4 Станок-качалка. Виды ск. Преимущества и недостатки различных видов ск. Аксиальные и дезаксиальные ск. Кинематич показатели совершенства ск.

В балансирном приводе вертикальное возвратно-поступательное движение ТПШ осуществляется посредством качающегося балансира (коромысла)

Балансирный индивидуальный привод называют станком-качалкой. Индивидуальные механические приводы характеризуются еще и максимальным крутящим моментом на ведомом валу редуктора трансмиссии.

Приближенная зависимость между моментом М, нагрузкой Р и ходом S ТПШ:

М_мах ≈ (1/8÷1/6) Р_max · S_max.

Cуществуют многочисленные конструкции станков качалок, выполненные по различным кинематическим схемам как трансмиссии, так и преобразующего механизма.

Балансиры станков-качалок на практике встречаются двух видов: как механизм двуплечего рычага (рычаг первого рода), так и механизм одноплечего рычага (рычаг второго рода).

Рисунок 10.25 – Схемы балансиров станков-качалок

По способу уравновешивания станки-качалки бывают четырех типов: балансирные, кривошипные (роторные), балансирно-кривошипные (комбинированные), шатунные.

Р исунок 10.26 – Схемы размещения уравновешивающих грузов

станков-качалок

По месту расположения кривошипного центра можно различить три вида станков-качалок (рисунок 10.27, а-в).

Из рисунка 10.27 видно, что при помощи этих трех преобразующих механизмов, имеющих общий балансир ВСD, получается один и тот же угол размаха δ₀ и длина хода ТПШ S₀=K₁·δ₀. Принципиально они отличаются тем, что средняя скорость ТПШ в каждом полуцикле (ход вверх и вниз) разная.

Рисунок 10.27 (а) – Станок-качалка аксиальный (нормального ряда)

Аксиальный механизм OABCD с расположением кривошипного центра О на прямой В₁В₂ представлен на рисунке 10.27, а. Время хода вверх и вниз одинаково независимо от направления вращения кривошипа. Это станок-качалка нормального ряда.

Рисунок 10.27 (б) – Станок-качалка дезаксиальный

(дезаксиал положительный)

Дезаксиальный станок-качалка с положительным дезаксиалом представлен на рисунке 10.27, б. При вращении кривошипа по часовой стрелке (устье слева) ход вверх происходит быстрее хода вниз. При вращении кривошипа против хода часовой стрелки наоборот ход вверх по времени занимает больше времени, чем ход вниз.

Дезаксиальный станок-качалка с отрицательным дезаксиалом . При вращении кривошипа по часовой стрелке ход вверх происходит медленнее хода вниз и наоборот, при вращении кривошипа против хода часовой стрелки ход вверх происходит быстрее хода вниз.

Достоинства и недостатки рассмотренных кинематических схем.

ТПШ при ходе вверх нагружена больше, чем при ходе вниз. Вместе с тем ТПШ движется неравномерно, с ускорением. Следовательно инерционные нагрузки при ходе вверх больше инерционных нагрузок при ходе вниз. Для того, чтобы снизить инерционные составляющие нагрузки ТПШ при ходе вверх, нужно уменьшить абсолютные значения ускорения при ходе вверх. Абсолютные значения ускорения ТПШ при ходе вврех можно уменьшить, уменьшив среднюю скорость хода ТПШ вверх, т.е. применить станок-качалку с отрицательным дезаксиалом при вращении кривошипа по часовой стрелке или с положительным дезаксиалом при вращении кривошипа против вращения часовой стрелки.

Вращение кривошипа против часовой стрелки не всегда выгодно, поэтому для уменьшения ускорения ТПШ при ходе вверх применяются станки-качалки с отрицательным дезаксиалом. Выбор станка-качалки, кроме всего прочего, зависит и от свойств откачиваемой жидкости.

Одноплечные станки-качалки

Рисунок 10.28 – Одноплечный станок-качалка

Достоинства и недостатки:

1. они более компактны, имеют меньшую металлоемкость, имеют более лучший подходящий закон движения ТПШ, позволяющий уменьшить динамическую составляющую нагрузки на 10-12 %;

2. имеют малую боковую устойчивость (большая высота при малой ширине), что повышает требования к фундаменту;

3. кривошипы и уравновешивающие грузы находятся в опасной близости от устья, что затрудняет ремонтные работы.

Кинематические показатели станков-качалок

Для нормальной работы штангового скважинного насоса желательно обеспечить движение ТПШ по гармоническому закону.

На увеличение ускорений ТПШ значительно влияет четырехзвенник. Это существенно сказывается на работоспособности штанг и упругих узлов установки. Первым критерием совершенства станка-качалки можно назвать отношение наибольшего реального ускорения к ускорению при гармоническом движении: m = ε_Dmax/ε_Dгарм.

Коэффициент m называют кинематическим коэффициентом станка-качалки.

Рисунок 10.30 – Схема четырехзвенника станка-качалки

- угол между балансиром и шатуном при крайнем верхнем положении т.В m = - формула А.М. Пирвердяна

А.С. Аливердизаде выведена другая формула на основании точной теории

m = , где r, l, k – размеры четырехзвенника.

Чем ближе значение m к единице, тем совершеннее станок-качалка. Исследования показали, что при m≤1,3 при негармоническом движении увеличение нагрузок практически незаметно по сравнению со станком-качалкой, дающей гармоническое движение штанг. При m>1,3 чуствуется резонанс второй гармоники, и уже при m>1,4 значительно растут усилия.

Вторым критерием совершенства четырехзвенника является симметрия привода, симметрия изменения угла относительно 90º. надо стремиться к равенству

90º - = - 90º

Это согласно теории механизмов и машин выражается равенством l² +k² = r² + p² .