5.4.5 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. 5.18 ).

Зусилля в точці під'єднання шатуна до балансира

. (5.53)

При ході вверх Р = Р_хв.

, (5.54)

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

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

, (5.55)

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 = , (5.56)

Тоді

(5.57)

Позначимо

(5.58)

Тоді

(5.59)

Тангенціальне зусилля на пальці кривошипа

(5.60)

При ході вниз у вираз (5.60) підставляють значення Р_хн і в кінці одержують

(5.61)

де

(5.62)

(5.63)

Аналізуючи вирази (5.61) 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 sinφ₀<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.

В цілому графік тангенціальних зусиль на пальці кривошипа у зрівноваженому верстаті-качалці (див. рис. 5.19, крива 3) різко відрізняється від графіка цього зусилля в незрівноваженому верстаті-качалці (див. рис. 5.19, крива 4), де при ході головки балансира вниз наявні великі від’ємні навантаження.

Рисунок 5.19 - Графік тангенціальних зусиль на пальці кривошипа