7.3 Тангенціальні зусилля на пальці кривошипа верстата-качалки

Тангенціальне зусилля на пальці кривошипа визначає один з головних параметрів верстата-качалки - крутний момент на кривошипному валу, який рівний r·Т. Цей момент визначає і необхідну потужність двигуна (з врахуванням ККД передачі). Зміна тангенціального зусилля в міру обертання кривошипа показує ступінь рівномірності навантаження на двигун.

Знайдемо вираз для визначення тангенціального зусилля на пальці кривошипа верстата-качалки з балансирним зрівноваженням. Силами тертя і інерційними силами, що виникають від руху вантажів противаг, нехтують, оскільки вони невеликі. Всі припущення приймають за елементарною теорією (зокрема кут  = 0, див. рис. 7.2).

Зусилля в точці під'єднання шатуна до балансира

. (7.1)

При ході вверх Р = Р_хв.

, (7.2)

де ΔРр – різниця тисків рідини на повний переріз плунжера зверху і знизу;

Р_іш, Р_ір – сила інерції маси штанг і рідини відповідно.

(7.3)

де Р_ш - вага штанг в повітрі;

Р_р.тр - вага рідини, що знаходиться в трубах

(з врахуванням наявності в них штанг);

Р_шр - вага штанг в рідині;

ξ = ,

Тоді

(7.4)

Позначимо

(7.5)

Тоді

(7.6)

Тангенціальне зусилля на пальці кривошипа

(7.7)

При ході вниз у вираз (7.7) підставляють значення Р_хн і в кінці одержують

(7.8)

де

Аналізуючи вирази (7.8) для ходу вверх і вниз, відзначимо наступне:

1) перші члени сум (С sin φ₀) відбивають зміну статичних, другі - ) — динамічних сил;

2) абсолютні величини статичних і динамічних сил при ході вверх і вниз не рівні:

< ;

> ;

3) при ході точки підвісу штанг вверх sinφ₀ > 0 , а вниз

sin φ₀ < 0.

Тепер можна побудувати графік зміни тангенціальних зусиль за повний оберт кривошипа. Спочатку будують статичні (рис. 7.3, крива 1) і динамічні (крива 2) складові зусилля, а потім, підсумовуючи їх, знаходять тангенціальне зусилля на пальці кривошипа (крива 3).

Тангенціальні зусилля при зрівноваженому верстаті-качалці в основному додатні. Але вони змінюються від нуля до максимуму, що вказує на нерівномірність навантаження двигуна протягом одного оберту кривошипа. При переході від ходу головки балансира вверх до ходу вниз все ж таки є ділянка з невеликим від’ємним тангенціальним зусиллям. В роботі верстата-качалки це звичайно відмічається ударом пальця кривошипа в перехідний момент.

Рисунок 7.3 - Графік тангенціальних зусиль на пальці кривошипа

В цілому графік тангенціальних зусиль на пальці кривошипа у зрівноваженому верстаті-качалці (див. рис. 7.3, крива 3) різко відрізняється від графіка цього зусилля в незрівноваженому верстаті-качалці (див. рис. 7.3, крива 4), де при ході головки балансира вниз наявні великі від’ємні навантаження.