往復泵動力端運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和運動仿真研究

馮亞杰 阿期哈爾·塔布斯 米來·阿得力別克 米力·巴哈提別克

摘要：往復泵是依靠活塞和泵缸和裝置往復交替工作而使得壓縮面積變化的裝置。往復泵自身有很高的壓力，能遵循流量的恒定。在工程領(lǐng)域有很廣闊的利用看見。通過往復泵動力端運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和運動仿真研究，能為往復泵動力端的設(shè)計提供更為準確的參考數(shù)據(jù)，并促進我國動力學的深入發(fā)展和研究。

關(guān)鍵詞：往復泵;動力端運動機構(gòu);運動仿真

引言：往復泵動力端運動機構(gòu)是由曲柄滑塊機構(gòu)組成而成，而在曲柄滑塊機構(gòu)中，要求各個桿件的尺寸要求不同，而不同的組合形式對整個往復泵動力端的動力的作用大小有著不同的影響。因此，在對往復泵動力端運動機構(gòu)是的設(shè)計優(yōu)化時，采用了曲柄滑塊的幾何模型裝置來分析其運動的規(guī)律;同時還采用了MS mathematics軟件來進行仿真實驗運動機構(gòu)的研究。希望能通過優(yōu)化設(shè)計和運動實驗操作來為往復泵動力端運動機構(gòu)的仿真實驗提供較為準確的實驗數(shù)據(jù)，為往復泵動力端運動機構(gòu)的動力裝置性能有所幫助。

一、往復泵動力結(jié)構(gòu)的認識

往復泵是利用活塞和泵缸和裝置往復交替工作而使得壓縮面積變化的裝置。它通過容積內(nèi)部的氣壓變化能向其他裝置輸送高壓流體。在我們常見的石油鉆機工作中，就會利用到往復泵的工作原理。往復泵一般是由動力端和液力端連接組成。在不同的氣壓結(jié)構(gòu)中，為了保證往復泵裝置和曲柄滑塊的使用性能和使用壽命，需要高壓情況下采用特殊的正偏結(jié)構(gòu)來減少其他構(gòu)件對整個裝置內(nèi)部的摩擦和承重壓力。不同的組合形式對整個往復泵動力端的動力的作用大小有著不同的影響。因此，在對往復泵動力端運動機構(gòu)是的設(shè)計優(yōu)化時，采用了曲柄滑塊的幾何模型裝置來分析其運動的規(guī)律;同時還采用了MS mathematics軟件來進行仿真實驗運動機構(gòu)的研究。希望能通過優(yōu)化設(shè)計和運動實驗操作來為往復泵動力端運動機構(gòu)的仿真實驗提供較為準確的實驗數(shù)據(jù)，為往復泵動力端運動機構(gòu)的動力裝置性能有所幫助。

二、往復泵的工作原理

往復泵是往復泵動力端運動機構(gòu)中最主要的設(shè)備之一。它的主要功能是將裝置內(nèi)的高速旋轉(zhuǎn)運動而帶來的能量轉(zhuǎn)化為由活塞運動的低速往復運動。往復泵一般是由動力端和液力端連接組成。通常情況下，液力端將活塞運動產(chǎn)生的機械能通過泵的壓力運輸轉(zhuǎn)化到液體的壓力端，而動力源也會將自身在往復工作中產(chǎn)生的動力傳遞給液力端。動力端裝置一般是由曲柄、連桿構(gòu)件以及其他連接構(gòu)件組成的。動力端裝置的實質(zhì)就是用類似十字頭的構(gòu)件為滑塊，連個多個曲柄結(jié)構(gòu)而成的。在這個裝置內(nèi)，液缸內(nèi)有柱塞和活塞桿，同時還會安裝吸吸入閥和排出閥。主要用于液體氣壓的傳輸。而連接液缸中的各個活塞柱的裝置叫做空間室。它是將氣壓吸入作用于活塞運動的主要設(shè)備。而往復泵所使用的動力裝置是柴油機。通過柴油的燃燒而使得動力結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)起來，將其動力傳輸帶曲柄滑塊中，這時的曲柄結(jié)構(gòu)會以順時針的方向來運轉(zhuǎn)設(shè)備。當柱塞開始順時針旋轉(zhuǎn)時，空間室內(nèi)的面積增大，這時裝置內(nèi)的壓力會變小。而往復泵中的液體會隨著壓力的變化而出現(xiàn)位置的移動進入到不同的裝置內(nèi)。整個往復活塞的過程就是將液體不斷的吸入到活塞裝置中，然后再將液體排出裝置的過程。只要依靠往復泵中的液缸旋轉(zhuǎn)而使得高壓運動轉(zhuǎn)化為低速運動的過程。

三、往復泵動力端運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

對于往復泵動力端運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要是通過對設(shè)備內(nèi)曲柄滑塊機構(gòu)各個桿件的尺寸變化的不同來實現(xiàn)。在往復泵的動力端運動機構(gòu)的設(shè)計上，需要利用公式進行正確的計算，確保各個構(gòu)件的連接正確性。特別是控制好曲柄的滑塊的角度位置。在利用MS mathematics軟件來建立的幾何模塊的過程中，需要對連接桿的長度和曲柄的半徑大小來進行函數(shù)關(guān)系式。通過曲柄的滑塊的角度變化的大小來計算函數(shù)變化的不同值。這樣就能建立關(guān)于連接桿的長度和曲柄的半徑大小的動態(tài)變化過程曲線圖。為了使得函數(shù)數(shù)據(jù)的結(jié)果更具參考性，在坐標的建立過程中，焦點坐標為曲柄和連桿的長度大小，而橫軸為結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù)變化情況。這樣會在坐標體系中形成不同點的動態(tài)曲線，若多條曲線相交于一點，說明這個往復泵動力端運動機構(gòu)的設(shè)計不合理，無法使得活塞運動為高壓的轉(zhuǎn)化提供動力來源。如果該函數(shù)的解析中出現(xiàn)多種數(shù)值，這時就就要結(jié)合往復泵的使用規(guī)范來進行核對數(shù)據(jù)，選擇在使用規(guī)范內(nèi)的數(shù)據(jù)要求來進行優(yōu)化設(shè)計。

四、往復泵動力端運動機構(gòu)的滑塊運動仿真研究

要對整個往復泵動力端運動機構(gòu)進行運動仿真實驗就需要對曲柄滑塊結(jié)構(gòu)內(nèi)部的模型進行數(shù)學數(shù)據(jù)的演算，其中還包括對滑塊運轉(zhuǎn)速度的演算。利用MS mathematics軟件來進行仿真運動的模擬。需要將滑塊的移動大小、滑塊的移動速度和運動加速度進行記錄;并將數(shù)據(jù)結(jié)果輸入到方程內(nèi)，再將數(shù)據(jù)進行函數(shù)圖象的繪制，設(shè)定好變化的參數(shù)值。最終將數(shù)值輸入到MS mathematics軟件來進行仿真實驗，這樣可以得出對往復泵的設(shè)計優(yōu)化程度進行檢驗，并對仿真的結(jié)果進行研究，在配合往復泵的設(shè)計要求來進一步優(yōu)化裝置設(shè)計。通過MS mathematics軟件的仿真實驗，能夠得到很多有利用價值的數(shù)據(jù)參考;通過多次的運動仿真實驗，能較為全面的分析活塞運動對其動力變化的規(guī)律，從而選擇出最佳組合形式的曲柄滑塊機構(gòu)。另外，利用MS mathematics軟件所仿真的實驗數(shù)據(jù)比較準確，能為其裝置的動力研究有很好的促進作用。

結(jié)束語：實驗證明：對往復泵動力端運動機構(gòu)采用了曲柄滑塊的幾何模型裝置來分析其運動的規(guī)律;同時綜合MS mathematics軟件來進行仿真實驗運動機構(gòu)的研究，能對往復泵動力端運動機構(gòu)的動力裝置性能的優(yōu)化有所幫助。

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