基于SolidWorks的双驴头抽油机支架三维建模及结构优化

    双驴头抽油机是一种新型游梁式抽油机，是在游梁式抽油机的游梁后臂上增加了一个后驴头，将连杆与游梁的联接传动副变为柔性件，并与后驴头相切联接，从而改变了连杆与游梁之间的传力特性，使其较游梁式抽油机的性能有所改善。其主要特点是改进了常规抽油机的四连杆机构，使之成为变参数四连杆机构，便于调节抽油机冲程和平衡度。

1 主要特点

    是美国公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上，在Windows环境下实现的第1个机械三维CAD软件。自1995-11问世以来，以其创新性、易用性和高效性成为三维机械设计的主流软件之一，具有强大的零件三维建模、整机装配、工程图绘制、动画制作和模型渲染等功能，为用户提供了较完整的三维设计解决方案。

    该软件各个模块采用统一的界面和内核，数据完全关联，对l处修改，整个设计相关部分都同时更改。以其为核心集成的CAD/CAM/CAE/PDM系统可较好地满足产品设计、分析、制造、数据管理的一体化要求，并能与其他CAD/CAM/CAE软件达到无缝连接和集成。

    的快速有限元算法将传统算法的解题速度提升了50～100倍，并降低磁盘储存空间，只需原来的5%。更重要的是能非常迅速地实现对大规模复杂设计的分析与验证，并且无需掌握有限元的相关知识就能获得修正和优化设计所需的必要信息。

2 建模计算

    2.1 建立虚拟支架

    依据某型双驴头抽油机支架的结构和尺寸进行虚拟支架三维建模。为了节省时间并考虑计算机的配置，需对建立的虚拟支架进行简化，去掉不影响整体结构的小构件。另外，为防止做网格划分时在焊接处出现故障，取消焊接连接形式，把整个支架建成一个零件。某型双驴头抽油机支架模型如图1。

图1 某型双驴头抽油机支架模型

    2.2 有限元分析

    2.2.1 材料主要属性

    材料为普通碳钢，弹性模量2.1×10¹¹N/m²；泊松比0.28；抗剪模量7.9×10¹⁰N/m²；质量密度7800kg/m³；张力强度3.99×10⁸N/m²；屈服强度2.2×10⁸N/m²。

    2.2.2 边界条件加载

    约束条件为底部固支，即4条支撑腿的底部表面固定不动。

    如图2，支架受到5个载荷作用，后驴头的吊绳载荷Fi、后驴头自重F2=6.51kN，横梁自重F3=11.33kN，前驴头自重F4=10.12kN，前驴头吊绳载荷F5=100kN。各力到支架的垂直距离分别为L1=2.115m，L2=1.315m，L3=0.995m，L4=3.385m，L5 =3.92m。后驴头吊绳到O点的垂线与水平线的夹角为24.7°。