Какие существуют принципы уравновешивания станка-качалки? Кинематическая схема станка-качалки?

Основная нагрузка на головку  балансира при его ходе вверх равна  весу столба жидкости и штанг (). При ходе головки балансира вниз нагрузка остановится  равной только весу   штанг, так как нагнетательный  клапан открывается и нагрузка от столба жидкости  передается на трубы.  Это приводит к неравномерной работе электродвигателя.

  За первую половину оборота  кривошипа (ход вверх) двигатель совершает работу, равную .За вторую половину оборота  кривошипа (ход вниз)  двигатель не только не совершает  никакой работы, а наоборот, мог бы генерировать  электроэнергию в сеть,  так как под воздействием силы тяжести штанг  через балансир  систему  трансмиссии  двигатель вращался бы  и отдавал сеть в энергию, равную     эта энергия отрицательна и за полный оборот кривошипа  совершается  работа, равна сумме Устранить неравномерность  нагрузки электродвигателя  можно соответствующим  уравновешиванием станка-качалки.

Поскольку сила тяжести штанг  действует на  головку балансира при ходе вверх  и при ходе вниз, то при равноплечем балансире на заднем плаче   необходимо поместить противовес,  по крайне мере  равный весу штанг.  В этом случае штанги будут  уравновешенны и при ходе вверх  двигатель будет совершать  положительную работу  , а при ходе вниз – нулевую работу.Нагрузки на электродвигатель  будут постоянны  при условии постоянства крутящего  момента на валу  кривошипа за обе  половины хода. Равенство  работ при ходе вверх и при ходе вниз  может быть обеспеченно  лишь в этом  случае,   если за первую половину хода ( ход точки подвеса штанг вверх) В шатуне возникает  растягивающая сила,  а за вторую половину хода  ()   ход точки подвеса  штанг вниз)  в шатуне возникает сжимающая сила ;  Эти две силы  по абсолютной величине  должны  быть равны. При соблюдении указанного  условия электродвигателя  будет наиболее равномерной.

Кинематическая  схема станка-качалки  имеет вид (рис.1)

Рисунок 1. Кинематическая схема станка-качалки

Составим  уравнения  работы  всех  действующих сил за ход вверх и ход вниз. Считается работа  положительной, если  направление силы совпадает с направлением  движения. На заднем плече балансира  на расстоянии с  от поры  балансира  поместим  груз G,  величину которого  необходимо определить.

При ходе штанг  вверх  сумма работ всех сил равна

  где          - нагрузка при ходе вверх ; -  растягивающая  сила в шатуне.Сумма работ  всех сил  при ходе штанг вниз равна

где   - нагрузка при ходе вниз; - сжимающая сила  в шатунеИз  (1)  определим

    из (2)    находим По условиям уравновешенности  электродвигателя,  растягивающие  и  сжимающие  усилия в шатуне должны быть равны, т.е. , тогда имеем с учетом  (3) (4)                                                                 Отсюда находим G  с учетом,  что    Из формулы (6) следует,  что для равноплечого балансира (а=в),  если  груз G поместить в точку соединения   шатуна с балансиром  (с=в),  то вес контргруза  G   должен равняться  весу штанг    плюс половина веса  столба жидкости ().Формула (6)  поясняет принцип уравновешивания   станка – качалки. При выводе формулы (6) не учитывался вес деталей станка – качалки: шатуна, кривошипа, верхней  траверсы,   неуравновешенной части  самого балансира  и др.Например, вес двух шатунов и поперечной  траверсы действует так, же как контргруз.Если их общий вес равен G  то, очевидно,  никакого дополнительного груза  для уравновешивания не потребуется. Необходимый для уравновешивания  груз G  можно сосредоточить не только  в точке А  - точка соединения траверсы  с балансиром,  но в точке  В  - точке соединения шатуна  с кривошипом. Также уравновешивающий груз можно перемещать вдоль  кривошипа с учетом  соответствующего  соотношения  длин рычагов. В случае размещения груза  на продолжении кривошипа, на расстоянии  от R оси вращения, то вес контргруза  необходимо уменьшить в rR  раз, который будет равен

   Таким образом, уравновешивание станка- качалки  можно   обеспечить  размещение  необходимого контргруза  либо на заднем плече балансира,  либо на кривошипе.  Поэтому различают  балансирное,  кривошипное и комбинированное  уравновешивание.  Балансирное – уравновешивание применяется у станка – качалки малой грузоподъемности;Кривошипное – у станка – качалки  большой грузоподъемности;Комбинированное – у станка – качалки средней грузоподъемности. Балансирные контргрузы выполняются в виде  чугунных пластин, навешиваемых на заднее  плечо балансира.Кривошипные контргрузы  выполняются в виде полуовальных  чугунных  отливок-пластин, укрепляемых на кривошипах.Для уравновешивания  станка-качалки  используются номограммы,  в паспортной характеристике станка-качалки.Однако определение  веса контргруза  и места его установки на кривошипе или балансире  расчетным путем,  с помощью форм или номограмм, не всегда обеспечивает  наилучшее уравновешивание  станка-качалки.Это объясняется тем, что  теоретически невозможно  учесть все нагрузки,  возникающие в звеньях станка- качалки, а также степень изношенности узлов качалки, к.п.д. всей установки, которые  в теоретических формулах  не учитывается, но существенно влияют  на уравновешивание станка- качалки.Окончательное уравновешивание  осуществляется с помощью   контролирования тока,  потребляемого электродвигателем, при ходе головки  балансира вверх и вниз.  Стрелка амперметра, включенного в питающую двигатель электролинию, должна давать  одинаковые  максимальные отключения при ходе  вверх и вниз.