基于ADAMS的抽油机曲柄连杆机构的仿真与优化设计

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1、基于ADAMS的抽油机曲柄连杆机构的仿真与优化设计贺翠华，王树凤（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255049）摘要：采用虚拟样机技术，以CYJ10-3-53HB型抽油机为例，在ADAMS中建立了该抽油机的曲柄连杆机构虚拟样机模型，对其进行了动态仿真，完成了抽油机的运动和力学分析。为获得更好的抽油机工作性能，在曲柄连杆机构参数化变量的基础上进行了优化设计。优化结果表明，在提升相同的油重和满足各种约束条件的情况下，悬点加速度均方根值比优化前降低了26.77%，曲柄扭矩均方根值比优化前降低了30.91%左右，这显然有利于抽油机抽油效率的提高和使用寿命的延长。关键词

2、：游梁式抽油机；曲柄连杆机构；优化设计；虚拟样机技术SimulationandOptimizationofCrank-LinkMechanismofPumpingUnitBasedonADAMSHECui-hua；WANGShu-feng（SchoolofTransportationandVehicleEngineering,ShandongUniversityofTechnology,ZiboChina255049）Abstract:ApplyingtheVirtualPrototypeTechnologyandtakingtheCYJ10-3-53HBwalkin

3、g-beampumpingunitforexample,thevirtualprototypemodelofpumpingunitcrank-linkmechanismwasbuilt.Thecorrespondingdynamicsimulationwascarriedouttomakethekinematicsanddynamicsanalysis.Basedontheparametricvariables,theoptimizationdesignwasconductedtogetbetterperformanceofpumpingunit.Theresults

4、showthattherootmeansquarevalueofaccelerationofsuspensepointisreducedabout26.77%andtheoneofcranktorqueisreducedabout30.91%comparedwiththeoriginalmachinesunderthesameconditions(oilweightandconstraints).Theapplicationofvirtualprototypinginproductdevelopmentcanimproveproductquality,shortend

5、evelopmentcycle,andreducecosts.Keywords:Walking-BeamPumpingUnit;Crank-Linkmechanism;OptimizationDesign;ADAMS1引言键的设计参数，以期及时发现缺陷，达到提高产品质曲柄连杆机构作为游梁式抽油机的核心机构，其量、缩短开发周期、降低成本的目的，且易于理解、设计质量直接影响抽油机的使用性能。如果设计不合便于操作。本文以CYJ10-3-53HB型抽油机为例，对其理不仅会使曲柄轴处扭矩波动过大，造成抽油机工作进行了建模、仿真分析与优化。不平稳，从而影响抽油效率而且会缩短抽油机

6、的寿命。2建立模型目前抽油机的曲柄连杆机构铰接点较多，设计时需反该抽油机实物图如图1a所示，曲柄连杆机构由曲复计算校核各铰接点的受力情况和运动轨迹，若用解柄和平衡块、连杆和横梁、游梁和驴头、悬绳等组成。析法、作图法，其计算量大，且易出错[1,2,3]。随着虚拟本文将曲柄连杆机构简化为图1b所示的模型，以曲柄样机技术的推广应用，技术人员可以在计算机上建立旋转中心A为坐标原点，其垂直向上为y轴正向，水抽油机模型，模拟在现实环境下曲柄连杆机构的运动平向右为x轴正向，建立坐标系，AB为曲柄，BC为学和动力学特性，然后根据仿真结果进行优化设计。连杆，CD为游梁后臂，DE为游梁前

7、臂，在A点曲使用虚拟样机技术设计产品，可以在设计早期确定关柄与抽油机的减速器输出轴铰接，在B点曲柄与连杆铰接，在C点游梁后臂与游梁前臂铰接，在D点游梁件，3个转动副，1个移动副，1个固定副，1个转动与抽油机支撑架铰接。驱动和1个外力构成。表1CYJ10-3-53HB型抽油机结构参数垂直中心距（m）3.31水平中心距（m）2.3游梁前臂长l4（m）3yl2游梁后臂长l3（m）2.4连杆长度l2（m）3.35曲柄回转半径l1（m）1.15Ba抽油机实际模型冲次（min-1）63仿真分析3.1抽油机运动分析游梁式抽油机运动分析的目的是对应于抽油机某θl1一