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[摘 要]本文主要探讨新型平行四连杆抽油机的传动机构结构不平衡问题，在SolidWorks2010软件平台下构建新平行四连杆机构，之后对其存在的不平衡性进行分析研究，并且通过天平原理对平行四连杆进行优化。
[关键词]四连杆 抽油机 传动机构 结构计算 初始优化 平衡优化
中图分类号：7ID63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0294-01
随着社会的进步与科技的发展，现代抽油机逐渐向节能型发展。抽油机平衡在整个损失中所占比例高达50%甚至以上，因此，其作为节能的重点研究对象。传统的游梁式抽油机的平衡，不能直接通过平衡重块来取得平衡。能量损失与抽油机扭矩的变化有着直接的关系，在同等条件下，如果抽油机扭矩发生明显改变，那么电流的均方根值就会呈向上走势，从而能量的损失也就越大；如果汽油机扭矩并没有发生变化，而是较为平稳，那么能量的损失就会越小。所以对抽油机扭矩变化的控制，并让其在平稳的状态下运行，是节能型抽油机的主要特征。本文主要探讨新型平行四连杆抽油机的传动机构结构不平衡问题，在SolidWorks2010软件平台下得到新平行四连杆机构，对其不平衡性进行研究，并且选择天平原理对平行四连杆进行优化。
一.平行四连杆机构模型
平行四连杆机构是传动机构，其一方面可以起到传动作用，另一方面还可以将运动精准的进行放大。平行四连杆机构模型如下图1所示，其主要的构成部分是驱动臂AF、从驱动臂FB、长支撑杆EC、短支撑杆CG以及基座C。根据抽油机运动的特点，抽油机悬点运动轨迹一定要达到直线运动，当B点以直线进行运动，这个机构传递的运动会另A点也随之进行直线运动（图1）。
本文以12型传统游梁式抽油机数据做为模仿原型。依照抽油机设计原理，多连杆机构首先要达到抽油机运动及动力目标参数。F=120kN；S=3.6m；悬点冲次为6次/min；k=3。
二.结构计算与优化
（一）初始优化
依照图1中所给出的尺寸和位置关系，与模型参数相结合后，设定驱动臂，从驱动臂，长支撑杆，短支撑杆，限制B点运动轨迹为直线，因此A点也为直线，构建的简单模型如（图2）。
要使传动机构可以稳定运作，传动机构的力学性能一定要充分，综合多项因素，本文以最经济的成本确定有效的构件材料以及形状。选择有限元分析对驱动臂、支撑杆进行静態以及优化分析，以力学性能为基础，进行质量最小化设计，最终给予装配和仿真，另运动特性与模型参数相匹配，初始优化后如上图3.
（二）质心轨迹坐标和结构平衡优化
以基座为支点，抽油机在整体运动时会形成支点的力矩不平衡状态，这种状态会导致力矩变化的明显，使抽油机运动无法得到平稳，造成能耗增加。质量力与质心对支点的力臂，决定了力矩发生变化。根据（图3）给出的装配结构，在Solidworks软件中，对传动机构实施运动仿真。
根据模型给出的参数，本文通过质量属性，在一个规定的周期内每相隔1s取质心坐标，从而得出此传动机构的三维质心运动轨迹。根据结果，质心坐标值证实了平行四连杆机构质心十分显著的移离了支点，所以为了使力矩不出现变化，必须在以力学性能得到保障的基础上对其进行转变，从而另其质心以最大程度的接近支点。此抽油机的传动机构在运作时，速度相对较慢，因此选用天平原理，在质心移离支点的另一个端增填平衡轮，需要注意的是一定要另平衡轮的轨迹与质心轨迹最大程度的相同，以满足两个端点的全力矩的最小化。
本文通过三套设计方案进行对比，以便可以深一层次的掌握质心变化的走向，确定最佳的尺寸组合。改变三组的平衡轮直径再实施运动仿真，取值办法与之前相同。根据坐标值结果，得到X、Y轴心移离坐标轨迹，如（图4、5）。
根据结果，可以得到结构优化后的平行四连杆机构的质心X、Y坐标值较最初的结构有非常明显的减小，同时变化的幅度明显降低，以至达到力矩减弱的效果，最终使抽油机要求的扭矩减弱，并满足变化平稳的状态，明显降低能耗。
在优化之后的传动机构中，X、Y轴质心坐标具有显著的差别，减少的最大程度高达，86.54%和91.37%，使传动机构运动的平稳性得到了进一步的提高，很大程度上达到了结构平衡的需求，并且其的能耗相对较低。
参考文献
[1] 杨侠，宋晶，郭钊，余蓓. 四连杆抽油机传动机构的结构计算与优化[J]. 机电工程，2013，02：152-155.
[2] 杨侠，郭钊，张向明，岳曲.四连杆抽油机传动机构的运动学及动力学分析[J]. 石油和化工设备，2011，11：11-13.
[3] 宋晶.四连杆抽油机的运动机构设计及动力学分析[D].武汉工程大学，2013.
[4] 王磊.新型传动抽油机设计与研究[D].西安石油大学，2012.
[5] 徐中文.抽油机设计软件开发及优化设计[D].大庆石油大学，2006.
作者简介
孙涛，男，1986年5月生，吉林白城人，唐山首信自动化信息技术有限公司助理工程师，方向：机电工程.
[关键词]四连杆 抽油机 传动机构 结构计算 初始优化 平衡优化
中图分类号：7ID63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0294-01
随着社会的进步与科技的发展，现代抽油机逐渐向节能型发展。抽油机平衡在整个损失中所占比例高达50%甚至以上，因此，其作为节能的重点研究对象。传统的游梁式抽油机的平衡，不能直接通过平衡重块来取得平衡。能量损失与抽油机扭矩的变化有着直接的关系，在同等条件下，如果抽油机扭矩发生明显改变，那么电流的均方根值就会呈向上走势，从而能量的损失也就越大；如果汽油机扭矩并没有发生变化，而是较为平稳，那么能量的损失就会越小。所以对抽油机扭矩变化的控制，并让其在平稳的状态下运行，是节能型抽油机的主要特征。本文主要探讨新型平行四连杆抽油机的传动机构结构不平衡问题，在SolidWorks2010软件平台下得到新平行四连杆机构，对其不平衡性进行研究，并且选择天平原理对平行四连杆进行优化。
一.平行四连杆机构模型
平行四连杆机构是传动机构，其一方面可以起到传动作用，另一方面还可以将运动精准的进行放大。平行四连杆机构模型如下图1所示，其主要的构成部分是驱动臂AF、从驱动臂FB、长支撑杆EC、短支撑杆CG以及基座C。根据抽油机运动的特点，抽油机悬点运动轨迹一定要达到直线运动，当B点以直线进行运动，这个机构传递的运动会另A点也随之进行直线运动（图1）。
本文以12型传统游梁式抽油机数据做为模仿原型。依照抽油机设计原理，多连杆机构首先要达到抽油机运动及动力目标参数。F=120kN；S=3.6m；悬点冲次为6次/min；k=3。
二.结构计算与优化
（一）初始优化
依照图1中所给出的尺寸和位置关系，与模型参数相结合后，设定驱动臂，从驱动臂，长支撑杆，短支撑杆，限制B点运动轨迹为直线，因此A点也为直线，构建的简单模型如（图2）。
要使传动机构可以稳定运作，传动机构的力学性能一定要充分，综合多项因素，本文以最经济的成本确定有效的构件材料以及形状。选择有限元分析对驱动臂、支撑杆进行静態以及优化分析，以力学性能为基础，进行质量最小化设计，最终给予装配和仿真，另运动特性与模型参数相匹配，初始优化后如上图3.
（二）质心轨迹坐标和结构平衡优化
以基座为支点，抽油机在整体运动时会形成支点的力矩不平衡状态，这种状态会导致力矩变化的明显，使抽油机运动无法得到平稳，造成能耗增加。质量力与质心对支点的力臂，决定了力矩发生变化。根据（图3）给出的装配结构，在Solidworks软件中，对传动机构实施运动仿真。
根据模型给出的参数，本文通过质量属性，在一个规定的周期内每相隔1s取质心坐标，从而得出此传动机构的三维质心运动轨迹。根据结果，质心坐标值证实了平行四连杆机构质心十分显著的移离了支点，所以为了使力矩不出现变化，必须在以力学性能得到保障的基础上对其进行转变，从而另其质心以最大程度的接近支点。此抽油机的传动机构在运作时，速度相对较慢，因此选用天平原理，在质心移离支点的另一个端增填平衡轮，需要注意的是一定要另平衡轮的轨迹与质心轨迹最大程度的相同，以满足两个端点的全力矩的最小化。
本文通过三套设计方案进行对比，以便可以深一层次的掌握质心变化的走向，确定最佳的尺寸组合。改变三组的平衡轮直径再实施运动仿真，取值办法与之前相同。根据坐标值结果，得到X、Y轴心移离坐标轨迹，如（图4、5）。
根据结果，可以得到结构优化后的平行四连杆机构的质心X、Y坐标值较最初的结构有非常明显的减小，同时变化的幅度明显降低，以至达到力矩减弱的效果，最终使抽油机要求的扭矩减弱，并满足变化平稳的状态，明显降低能耗。
在优化之后的传动机构中，X、Y轴质心坐标具有显著的差别，减少的最大程度高达，86.54%和91.37%，使传动机构运动的平稳性得到了进一步的提高，很大程度上达到了结构平衡的需求，并且其的能耗相对较低。
参考文献
[1] 杨侠，宋晶，郭钊，余蓓. 四连杆抽油机传动机构的结构计算与优化[J]. 机电工程，2013，02：152-155.
[2] 杨侠，郭钊，张向明，岳曲.四连杆抽油机传动机构的运动学及动力学分析[J]. 石油和化工设备，2011，11：11-13.
[3] 宋晶.四连杆抽油机的运动机构设计及动力学分析[D].武汉工程大学，2013.
[4] 王磊.新型传动抽油机设计与研究[D].西安石油大学，2012.
[5] 徐中文.抽油机设计软件开发及优化设计[D].大庆石油大学，2006.
作者简介
孙涛，男，1986年5月生，吉林白城人，唐山首信自动化信息技术有限公司助理工程师，方向：机电工程.