Принципы уравновешивания СК

Из общей теории работы штанговой насосной установки из­вестно, что основная нагрузка на головку балансира при его ходе вверх равна весу столба жидкости и штанг (Рж + ^шт)-Второстепенными силами, такими как силы трения, инерцион­ные силы и другими, пренебрегаем. При ходе головки балансира вниз нагрузка становится равной только весу штанг, так как при этом нагнетательный клапан открывается и нагрузка от столба жидкости передается на трубы. Это приводит к неравно­мерной работе электродвигателя. За первую половину оборота кривошипа (ход вверх) двигатель совершает работу, равную (P_m + P_m)S = Wi. За вторую половину оборота (ход вниз) дви­гатель не только не совершает никакой работы, а, наоборот, мог бы генерировать электроэнергию в сеть, так как под дей­ствием силы тяжести штанг через балансир и систему транс­миссии двигатель вращался бы и отдавал в сеть энергию, рав­ную P₁₁₁S = W₂. Эта энергия отрицательна. Таким образом, за полный оборот кривошипа совершается работа, равная алге­браической сумме

W1 +W2, = (Р_ш + Р_ж) S - Р_ШS = Р_ЖS.

При этом электродвигатель должен иметь запас мощности, достаточный для преодоления максимальной нагрузки во время первой половины хода. Устранить такую неравномерность на­грузки электродвигателя можно соответствующим уравновеши­ванием СК. Поскольку сила Р_ш действует на головку балансира при ходе вверх и при ходе вниз, то при равноплечем балансире на заднем плече необходимо поместить противовес, по крайней мере равный весу штанг. В этом случае штанги будут уравно­вешены и при ходе вверх двигатель будет совершать положи­тельную работу PжS=Wi, а при ходе вниз — нулевую работу.

Нагрузки на электродвигатель будут постоянны при условии постоянства крутящего момента на валу кривошипа за обе по­ловины хода. Равенство работ при ходе вверх и при ходе вниз может быть обеспечено лишь в том случае, если за первую половину хода (φ = 0—180° — ход точки подвеса штанг вверх) в шатуне возникнет растягивающая его сила Г_р, а за вторую половину хода (ср=180—360° — ход точки подвеса штанг вниз) в шатуне возникает сжимающая сила Т_с; причем эти две силы по абсолютной величине должны быть равны. При соблюдении указанного условия работа электродвигателя будет наиболее равномерной.

Составим уравнения работы всех действующих сил за ход вверх и ход вниз. Условимся считать работу положительной, если направление силы совпадает с направлением движения. На рис. Х.10 изображена кинематическая схема станка-качалки. На заднем плече балансира на расстоянии с от опоры балансира поместим груз G, величину которого необходимо определить.

Сумма работ всех сил при ходе штанг вверх будет

-P_BS + T_p2r + Gh= 0, (X.82)

где h — перемещение по вертикали груза G.

р_В = р_ж + р_ш— нагрузка при ходе вверх.

Сумма работ всех сил при ходе штанг вниз будет

P_HS + T_c2r—Gh = 0, (X.83)

где р_н = р_ш— нагрузка при ходе вниз.

Уравнения (Х.82) и (Х.83) решим относительно усилия в ша­туне Т. Тогда из (Х.82) получим

(X.84)

Из (Х.83) получим

(X.85)

Имея в виду, что по абсолютной величине T_р и Т_с должны быть равны по условиям уравновешенности электродвигателя, при­равняем правые части уравнений (Х.84) и (Х.85). Тогда получим

(X.86)

Решая (Х.86) относительно G и учитывая, что

получим

2Gh = (Р_Ж + 2Р_Ш)S. (Х.87)

Откуда

(Х.88)

Из формулы (Х.88) следует, что для равноплечего балансира (а — b), если груз G поместить в точку сочленения шатуна с ба­лансиром (с = b), то вес контргруза G должен равняться весуштанг (Р_Ш) плюс половина веса столба жидкости (Р_ж/2). Фор­мула (Х.88) является принципиальной, поясняющей принцип уравновешивания, однако она не пригодна для использования, так как не учитывает веса деталей СК, таких как шатуны, кри­вошипы, верхняя траверса, неуравновешенной части самого ба­лансира и др. Например, вес двух шатунов и поперечной тра­версы действует так же, как контргруз. Если их общий вес равен G, то, очевидно, никакого дополнительного груза для урав­новешивания не потребуется. С другой стороны, необходимый для уравновешивания груз G можно сосредоточить не в точке сочленения траверсы с балансиром Л, а в точке сочленения ша­туна с кривошипом В (см. рис. Х.10). Более того, необходимый для уравновешивания груз можно перемещать вдоль кривошипа с учетом соответствующего соотношения длин рычагов. Напри­мер, если его поместить на продолжении кривошипа, на расстоя­нии R от оси вращения, то вес контргруза необходимо умень­шить в r/R раз. Так что вес контргруза в этом случае будет равен

(Χ·89)

Таким образом, уравновешивание СК можно обеспечить разме­щением необходимого контргруза либо на заднем плече балансира, либо на кривошипе В соответствии с этим различают балансирное, кривошипное и комбинированное уравновешивание.

Балансирное уравновешивание, как правило, применяется у СК малой грузоподъемности, кривошипное — у СК большой грузоподъемности и комбинированное — у СК средней грузо­подъемности. Это объясняется необходимостью уменьшения инерционных нагрузок на балансир, возникающих при неравно­мерном движении балансирного контргруза. Кривошипное урав­новешивание вызывает большие нагрузки на опоры вала и на корпус редуктора СК, что также нежелательно. Балансирные контргрузы выполняются в виде чугунных пластин, навешивае­мых на заднее плечо балансира. Кривошипные контргрузы вы­полняются в виде полуовальных чугунных отливок-пластин, укрепляемых на кривошипах.

Пластины кривошипных контргрузов имеют постоянный вес. На два кривошипа СК может быть навешено четыре контргруза. Уравновешивающее действие кривошипных контргрузов, имею­щих постоянный вес, достигается их перемещением вдоль кри­вошипов, т. е. изменением величины R — расстоянии между центром тяжести контргрузов и осью вращения кривошипа. Для этой цели на теле массивного кривошипа имеются деления, ука­зывающие расстояния от центра вращения, а на пластинах контргрузов — риски, показывающие положение вертикали, про­ходящей через центр тяжести пластин. Для СК, имеющих кри­вошипное уравновешивание, даются формулы типа R = f(Pm + Рш), позволяющие вычислить расстояние R между осью вра­щения кривошипов и центром тяжести пластин контргруза. Эти формулы учитывают веса неуравновешенных деталей СК, а также число плит, навешиваемых на заднее плечо балансира, в случае применения комбинированного уравновешивания. Для уравновешивания СК используются номограммы, имеющиеся в паспортной характеристике СК. Однако определение веса контргруза и места его установки на кривошипе или балансире расчетным путем, с помощью формул или номограмм, не всегда обеспечивает наилучшее уравновешивание СК. Это объясняется тем, что теоретически невозможно учесть все нагрузки, возни­кающие в звеньях СК, а также степень изношенности узлов ка­чалки, к. п. д. всей установки, которые в теоретических форму­лах, как правило, не учитываются, но существенно влияют на уравновешивание СК. Поэтому окончательное уравновешивание осуществляется с помощью контролирования тока, потребляе­мого электродвигателем, при ходе головки балансира вверх и вниз. Стрелка амперметра, включенного в питающую двигатель электролинию, должна давать одинаковые максимальные откло­нения при ходе вверх и вниз. Так как такие амперметры, как правило, в станциях управления СК отсутствуют, то такую про­верку уравновешенности СК по току производят с помощью переносного амперметра, называемого амперклещами, представ­ляющими собой раздвижной магнит, выполненный в виде кле­щей, который охватывает кольцом токонесущую жилу. В полу­кольцах магнита имеется обмотка, в которой индуктируется сла­бый электрический ток, измеряемый амперметром. Величина этого тока пропорциональна току в токонесущей жиле. При уравновешивании следят за показаниями амперклещей при ходе вверх и вниз и соответствующим перемещением кривошипных контргрузов (к центру вращения или от него) или изменением числа балансирных контргрузов добиваются одинаковых откло­нений стрелки амперметра за оба хода.

Для перемещения контргрузов станок-качалку останавли­вают в таком положении, чтобы кривошипы заняли горизон­тальное положение. Это осуществляется с помощью тормозного устройства, имеющегося на СК. Операция эта достаточно опас­ная, требует строгого выполнения правил охраны труда и указа­ний соответствующих инструкций, и к ее выполнению допуска­ется только специально обученный персонал.

Дата добавления: 2015-07-08