基于SolidWorks的四连杆抽油机结构优化

0 引言

    四连杆抽油机主要包括平行四连杆机构、手轮移位机构、曲柄连杆驱动机构、平衡块、立梁和支架等。基座和驱动臂是四连杆抽油机最危险的2个部分，其设计水平的高低对整机的作业性能至关重要。为此，用 Simulation软件对12型四连杆抽油机的基座和驱动臂进行有限元分析，并对驱动臂进行优化设计，力求在满足使用性能和工程要求的情况下，降低生产成本，提高经济效益。

1 模型的建立

    1.1 三维实体模型

    基座选用铸造碳钢材料，由底板与2侧壁浇注组合而成，它与平行四连杆机构通过转动销连接。驱动臂选用Q235钢，平行四连杆机构杆件与杆件之间同样通过转动销连接。应用建立基座和驱动臂的模型时，考虑到其尺寸、约束、载荷等具体参数在设计之初均未知，因此根据机械工程经验，参照现有12型抽油机，任意选取基座和驱动臂初始参数：基座底板和侧壁厚30mm，驱动臂杆长4000mm，杆宽330mm，杆厚200mm，建立三维实体模型，如图1所示。

图1 基座和驱动臂实体模型

    1.2 有限元网格模型

    添加约束与载荷：基座底部是焊接在轴承座上的，平行四连杆机构杆件与杆件通过转动销连接，因此，对基座下表面施加固定约束，采用固定铰链约束驱动臂销孔1和2。针对12型四连杆抽油机，基座销孔处为主要承力部位，受竖直向下240kN载荷作用，考虑到驱动臂受弯矩作用，在与杆长垂直方向悬点销孔处施加120kN载荷。

    网格划分：网格数量主要影响计算结果的精度和规模大小，所以采用高品质实体网格，雅可比点选择16。图2为底座和驱动臂有限元模型，其中底座网格模型设置单元大小为7.02，公差为0.35，划分网格单元总数为65058，节总数为103631；驱动臂网格模型单元大小为32.34，公差为1.62，划分网格单元总数为54811，节总数为82323。

图2 基座和驱动臂有限元模型

2 基于 Simulation的有限元分析

    应用 Simulation对四连杆抽油机的基座和驱动臂进行静态力学分析，基座应力云图和位移云图如图3所示，驱动臂应力云图和位移云图如图4所示。

图3 基座应力和位移云图

图4 驱动臂应力和位移云图