» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Январь, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (10) 2018

Автор: Острицов Иван Владимирович, Магистрант
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Алгоритм построения кинематической схемы станка-качалки в параметрическом режиме в системе автоматизированного проектирования (САПР) Компас 3-D

Статья просмотрена: 125 раз

УДК 622.276:004.94

АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СТАНКА-КАЧАЛКИ В ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР) КОМПАС 3-D

Острицов Иван Владимирович, магистрант 2 курса

Оселедец Виктор Александрович, магистрант 2 курса

Кадеров Хайдярь Кадерович

кандидат технических наук, доцент, доцент

Киреев Сергей Олегович

доктор технических наук, профессор

Донской государственный технический университет (ДГТУ), г. Ростов-на-Дону

 

Аннотация. В статье описывается алгоритм построения кинематической схемы станка-качалки в системе автоматизированного проектирования (САПР). Основное внимание любого инженера-конструктора разрабатывающего кинематическую схему станка-качалки должно быть обращено на правильность проектирования шарнирного четырехзвенного механизма, чтобы движение точки подвеса штанг происходило по определенному закону, обеспечивающему нормальную и заданную работу глубинного насоса, колонны насосных штанг и т.д. Конструирование штанговых скважинных насосных установок ШСНУ является очень сложной задачей, которая с применением компьютерных вычислений может быть упрощена, а при помощи САПР можно добиться ещё более значительного упрощения. Предлагаемый алгоритм построения кинематической схемы станка-качалки позволяет проводить автоматические перестроения кинематической схемы СК согласно проведенным расчетам основных длин звеньев механизма, а так же необходим для правильности проектирования шарнирного четырехзвенного механизма станка-качалки.

Ключевые слова: Алгоритм построения, Компас 3-D, кинематическая схема СК, станок-качалка, СК, четырехзвенный механизм, проектирование станка-качалки, параметрический режим.

 

Станки-качалки предназначены для передачи поступательного движения глубинному штанговому насосу, расположенному на дне скважины.

Кинематическая схема преобразующего механизма балансирного станка-качалки представляет четырехзвенный механизм, преобразующий вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение колонны штанг. Кинематическая схема такого механизма представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Шарнирный четырехзвенных механизм станка-качалки.

Правильность проектирования четырехзвенного шарнирного механизма – главная задача любого инженера-конструктора проектирующего кинематическую схему СК. Правильное проектирование позволяет достичь закона движения точки подвеса штанг, близкого к идеальному - гармоническому [1]. При проектировании так же следует учитывать что, для уменьшения затрат на энергию оборудование должно обладать рациональной кинематической схемой.

Конструирование СК является не простой задачей. Однако, с развитием технологий и вычислительных способностей подобная задача упрощается. В машиностроении и приборостроении возникают специализированные программы для проектирования, так называемые САПР – системы автоматизированного проектирования [2]. Такие системы позволят не просто провести необходимый расчет с помощью компьютерных мощностей, что является более быстрым и точным способом, но и позволят автоматически выполнить необходимые построения механизма.

Целью данной статьи является – описать предложенный алгоритм построения кинематической схемы СК, при помощи параметрического режима в САПР.

Для решения задачи по созданию алгоритма построения параметризированной кинематической схемы СК, а так же расчета основных размеров станка-качалки с помощью САПР необходимо для начала определиться в какой системе автоматизированного проектирования будет вестись дальнейшая работа. В данной статье выбрана программа отечественного производства – Компас 3-D, которая обладает всеми необходимыми инструментами для создания расчета, такими инструментами являются: параметрический режим, интерфейс позволяющий проводить сложные математические вычисления внутри самой программы. Сам расчет будем проводить по методике расчета описанной в статье [3].

Поскольку привод ШСНУ является простым, в кинематическом понимании, механизмом с одной степенью свободы, то построение такого механизма можно начать с выходного звена. Выходным звеном механизма станка качалки является передняя часть балансира. Построения будем проводить в крайних положениях четырехзвенного механизма, которые позволят провести расчеты для определения основных размеров механизма, а так же наглядно увидеть диапазон движения звеньев механизма.

В программе Комапас 3-D в верхней вкладке меню нажимаем кнопку «Файл» открываем пункты – «Создать» \ «Фрагмент», начинаем построения с центра оси координат. В верхней панели инструментов включаем «параметрический режим», затем в боковой панели инструментов выбираем «Параметризация» \ «Отображать ограничения». Далее выбираем на боковой панели инструментов «Геометрия» / «Отрезок» и начинаем построения с центра координат. Строим 4 отрезка, которые будут являться крайним верхним и крайним нижним положениями плеч балансира, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Начало построения кинематической схемы СК.

Далее выбираем «Параметризация» / «Коллинеарность» в боковой панели инструментов и устанавливаем коллинеарность двух отрезков, которые впоследствии будут являться балансиром, его передним и задним плечом. Так же поступаем и с другим крайним положением балансира. Затем, в боковой панели инструментов выбираем «Геометрия» / «Отрезок» и с зажатой клавишей Shift (горячая клавиша для операции «горизонтальность») на клавиатуре проводим отрезок через центр координат. В выплывающем меню выбираем тип линии – тонкая. Этот отрезок является вспомогательным построением, а так же покажет горизонталь. Далее в боковой панели инструментов выбираем «Параметризация» / «Биссектриса» и указываем крайние положения балансира и горизонтальный отрезок. В итоге получаем равные углы от горизонтального отрезка до плеча балансира. После задаем размеры для плеч, указывая в выплывающем меню не числовое значения а буквенное – k1 и k, для переднего и заднего плеча балансира соответственно. Числовые значения для переменных k1 и k будут присвоены позже. Присвоение буквенных переменных выполняем для обоих положений балансира, по итогу получается такое построение, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Крайние положения плеч балансира СК.

После этого у нас создались переменные k1 и k, задать их значения нужно в верхней панели инструментов, кнопка «Переменные». В открывшемся меню вводим все остальные переменные, согласно методике расчета описанной в статье [ссылка на первую статью]. Внесенные переменные и их формулы представлены на рисунке 4.

Рис. 4. Меню «переменные» с внесенными переменными и формулами.

Далее крайние правые точки на задних плечах балансира соединяем горизонтальным отрезком – «Геометрия» / «Отрезок». В выплывающем меню выбираем тип линии – тонкая. Это будут точки В1 и В2. Затем из этих точек строим отрезки произвольной длины и направления, и при указании размера задаем переменную  QUOTE    (рис.5).

Рис. 5. Крайние положения звеньев: балансира и шатуна.

Вносим в меню «Переменные» формулу размаха балансира. Буквенного обозначения греческого алфавита в программе Компас 3-D нет, поэтому записываем переменную как delta0 . Затем переводим полученные радианы в градусы, задав имя переменной delta_grad (рис. 6) и присваиваем угловому размеру эту переменную (рис. 7).

Рис. 6. Получившиеся формулы для расчета угла размаха и перевод их в градусы.

 

Рис. 7. Кинематическое построение СК с углом размаха балансира.

Поскольку кинематическая схема станка-качалки симметричная, то центр вращения кривошипа находится на вспомогательной вертикальной прямой, проходящей через точки B1 и B2. Чтобы определить местоположение центра вращения кривошипа необходимо от конца длины шатуна  отложить длину радиуса r вертикально вверх для крайне нижнего положения. Далее присваиваем отрезкам (шатун и кривошип) вертикальность при помощи команды «Параметризация» / «Вертикальность».

Затем при помощи команды «Параметризация» / «Объеденить точки» объединяем кривошип и шатун для верхнего крайнего положения, предворительно отложив отрезок равный r от центра окружности вверх (рис. 8).

 

Рис. 8. Объединение кривошипа и шатуна.

Далее, для удобства, помещаем одно крайнее положение в слой 1, а другое крайнее положение в слой 2 (рис.9).

Рис. 9. Созданный слой 1 и слой 2.

По итогу получена кинематическая схема четырехзвенного шарнирного механизма в САПР, программе Компас 3-D, а также автоматизированные расчеты по вычислению длин основных звеньев. За счет режима параметризации в программе Компас 3-D при изменении переменных в окне «переменные» изменяются и длины звеньев механизма, что отображается на схеме. Это позволяет, изменив численные значения переменных перестроить кинематическую схему автоматически.

В ходе работы был показан алгоритм построения кинематической схемы СК в параметрическом режиме САПР – Компас 3-D. Разработана кинематическая схема станка-качалки, при помощи режима параметризации интегрирован расчет по методу описанному в статье [ссылка на первую статью]. Использование возможностей автоматизированного проектирования позволит систематизировать наработки за все годы производства станков-качалок в нашей стране. Использование такой базы позволит проектировать и создавать станки-качалки любых модификаций, разрабатывать новые модификации, разработать новые методы расчета.

 



Список литературы:

  1. Чичеров, Л.Г. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования / Л.Г. Чичеров, Г.В. Молчанов, А.М. Рабинович и др. – М: Педра, 1987. – 422 с.
  2. Мищенко, И.Т. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для вузов / Мищенко И.Т. – М: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 816с.
  3. Острицов И.В. Методика расчета основных размеров станка-качалки // Наука через призму времени. – 2017. – № 8. – С. 23–27.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: