Балансирные станки-качалки

Станки-качалки с двуплечным балансиром вы­полняются по кинематической схеме, приведенной на рис. VI. 1. При этом опора балансира (точка С) находится между точками подвеса штанг D и сочленения балансира с шатуном В. Усилия к балансиру могут передаваться несколькими способами. Наибо­лее часто для этого использу­ются два шатуна, соединенные с балансиром траверсой. Механические балансирные станки-качалки снабжаются гравитацион-ным (т. е. грузовым) или пневматическим уравновешивающим устройством. Существуют следующие способы раз­мещения уравновешивающего груза: на балансире, на криво­шипе, на балансире с кривошипом, на шатуне. Соответственно приводы называют: станки качалки с балансирным, роторным, комбинированным и шатунным уравновешиванием.

Станки-качалки с одноплечным балансиром уравновешива­ются грузовым или пневматическим аккумулятором. В первом случае груз может монтироваться на балансире, кривошипе или на балансире и кривошипе одновременно. Уравнове-шивание соответственно называется: балансирное, роторное или комбини-рованное (рис. VI.4). Наибольшее применение получила схема с роторным уравновешиванием. Она отличается компак-т­ностью, что позволяет сконструировать менее металлоемкий привод. При пневматическом уравнове-шивании станок-качалка снабжается пневмо-цилиндром с ресивером и вспомогательным оборудованием. Уравновешивание достигается за счет накапливания потенциальной энергии пневматическим аккумулятором. Пневматическое уравновешивающее устройство хорошо вписы­вается в кинематическую схему станка-качалки (рис. VI.5) и имеет лучшие весовые и эргономические показатели по сравне­нию с грузовым.

Безбалансирные механические приводы. Наиболее близкой по кинематической схеме к описанным уста­новкам является СК, в котором балансир с шату­ном заменяются гибкой подвеской (как правило, канатом), переброшенной через шкив, причем один ее конец соединяется с кривошипом, а второй—с устьевым штоком.

Перемещение колонны насосных штанг в безбалансирных станках-качалках обеспе-чивается посредством гибкого звена — нес-кольких канатов, соединяющих кривошипы редуктора с тра­версой, к которой подвешен устьевой шток.

Кинематика балансирного станка-качалки:

Каждое положение точки подвеса штанг характеризуется вполне определенными скоростями и ускорениями, которые (при постоянной частоте вращения ведущего вала редуктора) зависят только от разме­ров или же от соотношения размеров отдельных звеньев транс­миссии, преобразующего механизма.

Преобразующий механизм балансирных станков-качалок представляет собой простейший плоский механизм первого класса второго порядка (рис. VI.8). Обозначим: кривошип от­резком ОА длиной r, шатун отрезком АВ длиной l, заднее ВС и переднее СД плечи балансира с длинами соответственно k и k₁, база— расстояние между точками О и С длиной p.

Известны три способа определе­ния законов движения элементов балансирного станка-качалки. Эти способы в за­висимости от принимаемых допущений позволяют с различной степенью точности найти закон изменения перемещения, скоро­сти и ускорения точки подвеса штанг D.

Так называемая элементарная теория основана на следую­щих допущениях: преобразующий механизм станка-качалки рассматривается как обычный кривошипно-шатунный (т. е. r/l=0; r/k-=0). Отсюда следует, что точка B движется по прямой b₁, B₂, a Ðb=0. В этом случае закон движения точки B, а следова­тельно, и ТПШ D может быть определен с по­мощью теории кривошипно-шатунного механизма. Заметим, что изменение перемещения, скорости и ускорения ТПШ при использовании перечисленных допу­щений будут подчиняться простым гармоническим законам.

Приближенная методика основывается на допу­щении, что r/k=0, траектория движения точки В— прямая, т. е. по существу также является теорией кривошипно-шатунного механизма, в котором учитываются конечные величины соотношения r/l.

Точная методика не содержит допущений, приня­тых в рассмотренных ранее теориях, кроме одного, принятого ранее и специально не оговоренного: мгновенная угловая ско­рость вращения кривошипа постоянна и неизменна в течение всего двойного хода точки подвеса штанг. Точные законы изменения перемещения, скорости и ускоре­ния точки подвеса штанг могут быть получены двумя спосо­бами: аналитическим—искомые величины определяются по­средством тригонометрических преобразований и графически— построением положений механизма, планов скоростей и уско­рений для различных углов поворота кривошипа (рис. VI.9).

Приближенная и элементарная методики Найдем интересующие нас закономерности, рассмотрев кине­матическую схему (см. рис. VI.8) и приняв допущения, соот­ветствующие приближенной методике. Длина пути S_B, пройден­ная точкой В при повороте кривошипа на угол j, равна от­резку B₁B. Спроектировав точку А на вертикаль B₁O, получим B₁B=OB₁-OB, где OB₁=r+l, а величина OB =Oa+аВ. Величины Оа и аВ могут быть найдены из прямоугольных треугольников ВаА и ОаА: Ba=l*cosb, Oa=r*cosj.

Окончательно можно записать: S_B=r+l-(l *cosb+r*cosj)= r( 1-cosj )+l( 1-cosb)

По теореме синусов для треугольников ОАВ следует, что r/sin b = l /sinj, откуда sinb= (r/l) sinj.

Так как cosb= , то, подставив значение синуса и используя приближенную фор­мулу для извлечения корня, получим Подставив полученное значение в исходную формулу для S_B и заменив j=w t, получим

.

Искомое перемещение точки D определяется, исходя из пе­ремещения точки В с учетом соотношения плеч балансира k₁/k.

Скорость движения точкя D получим, продифференцировав это уравнение:

Ускорение движения точки D определим, еще раз продиф­ференцировав уравнение:

Полученные формулы достаточно просты и могут исполь­зоваться для приближенных вычислений с приемлемой для практики точностью. С их помощью нетрудно определить, что максимальный путь S_D будет при wt =180°, т. с. длина хода точки подвеса штанг S_D max=2rk₁/k, что максимального значе­ния скорость достигнет при углах поворота кривошипа wt=90, 270° и будет равна V _D max = ± wSmax/2.

Максимальное ускорение будет при wt=0⁰, 180° и равно

Уравнения описывают закон движения точки подвеса штанг при допущении, что траектория движения точки В— прямая. Если пренебречь также и величиной отношения r/l, как это принимается в элементарной методике, то из полу­ченных зависимостей после подстановки в них r/l=0, получим

(VI.4),

Из анализа этих зависимостей следует, что для балансирного станка-качалки, у которого длина радиуса кривошипа очень мала по сравнению с длиной шатуна и балансира, закон движения точки подвеса штанг является гармоническим (рис. VI. 10).

Гармонический закон движения точки подвеса штанг (кри­вые обозначенные пунктиром)—своеобразный эталон, с ко­торым сравнивают фактические законы движения точек подвеса штанг, отличающиеся от гармонического в силу конечных длин элементов преобразующего механизма и ряда других факторов, например неравномерности вращения кривошипа. Таким образом, при анализе приближенных формул можно убедиться, что закон движения точки подвеса отлича­ется от гармонического в сторону увеличения максимальных ус­корений. Причем это отличие тем больше, чем больше соотн-ние r/l

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: