Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лист
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Лист
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Исходные данные к расчетно-графической работе
Вариант № 5
Глубина скважины - 4000 м
Производительность ПШГН – 3,5 тонн/сутки
Длина хода полированного штока – 3000 мм
Размер плеча балансира – 2000 мм
Число качаний в минуту – 10
Диаметр плунжера погружного насоса – 32 мм
Диаметр полых штанг - 50 мм
Вес 1 м штанг – 4 кг
Цель работы: Оценка динамических нагрузок действующих на станок – качалку и расчет уравновешивающего груза.
Структурный анализ
Структурный анализ заключается в определении структуры механизма и числа степеней свободы
S = 3n – 2p5 = 3*3 – 2*4 = 1
Следовательно - механизм имеет 1 ведущее звено.
Кинематический анализ механизма
Построение планов скоростей механизма
Определение скоростей точек звеньев производится графо-аналитическим методом
VA = 𝜔1 * O1A = (π*n1 / 30)* O1A = (π*10/30)*1,5 = 1,5 м/с;
VB(2) = VA + VBA;
VB(3) = 𝜔3 * O1B
Изобразим вектор скорости VA из полюса плана скоростей PV . Этот вектор всегда направлен нормально к начальному звену в сторону его движения.
Примем длину вектора VA =75 мм, тогда масштабный коэффициент скорости будет равен
KV = VA / 45 = 1,5 / 75 = 0,02 мм.
В силу того, что точка В принадлежит третьему звену, вектор скорости VВ направлен перпендикулярно третьему звену. Кроме того, вектор VВА перпендикулярен звену 2 и поэтому точку b на плане скоростей получим как точку пересечения перпендикуляров к направлениям звеньев 2 и 3 в расчетном положении, проведенных соответственно через точки a и PV.
Величину скорости точки В найдем, измерив длину отрезка PVb на плане скоростей и умножим ее на масштабный коэффициент.
Угловые скорости находим как разность скоростей точек на длины звеньев.
Таким образом:
Положение 1
Скорость точки В и звена ВА:
VB = KV * PV(1)b = 0,02* 61,45 = 1,23 м/с
VBA = KV * ab = 0,02* 23,96 = 0,48 м/с
Угловые скорости 1,2 и 3 звена:
𝜔1 = π*n1 / 30 = π*10/30 = 1,05 рад/с;
𝜔2 = VBA/ ВА = 0,48/4,27 = 0,11 рад/с;
𝜔3 = VB/ О1В = 1,23/ 2 = 0,62 рад/с.
Положение 2
Скорость точки В и звена ВА:
VB = KV * PV(2)b = 0,02* 57,59 = 1,15 м/с
VBA = KV * ab = 0,02* 22,36 = 0,45 м/с
Угловые скорости 1,2 и 3 звена:
𝜔1 = π*n1 / 30 = π*10/30 = 1,05 рад/с;
𝜔2 = VBA/ ВА = 0,45/4,27 = 0,10 рад/с;
𝜔3 = VB/ О1В = 1,15/ 2 = 0,58 рад/с.
Положение 3
Скорость точки В и звена ВА:
VB = KV * PV(3)b = 0,02* 60,07 = 1,20 м/с
VBA = KV * ab = 0,02* 112,14 = 2,24 м/с
Угловые скорости 1,2 и 3 звена:
𝜔1 = π*n1 / 30 = π*10/30 = 1,05 рад/с;
𝜔2 = VBA/ ВА = 2,24/4,27 = 0,52 рад/с;
𝜔3 = VB/ О1В = 1,20/ 2 = 0,60 рад/с.
Построение планов ускорений механизма
Для определения величины нормальной составляющей ускорения точки А:
aAn = 𝜔12 * OA
𝜔1 = π*n1 / 30
Для определения величины нормальной составляющей ускорения точки В:
aB(3) = aBn + aB𝜏
aBn = 𝜔32 * O1B
𝜔3 = VB/ О1В
Для определения величины нормальной составляющей ускорения второго звена:
aB(2) = aA + aBAn + aBA𝜏
aBAn = 𝜔22 * AB
𝜔2 = VBA/ ВА
Выберем масштабный коэффициент равный отношению ускорения к длине отрезка изображающего это ускорение. Для обеспечения требуемой точности построения принимаем длину равной 80 мм.
KA = aAn / 80 мм
aAn = 𝜔12 * OA = 1,052 * 1,5 = 1,65 м/с2;
KA = aAn / 80 = 1,65 / 80 = 0,020 (м/с2)/мм
Положение № 1
Определяем величину нормальной составляющей ускорения точки А:
aAn = 𝜔12 * OA = 1,052 * 1,5 = 1,65 м/с2;
Определяем величину нормальной составляющей ускорения плечо О1В:
aB(3) = aBО2n + aBО2𝜏
aBn = 𝜔32 * O2B = 0,622*2=0,76 м/с2 = (38мм)
Определяем величину нормальной составляющей ускорения второго звена:
aB(2) = aA + aBAn + aBA𝜏
aBAn = 𝜔22 * AB = 0.112 * 4,27 = 0,05 м/с2;
an1 = aBAn/ KA = 0,05/ 0,02 =(2,5 мм)
Нормальная составляющая ускорения точки В:
аnВ = ( ω3 )2× ВО1
аnВ = ( 0,62 )2× 2 = 0,76 м/с2 =(38,5мм)
Определяю полное ускорение точки b:
аВ = PАb × КА ;
аВ = 58,5× 0,02 = 1,17 м/с2
Определяю угловое ускорение третьего звена:
ε3 = аτВ / ВО1 ;
ε3 = 0,88 / 2 = 0,44 рад/с2;
Определяю угловое ускорение второго звена:
ε2 = аτВА / ВА ;
ε2 = 0,87 / 4,27 = 0,2 рад/с2;
Нормальная составляющая полного ускорения точки С:
аnС = ( ω3 )2× СО1
аnС = ( 0,62 )2× 2 = 0,76 м/с2
Касательная составляющая полного ускорения точки С:
аτС = ε3 × СО1 ;
аτС = 0,44 × 2 = 0,88 м/с2
Нахожу ускорение точки D:
Нормальная составляющая полного ускорения четвертого звена
аnDC = ( ω4 )2× DC =0;
Полное ускорение точки D:
аD = PАd × КА ;
аD = 58,5 × 0.02 = 1,17 м/с2;
Определяю угловое ускорение четвертого звена:
ε4 = аτDC / DC ;
ε4 = 0,043 / 4003,775 = 0,000011 рад/с2
Положение № 2
Определяю величину нормальной составляющей ускорения точки А:
аnА = ( ω1 )2× ОА
аnА = ( 1,05 )2× 1,5 = 1,65 м/с2
Определяю ускорение точки В:
Нормальная составляющая ускорения второго звена:
аnВА = ( ω2 )2× АВ
аnВА = ( 0,1)2× 4,27 = 0,042 м/с2
Нормальная составляющая ускорения точки В:
аnВ = ( ω3 )2× ВО1
аnВ = ( 0,58 )2× 2 = 0,67 м/с2
Определяем полное ускорение точки b:
аВ = PАb × КА ;
аВ = 86,7× 0,02 = 1,73 м/с2;
Определяю угловое ускорение третьего звена:
ε3 = аτВ / ВО1 ;
ε3 = 1,72 / 2 = 0,86 рад/с2;
Определяю угловое ускорение второго звена:
ε2 = аτВА / ВА ;
ε2 = 0,79 / 4,27 = 0,23 рад/с2;
Нормальная составляющая полного ускорения точки С:
аnС = ( ω3 )2× СО1
аnС = ( 0,58 )2× 2 = 0,67 м/с2
Касательная составляющая полного ускорения точки С:
аτС = ε3 × СО1 ;
аτС = 0,86 × 2 = 1,72 м/с2
Нахожу ускорение точки D:
нормальная составляющая полного ускорения четвертого звена
аnDC = ( ω4 )2× DC =0;
Полное ускорение точки D:
аD = PАd × КА ;
аD = 72 × 0.02 = 1,44 м/с2;
Определяю угловое ускорение четвертого звена:
ε4 = аτDC / DC ;
ε4 = 0,96 / 4003,775 = 0,00024 рад/с2;
Положение № 3
Определяю величину нормальной составляющей ускорения точки А:
аnА = ( ω1 )2× ОА
аnА = ( 1,05 )2× 1,5 = 1,65 м/с2
Определяю ускорение точки В:
Нормальная составляющая ускорения второго звена:
аnВА = ( ω2 )2× АВ
аnВА = ( 0,52)2× 4,27 =1,15 м/с2
Нормальная составляющая ускорения точки В:
аnВ = ( ω3 )2× ВО1
аnВ = ( 0,6 )2× 2 = 0,72 м/с2
Определяем полное ускорение точки b:
аВ = PАb × КА ;
аВ = 162× 0,02 = 3,24 м/с2;
Определяю угловое ускорение третьего звена:
ε3 = аτВ / ВО1 ;
ε3 = 3,2 / 2 = 1,58 рад/с2;
Определяю угловое ускорение второго звена:
ε2 = аτВА / ВА ;
ε2 = 1,24 / 4,27 = 0,29 рад/с2;
Нормальная составляющая полного ускорения точки С:
аnС = ( ω3 )2× СО1
аnС = ( 0,6 )2× 2 = 0,72 м/с2
Касательная составляющая полного ускорения точки С:
аτС = ε3 × СО1 ;
аτС = 1,58 × 2,5 = 3,16 м/с2
Нахожу ускорение точки D:
нормальная составляющая полного ускорения четвертого звена
аnDC = ( ω4 )2× DC =0;
Полное ускорение точки D:
аD = PАd × КА ;
аD = 126 × 0.02 = 2,52 м/с2;
Определяю угловое ускорение четвертого звена:
ε4 = аτDC / DC ;
ε4 = 2,05 / 4003,775 = 0,00051 рад/с2;
Уравновешивание привода ШГН
Ржд = Fn × H × ρ × g;
Где:
Н – глубина скважины;
Ρ – плотность внутрискважинной жидкости;
g – ускорение свободного падения;
Fn – площадь плунжера насоса;
Fn = π × r2 = 3,14 × 0,0162 = 0,8×10 -3 м2
Ржд = 0,8×10 -3 × 4000 × 900 × 9,81 = 28 252 кг;
Ршт = gштанг × Н × g;
Где:
gштанг – вес 1 метра насосных штанг;
Ршт = 4 × 4000 × 9,81 = 156 960 кг;
Gшт.жд = γ × Ршт ;
Где:
γ – коэффициент потери веса штанг в жидкости (0,89)
Gшт.жд = 0,89 ×156 960 = 139 964 кг;
Fин = G шт × a / g;
Fин =139 964 ×2,52 / 9,81 = 35 884,6 Н;
Ψ = fтр / ( fтр + fср. шт );
Ψ = 1275 / ( 1275 + 310,16 ) = 0,8;
λ = ( Ржд × Н )/( Е × fср. шт );
λ = (28 252 × 4000 )/( 2,1×105 × 310,16 ) = 173 501 ×10-5 м;
Pмах = Ржд + Pшт.жд + 0,011× ( Dпл / dср.шт ) × n × Ршт × Ψ×S - λ + 1000;
Pмин = Ржд - 0,011× ( Dпл / dср.шт ) × n × Ршт × Ψ×S - λ - 1000;
Pмах = 28 252 + 139 964 + 0,011 × (0,028/0,05)× 2× 156 960 × 0,116 +1000 ;
Pмах = 171 459 Н;
Pмин = 28 252 - 0,011 × (0,028/0,05)× 2× 156960 × 0,116 -1000;
Pмин = 27 008 Н;
Мур = S × (Pмах + Pмин ) / 2g;
Мур = 0,9 × ( 171459 + 27008 ) / 19,62 = 9103 кг × м;
По графику уравновешивания привода ШГН и рассчитанному уравновешивающему моменту, определяем радиус установки противовесов и количество противовесов.