基于ADAMS的瓦特六连杆机构运动学研究及仿真

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常规型梁式抽油机采用平面四杆机构，其从动件摆动角小，导致抽油机的冲程较小，而采用瓦特六连杆机构，可以使输出摆角增大到原来的 4倍[1]。利用Roberts定理设计的瓦特六连杆平动引导机构，不仅可以实现类似开口钳的直线平动，也能够实现运输机械搬运过程中的曲线平动口]。本文以该机构在抽油机上的应用为研究对象，研究瓦特 Ⅱ型六连杆机构的运动学特性。

1 瓦特六连杆机构及运动学分析瓦特六连杆机构 的基本构型有两 种，即瓦特 1型与瓦特 Ⅱ型3]，如图 1所示 。

(a)瓦特I型 (b)瓦特 II型图 1 瓦特六连杆机构的基本构型在抽油机中应用的瓦特机构构型属于第二种，本文以瓦特 Ⅱ型机构为研究对象 ，分别对其进行运 动学研究及模态分析。平面连杆机构首先最关注的是其运动规律，瓦特Ⅱ型机构构型及各参数如图 2所示。

对于该六连杆机构，运动学分析可由两个四连杆矢量环求解得到，分两个矢量环计算输出角位移。第- 个四连杆矢量环的位移输出可以作为第二个四连杆矢量环的输入，从而可以确定其准确的运动关系。

图2中，R-～R8分别为两个矢量环对应杆在某-时刻的位置矢量，a、b、c、d、 、f、g、h分别为位置矢量的长度，即每个杆的杆长。 ～ 、 分别为位置矢量对应的角度且 0 -O，yz为常数。)， 为位置矢量 R。和R 之间的夹角，为常数。则第-个矢量环存在以下矢量关系：R2R3-R -R1O 。 (1)即 c 。6 。-c ～d 0 。 (2)图 2 瓦特 Ⅱ型机构构型及各爹数利用欧拉公式展开并将实部与虚部分开，得：asin0 z bsin 0 二c si∞n0 4 d sin。0 0。。 (3) - - 1- 其 中：0。-O，解方程组可得：04 2arctan 。 4)其中：A-c。s ～K -Kcos K。，K - d，K2--d，K3- a-z--bz-c-z-d；B ： - 2sin02；C ： K1-(K2 1)cos0K3。

-2arctan二垦。 ..(5)山西省自然科学基金资助项目 (2010011036-1)收稿日期：2012-08-02；修回日期：2012-08-16作者fl；介：康利君 (1987-)，男，lJ西繁峙人，在读硕士研究生.主要研究方向：机械与机构的动态设计与优化。

· 16 · 机 械 工 程 与 自 动 化 2013年第 l期其中：D-COS t-K。-K4 cos04K ，K - ，K -2abcos02 K5。

；E- 2sin02；F- K1 (K4- 1)·以第-个矢量环的输出作为已知输入，即以0 -0 ～， 作为输入，用相同的方法可求得瓦特六连杆机构的输出角 与 ：- ccos(- 。 (6)其中： - ct n西M；G、 H、M 分别为常数且由每个杆的长度确定。

0 - 。 (-南 十a。.(7其中： -arctan h -；0、P、Q分别为常数且由每个杆的长度确定 。

由位置方程求导即得到角速度方程，对第二个矢量环列出矢量方程 ，求导并解方程可得 ：6 - -ew s-sin ( &-- 0)。 (8) - 而 其中：60 、叫 、叫 分别为对应杆的角速度。

对角速度方程求导即可求得角加速度方程，对第二个矢量环得到的角速度方程求导并解方程可得：- -B3B 4--B，B。 (10)BB - B Bd 。 、-B3B5- B2B6- -B1 B5--BzB4。

其中：12' 、a 分别为对应杆的角加速度；B ( -1，，6)均可由输入角 与各已知角度、长度求得。

由以上方法及公式可求得六连杆机构上各点位移、速度、加速度，从而了解其运动特性。

2 ADAMS仿真分析对抽油机中的瓦特连杆机构进行研究与分析 ，利用 CYJ10-3-26B游梁式抽油机优化为瓦特六连杆机构后的各杆数据进行仿真，具体数据如下：n- 1.00 m ；6-2.82 m ；C- 2.65 m ；d- 3.84 m ；- 1.22 m ；.厂-0.32 m；g-0.33 m；h-1.00 m；y1-2O.00。；g- 3.33 m ； -0.86 m。

其中：or 与Y 分别为机架铰接点 O (z 与 的交点)对应于机架铰接点 O。(z 与 z 的交点)的横坐标与纵坐标。由以上数据，利用该机构运动学分析结果以及MATI AB数值计算，可以求得输入角 -60。时，该机构对应 7个铰接点的坐标：O1(0，0)，O2(5O，866)，0 (284.2，245.5)，l(384，0)， (380.4，121.9)， (365，93.9)，07(333，86)。

在 ADAMS中利用各点坐标建立模型 ，选择运动仿真 Kinematic，设置仿 真 时间 为 2 S，步 长设 置 为400，以输出杆为研究对象，得到它的位移、速度、加速度变化规律.如图 3所示。

3 瓦特 Ⅱ型机构的模态分析对于瓦特Ⅱ型机构，其摇臂是传递运动与动力的关键，在该机构高速运转的情况下，确定该部件的振动特性，即固有频率和振型是非常有必要的，因为它们是承受动态载荷结构设计 中的重要参数。模态分析 的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。对摇臂构件做模态分析，利用 ANSYS模态分析拈可以仿真得到该构件的固有频率与振型。

、 ， ， - - ， ，l ， ，l ， I、 ， l ，、 ， 、 ，、 ， 、 ， ， ，- - . 0 0.5 1.O i.5 2。

I ， f lJ lJ 1 f l、 J ， ' lI 、 ，～ H ， 、 I n 、I， 、 、 l， 、 、fI， I 、J 1、 IIlY - ，t- 、t/s(c)加速输出曲线图 3 输出杆的位移、速度、加速度曲线表 1 摇臂杆的固有频率模态阶数 固有频率(Hz)l 20.3792 76.9l93 112.534 l76.845 326.O6(a)第4阶振型图. 048 913 .097 826 .i46 739 .195 652024 457 .073 37 .122 283 .17l l96 .220 109(b)第5阶振型图图 4 第 4、5阶振型图(下转第 19页)2013年第 1期 机 械 工 程 与 自 动 化 · 19 ·词的词频和，则取 A匹配法的分词方式为最终结果，歧义处理结束。

4 实验结果及分析以上述理论为基础，在 VC6.0开发环境下，实现了-个中文分词系统。这里应用 3个 txt文档作为测试数据，分别采用本双词典机制中文分词系统和普通词典机制的中文分词系统对 3个 txt文档进行分词，分词结果统计见表 6。

表 6 分词结果统计表文档1：5 012Bytes 文档2：11 644Bytes 文档 3：23 742Bytes系统 时间 准确率 时间 准确率 时间 准确率m s普通词典 22 97. 12 59 97.99 119 97.6 机制系统双词典机 23 97. 9 63 98.13 126 98.02 制系统统准确率较高，但花费时间要多-些。准确率较高说明双词典机制在处理歧义上起到了-定的作用，是合理有效的-种方法，这是我们可继续深入研究的-个切人点。时间花费多与分词过程中双向最大匹配算法的使用有很大关系，因此，在不影响准确率的前提下，如何通过改双向最大匹配算法为逆向最大匹配算法从而提高本分词算法的时间性能将是后续要探讨的课题。