直线电机抽油机悬点运动特性的动态仿真

匀
速
阶
段
。 ………………………………………………
（２）
烆ｂｓｉｎ（ωｔ）
Ｔ－ｔ０ ＜ｔ≤Ｔ 减 速 阶 段
（３）悬 点 上 冲 程 的 位 移 表 示 为 ：
收 稿 日 期 ：２０１２－０１－０５； 修 回 日 期 ：２０１２－０２－１９ 作者简介：许德福 （１９８５－），男，甘肃武威人，在读硕士研究生，研究方向为计算机集成制造技术。
摘要：以直线电机抽油机悬点运动的数学模型为基础，采用 ＭＡＴＬＡＢ 软件的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块建立悬点的 运 动 模型，对直线电机抽油机的悬点进行动态仿真，得出了悬点的速度、加速度以及位移的变化规律，并结合现 场采油时的实际情况分析比较了仿真结果。 关键词：悬点；抽油机；动态仿真 中 图 分 类 号 ：ＴＥ９３３＋ ．１∶ＴＰ３９１．９ 文 献 标 识 码 ：Ａ
抽 油 机 相 比 减 少 了 减 速 装 置 、传 动 装 置 以 及 四 杆 机 构 ，
（１）悬 点 上 冲 程 的 速 度 表 示 为 ：
因此直线电机抽油机在ຫໍສະໝຸດ Baidu构上比游梁式抽油机和无游 梁式抽油机要简单得 多，因 此 在 实 际 应 用 中 它 具 有 结 构 简 单 、维 护 方 便 、成 本 低 、冲 程 长 、冲 次 低 等 一 系 列 优 点。
ｂ 烆ω
［１－ｃｏｓ（ωｔ）］
（４）悬 点 下 冲 程 的 位 移 表 示 为 ：
Ｔ ２
－ｔ０
＜ｔ≤Ｔ２
减
速
阶
段
烄ｂ ω
［１－ｃｏｓ（ωｔ）］
Ｔ２
＜ｔ≤Ｔ２
＋ｔ０
加
速
阶
段
Ｓ（ｔ）＝烅ωｂ ｛１－ｃｏｓ［ω（Ｔ２＋ｔ０）］｝＋ｂ（ｔ－Ｔ２－ｔ０）ｓｉｎ（ωｔ０）
Ｔ ２
ｂｓｉｎ（ωｔ） 烆
Ｔ ２
－ｔ０＜ｔ≤Ｔ２
减
速
阶
段
………………………………………………… （１）
（２）悬 点 下 冲 程 的 速 度 表 示 为 ：
烄ｂｓｉｎ（ωｔ） Ｔ２ ＜ｔ≤Ｔ２ ＋ｔ０ 加 速 阶 段
ｖ（ｔ）＝烅ｂｓｉｎ［ω（Ｔ２ ＋ｔ０）］
Ｔ ２
＋ｔ０
＜ｔ≤Ｔ－ｔ０
第 ３ 期 （总 第 １７２ 期 ） ２０１２ 年 ６ 月
机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７２－６４１３（２０１２）０３－００４３－０３
Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．
直线电机抽油机悬点运动特性的动态仿真分析
许德福，樊 军，郭书军
（新疆大学 机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 ８３００４７）
现周期性变化，这是 因 为 悬 点 受 一 个 周 期 性 载 荷 的 作
１ 直 线 电 机 抽 油 机 悬 点 运 动 的 数 学 模 型 悬点的运 动 形 式 主 要 取 决 于 电 机 的 初 级 运 动 形
式，即电机的初级速度、加速度等变化规律 。 ［５］ 而 电 机
直线电机抽油机能很 好 地 解 决 这 些 问 题，因 此 直 线 电 的初级运动变化规律主要取决于电机本身的性能。
０ 引 言 我国目前多数油 田 的 开 采 都 进 入 了 中 后 期，对 采
油设备的开发与研究水平也越来越高 。 ［１］ 大多数 油 田
抽油机的运动过程中 悬 点 的 速 度、加 速 度 以 及 位 移 等 都在发生周期性的变 化，掌 握 这 些 变 化 是 掌 握 悬 点 运 动规律的基础。本文 利 用 悬 点 运 动 的 数 学 模 型，利 用
的抽油机无论是游梁式的还是无游梁式的所采用的动 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立其仿真计 算 模 型，得 出 了 悬 点 运 动 的 周
力设备都是旋转电机。电机将电能转化为旋转运动， 期性变化图谱。
再经过减速器两次减 速，然 后 通 过 四 杆 机 构 将 旋 转 运 动转化为直线往 复 运 动 。 ［２，３］ 这 样 在 中 间 转 化 过 程 中 必然存在转化效率 低、电 能 浪 费 大 等 一 系 列 现 象。 而
机抽油机从问世到现在得到了广泛的应用。
直线电机 抽 油 机 在 上 冲 程 和 下 冲 程 的 运 动 过 程
直 线 电 机 抽 油 机 主 要 由 直 线 电 机、桁 架、转 向 滑 轮、刹车装置、钢丝 绳、抽 油 杆 等 部 件 组 成。 与 常 规 的
中，其运动形 式 主 要 分 为 加 速、匀 速、减 速 ３ 个 阶 段。 它们可以用以下方程组表示 。 ［６］
频 率 ，ω＝２Ｔπ；ｂ 为 系 数 。
２ 在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中 建 立 仿 真 模 型
在 Ｆｕｎｃｔｉｏｎ模块 中 采 用 编 程 的 方 法 来 控 制 位 移 函数，以时间为函数变量，采用 Ｃｌｏｃｋ
图 １ 位 移 仿 真 计 算 图
图 ２ 速 度 、加 速 度 仿 真 计 算 图
Ｍａｔｌａｂ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ 中 的 部 分 程 序 如 下 ：
＋ｔ０＜ｔ≤Ｔ－ｔ０
匀
速
阶
段
。
………… （４）
ｂ 烆ω
［１－ｃｏｓ（ωｔ）］
其中：ｔ０ 为加速运动或者减速运动的时间，它可以根 据
实际需要来增大 或 者 减 小；Ｔ 为 运 动 周 期，Ｔ＝６Ｎ０，它
可以根据需要通过调节电机来控制，Ｎ 为冲次；ω 为圆
Ｔ－ｔ０ ＜ｔ≤Ｔ 减 速 阶 段
模 块 控 制 时 间 变 量 。 在 建 立 速 度 、加 速 度 的 模 型 时 ，用 加速度函数通过积分器来模拟速度的变化。图１为位 移 仿 真 计 算 图 ，图 ２ 为 速 度 、加 速 度 仿 真 计 算 图 。
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机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１２年第３期
烄ｂ ω
［１－ｃｏｓ（ωｔ）］
０≤ｔ≤ｔ０
加
速
阶
段
Ｓ（ｔ）＝烅ωｂ ［１－ｃｏｓ（ωｔ）］＋ｂ（ｔ－ｔ０）ｓｉｎ（ωｔ０） ｔ０＜ｔ≤Ｔ２－ｔ０ 匀速阶段 。 …………………………… （３）
悬点运动参数是标志抽油机工作能力的重要参数 之 一 ，也 是 抽 油 机 设 计 计 算 和 选 择 使 用 的 主 要 根 据 ，掌 握悬点运动规律是优化和改进抽油设备的基 础 。 ［４］ 在
烄ｂｓｉｎ（ωｔ） ０≤ｔ≤ｔ０ 加速阶段 ｖ（ｔ）＝烅ｂｓｉｎ（ωｔ０） ｔ０＜ｔ≤Ｔ２－ｔ０ 匀速阶段 。