Станок-качалка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

СТАНОК-КАЧАЛКА



Введение

Предлагаемая контрольная работа является частью решаемых задач курса на примере исследования и расчета соединений деталей и передач штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ), которая имеет широкое применение в процессе добычи нефти.

Установка штангового скважинного насоса ШСНУ включает в себя наземное оборудование: станок-качалка (СК) с приводом, оборудование устья; и подземное оборудование: насосно-компрессорные трубы (НКТ), насосные штанги (НШ), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях. Привод станка-качалки включает в себя - электродвигатель, ременную передачу и зубчатый редуктор.

Станок-качалка монтируется на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17 (рисунок 2). Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса или выход плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.



Рис. 1 Схема установки штангового скважинного насоса ШСНУ:

1 - защитное приспособление; 2 - скважинный насос; 3 - насосно-компрессорные трубы; 4 - насосные штанги; 5 - тройник; 6 - сальниковое уплотнение; 7 - сальниковый шток; 8 - планшайба; 9 - станок-качалка; 10 - фундамент. деталь станок балансир качалка

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока - 7) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Элементы исследования ШСНУ: структурный и кинематический анализ станка-качалки, кинематический и силовой анализ привода.

Рис. 2 Станок-качалка типа СКД:

1 - подвеска устьевого штока; 2 - балансир с опорой; 3 - стойка; 4 - шатун;

5 - кривошип; 6 - редуктор; 7 - ведомый щкив; 8 - ремень; 9 - электродвигатель; 10 - ведущий шкив; 11 - ограждение; 12 - поворотная плита; 13 - рама; 14 - противовес;

15 - траверса; 16 - тормоз; 17 - канатная подвеска.



1. Постановка задачи исследования

Целью исследования механизма является:

- изучение структуры механизма;

- определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев;

- проведение кинематического и силового анализа механизма;

- расчет зубчатого зацепления.

Исследование станка - качалки

Задачей исследования является проведение структурного и кинематического анализа станка-качалки. Структурное исследование механизма сводится к определению структуры механизма и его подвижности. Кинематическое исследование ставит целью определение скоростей точек механизма и угловых скоростей звеньев. Студентам предлагается решение данных задач для конкретно заданного положения механизма, на примере ниже приведенной методики.

Дано: радиус кривошипа станка-качалки r_max=AB=570 мм , K=ED=1200 мм, K₁=DC=1200мм, l=CB=600 мм; l₁=1055 мм, l₂=1430 мм, число оборотов станка-качалки (число качаний балансира) - n =10,2 об/мин; положение механизма задано при угле поворота б=300є кривошипа АВ.

Исследование станка-качалки начинается с построения механизма в заданном положении при соответствующем угле поворота кривошипа - б.

Таблица 1 Габаритные и присоединительные размеры станков-качалок; заданная мощность.

Типоразмер	К1, мм	К, мм	l3, мм	rmax, мм	l1, мм	l2, мм	n,об/мин	N, кВт
СКЗ-1,2-630	1200	1200	1430	570	1055	1430	10,2	8



1.1 Построение заданного положения механизма

r max=AB=570 мм

r max= =5,7мм

=DC==12мм

CB=130мм

Положение точки D опоры коромысла (балансира СК) определяем, откладывая расстояниеl₁по горизонтали от опорыА влево и расстояние l₂на вверх масштабе, что будет соответствовать (рисунок 5):

1.2 Структурный анализ станка-качалки

Структурная формула имеет вид: В₀₁>В₁₂> В₂₃>В_30.

Подвижность механизма определяется по формуле Чебышева:

, (1)

где - число подвижных звеньев;

- число кинематических пар низших, одноподвижных 5-го класса;

- число кинематических пар двухподвижных 4-го класса.

.

Построение групп Ассура:

А) Последняя группа Ассура

II класс, 2 порядок, ВВВ II)

Б) Начальный механизм

I класс, I (

Структурная формула всего механизма

I ( II)

1.3 Кинематическое исследование станка-качалки

Определим угловую скорость первого звена с заданным законом движения, выраженным частотой вращения nоб/мин:

(2)

рад/с.

Скорость точкиА равна нулю , так как точка А принадлежит стойке. Скорость точкиВ находим по формуле:

, (3)

м/с.

Рассчитаем масштаб плана скоростей:

, (4)

Чтобы найти отрезок ре, решаем пропорцию на основе подобия плана скоростей и механизма, измеряя линейкой полученный отрезок рс:

см

(5)

см

По плану скоростей находим скорости:

м/с², (6)

м/с²,

м/с².

Далее находим угловые скорости и показываем их направления:

, (7)

рад/с,

рад/с.



2. Проектирование и расчет привода станка-качалки

При проектирование привода ШСНУ необходимо провести следующиерасчеты и начертить кинематическую схему привода станка-качалки:

Энергокинематический расчет привода.

Расчет зубчатой передачи.

2.1 Энергокинематический расчет привода

Энергокинематический расчет привода станка-качалки заключается в определении мощностей, моментов, угловых скоростей валов привода и передаточных отношений ступеней привода. Привод станка-качалки состоит из клиноременной I и зубчатой IIпередач.

Энергокинематический расчет следует производить в следующей последовательности:

определение КПД привода;

расчет потребляемой мощности электродвигателя;

подбор электродвигателя;

определение требуемых передаточных отношений привода;

разбивка передаточных отношений по ступеням;

определение частот вращения валов;

расчет мощностей валов;

нахождение вращательных моментов на валах привода.

2.1.1 Определение КПД привода станка-качалки

КПД привода определяется как произведение КПД отдельных передач.

, (8)

где: з₁- КПД ременной передачи; з₂- КПД зубчатой передачи.

В данном случае принимаем ременную и зубчатую передачи. Ременная передача обеспечивает плавность работы при неравномерной нагрузке на рабочем органе; для расчета привода станка-качалки принимается клиноременного типа. Зубчатая передача характеризуется компактностью и большим передаточным отношением; для расчета принимается цилиндрической закрытого типа. Значения КПД передач выбирается из таблицы 2.

Таблица 2

Тип передачи	Закрытая	Открытая
Зубчатая: цилиндрическая коническая	0,96…0,97 0,95…0,97	0,93…0,95 0,92…0,94
Червячная при передаточном числе: свыше 30 от 14 до 30 от 8 до 14	0,70…0,75 0,80…0,85 0,85…0,95	- - -
Цепная	0,95…0,97	0,90…0,93
Ременная: с плоским ремнем с клиновым (полуклиновым ремнем)	- -	0,96…0,98 0,95…0,97

Развиваемый момент на выходном звене привода найдем по формуле:

, (9)

где: N - заданная мощность (см. задание); щ₁ - величина угловой скорости кривошипа, найденная в кинематическом исследовании, з_общ - коэффициент полезного действия привода.

кНм.

2.1.2 Определение мощности электродвигателя. Подбор электродвигателя

Потребная мощность двигателя для привода станка-качалки с учетом КПД определится:

(10)

кВт

По таблице 3 подбираем модель электродвигателя из условия, что его мощность не меньше мощности на выходном звене (на кривошипе) по заданию. Ближайшее большее значение мощности имеют двигатели серии АОП2 следующих типоразмеров: 52-4 (n=1440об/мин), 61-6 (n=970об/мин), 62-8 (n=720 об/мин). Выбираем электродвигатель с большим числом оборотов - электродвигатель серии АОП2 типоразмера 52-4.

Таблица 3 Электродвигатели серии АОП2 с повышенным пусковым моментом, закрытого исполнения

Типоразмер	Мощность двигателяN, кВт	Обороты двигателяnдв (об/мин), при Nном	Mпуск/ном, Нм	Типоразмер	Мощность двигателяN, кВт	Обороты двигателяnдв (об/мин), при Nном	Mпуск/ном, Нм
41-4	4	1440	1,8	71-6	17	970	1,8
42-4	5,5			72-6	22
51-4	7,5			81-6	30
52-4	10			82-6	40
61-4	13			91-6	55
62-4	17			92-6	75
71-4	22	1450		41-8	2,2	980
72-4	30			42-8	3
81-4	40	1470		51-8	4	710	1,7
82-4	55			52-8	5,5
91-4	75	1480		61-8	7,5	720
92-4	100			62-8	10
41-6	3	955		71-8	13	730
42-6	4			72-8	17
51-6	5,5			81-8	22	753
52-6	7,5			82-8	30
61-6	10	970		91-8	40	740
62-6	13			92-8	55

2.1.3 Определение передаточных чисел привода станка-качалки

Определим общее передаточное число привода станка-качалки:

(11)

Так как число оборотов на выходном валу привода должно соответствовать числу оборотов входного вала станков качалки - 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение привода определится из соотношения:

Разобьем общее передаточное число по ступеням привода:

(12)

В частности, для первой ступени привода (ременной передачи), исходя из рекомендаций (), передаточное число принимаем .

Для зубчатой передачи рекомендованные передаточные числа принимаем в диапазоне . Так передаточное число выходного вала привода составляет 10,2 об/мин, то требуемое передаточное отношение зубчатой передачи найдем по соотношению:

Разобьем по ступеням.

(13)

Таким образом, найденное число лежит в заданном диапазоне передаточных чисел зубчатой передачи. Следовательно, для привода станка-качалки получили одноступенчатую зубчатую передачу.

Если при расчете >7, то следует принимать большее число ступеней.

Определим частоту вращения валов привода. Для выходного вала ременной передачи:

Число оборотов выходного вала ременной передачи равно числу оборотов входного вала зубчатой передачи. Число оборотов выходного вала редуктора (зубчатой передачи) равно числу оборотов входного вала станка-качалки (кривошипа).

2.1.4 Определение мощностей по валам привода

Мощность ведущего вала ременной передачи равна мощности электродвигателякВт. Мощность на выходном валу ременной передачи:

(14)

кВт.

Мощность входного вала зубчатой передачи равна мощности выходного вала ременной передачи кВт. Мощность на выходном валу зубчатой передачи:

(15)

кВт.

2.1.5 Определение моментов по валам привода

Моменты на валах определим из соотношения:

(16)

Для входного вала ременной передачи (первого вала привода):

,

где щ_дв - угловая скорость вала двигателя.



(17)

рад/с

Нм.

Момент на выходном валу ременной передачи:

рад/с

Нм

Момент на входном валу зубчатой передачи равен моменту на выходном валу ременной передачиНм.

Момент на выходном валу зубчатой передачи:

рад/с Нм.



2.2 Расчет зубчатого зацепления

Расчет зубчатой передачи для студентов заочных форм обучения заключается в определении допускаемых напряжений и проведении проектного расчета.

2.2.1 Определение допускаемых напряжений

Для определения допускаемых напряжений необходимо изначально выбрать материал, из которого изготовлена зубчатая пара. Для всех вариантов рекомендуется принять материал изготовления - сталь марки 40Х, с твердостью для шестерни (ведущей шестерни) - НВ=300, для колеса (ведомой шестерни) НВ=270.

Таблица 4

Термическая или химико-термическая обработка	Средняя твердость	Марки сталей	Базовый предел контактной выносливости, МПа
Отжиг, нормализация или улучшение	<350 НВ	45, 50, 40Х, 45Х, 40ХН

Определим допускаемые контактные напряжения:

(18),

где: - базовый предел контактной выносливости МПа;

- коэффициент запаса прочности для шестерни и колеса с однородной структурой (принять 1,1 для всех вариантов);

- коэффициент долговечности шестерни принять равным 1.

МПа

МПа

Предварительно проверим зубья колес на контактную прочность. Отметим, что проверка на контактную прочность косозубых передач ведется по условному допускаемому напряжению :

(19)

МПа

Мпа

Вывод: предварительная проверка показала, что проектный расчет параметров передачи может быть проведен по допускаемому напряжению МПа.

2.2.2 Проектный рассвет зубчатого зацепления

В данных методических указаниях проектный расчет зубчатого зацепления сводится к определению межосевого расстояния.

Величина межосевого расстояния находится по формуле:

, (20)

где - вспомогательный коэффициент для косозубых передач;

- передаточное число редуктора;

- вращающий момент на выходном валу редуктора;

- условное допускаемое напряжение для косозубой передачи, МПа;

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба;

- коэффициент ширины венца колеса относительно межосевого расстояния.

Коэффициент ширины венца колеса находится из следующего отношения:.

Для косозубых передач коэффициент ширины венца колеса принимается в диапазоне . Большие значения используют для симметричного расположения колес относительно опор, меньшие - для несимметричного и консольного расположения. Значения следует выбирать из ряда: 0,250; 0,315; 0,400; 0,630. Примем .

Значения коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине зуба для редукторов принимается по таблице 5.

Таблица 5 Ориентировочные значения коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине зуба

Расположение колес относительно опор	Твердость поверхностей зуба
	НВ<350	НВ>350
Симметричное	1,0…1,15	1,05…1,25
Несимметричное	1,10…1,15	1,15…1,35
Консольное	1,20…1,35	1,25…1,45

Примем симметричное расположение валов. Так как твердость зубьев не превышает НВ 350, то .

Вычислим величину межосевого расстояния, мм:

мм.

Округляем полученное значение до ближайшего из стандартных рядов (мм):

1-й ряд: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000.

2-й ряд: 71; 91; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 560; 710; 900.

Принимаем значение межосевого расстояния из ряда 2 .

Размещено на Allbest.ru

...