Общие сведения

Почти все узлы штанговой насосной установки работают в условиях действия переменных напряжений, обусловленных изменением нагрузки на колонну штанг и головку балансира при ходе вверх и при ходе вниз, причем в таком режиме оборудование работает длительное время, для того чтобы обеспечить долговременную работу деталей в таком режиме необходимо знать соответствующую методику расчета деталей на несущую способность при условии воздействия переменных напряжений. В общем случае характерным является среднее напряжение цикла s_m и амплитудное напряжение s_а:

В случае приближенного расчета, можно считать, что нагрузки Р_б В точке подвеса штанг и усилия в шатуне Р_ШАТ направлены вертикально вниз и перпендикулярны продольной оси балансира (см. рисунок 17.1).

Расчет будет заключаться в определении максимальных изгибающих моментов, действующих на балансир и момента сопротивления сечения балансира, по которому должен быть выбран необходимый профиль двутавра.

Максимальный момент определяется:

где m - коэффициент учитывающий увеличение максимальной нагрузки в точке подвеса штанг при мгновенном заклинивании, m = 1,5...2,0.

Рисунок 17.1 Расчётная схема балансирного СК

Так как балансир изготавливается из углеродистой стали обыкновенного качества, для которой предел прочности равен [s_В] = 380...490 МПа, а сопротивление изгибу принято считать [s_-1] = 0,43[s_В], следовательно, момент сопротивления сечения:

По таблице стандартных профилей определяется номер двутавра, из которого должен быть изготовлен балансир.

При проверке балансира на действие переменных нагрузок, необходимо вычислить значение минимального момента, действующего на балку балансира:

Подсчитываются значения фактических максимальных и минимальных напряжений изгиба в опасном сечении, которое находится в месте опоры балансира:

Амплитудное значение напряжения:

Среднее значение напряжения:

Снижение пределов выносливости вследствие концентрации напряжений характеризуется эффективным коэффициентом концентрации напряжений:

где коэффициенты , , - определяются экспериментально и равны исходя из формы сечения балансира:

=0,9; = 1,5; =0,6.

Коэффициент запаса прочности:

;

где (s_а)_Э – напряжения при ассиметричном цикле нагружения и характеризует влияние конструктивных и технологических факторов: