,52	85,60	143,20	71,696
в	745,92	81,20	126,59	68,016
а	200	570,26	117,50	167,00	98,42
б	679,40	107,00	179,00	89,62
в	932,40	101,40	158,24	85,02

При соотношении плеч балансира, обеспечивающем получение увеличенной до 6,0 -7,5 м длины хода канатной подвески при ограниченных из условия компактности и уменьшения весовых характеристик габаритах установок, высоте расположения оси кривошипного вала и длине кривошипов, шарниры кривошипно – шатунного механизма станков – качалок работают в условиях повышенной нагрузки. Максимальная нагрузка на шатуне станков – качалок схем а, б, в составляет соответственно, 2,851Q; 3,347Q и 4,662Q (где Q – тяговое усилие станка - качалки). В диапазоне тяговых усилий от 60 до 200 кН это составит от 171,06 до 570,2 кН, от 203,82 до 679,4 кН, от 279,72 до 932,4 кН для станков – качалок, выполненных, соответственно, по схемам а, б, в.

Максимальные силовые нагрузки на шатуне, в подшипниковых узлах и других звеньях кривошипно – шатунного механизма, характерные для станка – качалки по схеме в, превышают соответствующие нагрузки в механизме станка – качалки по схеме а в 1,635 раз, несколько меньшая величина этих максимальных нагрузок, характерная для работы станка – качалки по схеме б, также превышает нагрузки в механизме станка – качалки схемы а в 1,174 раза.

Максимальные в течение цикла работы моменты нагрузок на кривошипных валах зависят от размеров звеньев кривошипно – шатунного механизма, определяемых заданной длиной хода канатной подвески, и от заданной величины тягового усилия. В диапазоне длин ходов от 3,0 до 6,0 м они составляют (0,334÷0,668) Q; (0,358÷0,716) Q и (0,311÷0,623) Q. В диапазоне тяговых усилий от 60 до 200 кН величины этих моментов составляют от 20,04 до 133,6; от 21,48 до 143,2 и от 18,99 до 126,6 кН·м для станков – качалок схем а, б, в соответственно. Так как заданная величина хода канатной подвески в станке – качалке по схеме в обеспечивается поворотом головки на переднем плече балансира при меньших, чем у других станков – качалок, угле поворота балансира и перемещении шатуна и, соответственно, при меньшем радиусе кривошипа, величина максимального момента на кривошипном валу этого станка – качалки меньше, чем у станков – качалок других схем, и она составляет 94,76% и 88,4% от соответствующих моментов станков – качалок схем а, б на рисунке 4.1.2.

Наибольшая величина максимального момента на кривошипном валу станка – качалки по схеме б обусловлена большим чем у станка – качалки по схеме в, радиусом кривошипа, необходимым для обеспечения заданной длины хода канатной подвески при неповоротной головке на переднем плече балансира, а также профилем головки на заднем плече балансира, при огибании которого гибкой связью в процессе рабочего хода уменьшается длина заднего плеча и возрастает нагрузка на шатуне и момент нагрузки на кривошипе. Однако, среднеквадратичный момент на кривошипном валу этого станка – качалки меньше, чем у станка – качалки по схеме а, в результате того, что при переменной длине заднего плеча балансира действие наибольших нагрузок на шатуне, образующихся в конце рабочего и начале холостого ходов, приходится на время ее приложения к кривошипу с наименьшим плечом.

В диапазоне увеличения длины хода – от 3,0 до 6,0 м и тягового усилия – от 60 до 200 кН, при частоте ходов nх=6,0 1/мин расчетная мощность электродвигателя возрастает от 11,81 до 78,74 кВт, от 10,75 до 71,7 кВт и от 10,23 до 68,02 кВт соответственно для станков – качалок выполненных по схемам а, б, в. При увеличении длины хода до 7,5 м расчетная мощность электродвигателей дополнительно увеличивается соответственно, до 98,42; 89,62 и 85,02 кВт.

Эти данные позволяют сделать следующие выводы.

Наиболее высокие требования к нагрузочной способности, прочности и надежности звеньев и подшипниковых узлов рычажной системы характерны для станков – качалок со схемой в, которые отличаются наиболее высокими нагрузками на шатуне, превышающими соответствующие нагрузки станков – качалок схем б и а, соответственно, на 39,3 и 63,5%.

Нагрузки шатуна и других элементов рычажной системы станка – качалки по схеме в является наименее нагруженным. Наибольшей нагрузке подвергается редуктор станка – качалки схемы б, в которой не предусмотрено приложение усилий для поворота головки на переднем плече балансира, значительно меньше, и наименее нагруженной является рычажная система станка – качалки по схеме а, отсутствие в структуре которой гибкой связи шатуна с балансиром и профильной головки на заднем плече балансира ограничивает эти нагрузки в более узком диапазоне.