CN114086767A - 一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，包括如下步骤：步骤一、建立自回归双侧开合式臂架泵管的简化力学模型；步骤二、确定臂架泵管设计参数；步骤三、计算臂架泵管的机械能E(α)；步骤四、计算系统机械能的一阶、二阶导数；步骤五、通过合理设计臂架泵管参数L₁、L₂、d₁、d₂、d₀、k、m₁、m₂的一组解，使满足

通过该设计方法设计的臂架泵管，能够使旋转泵管和随动泵管的重力势能和弹簧的弹性势能之间相互转换，实现双侧开合式臂架泵管的自回归功能，降低了能源消耗，能够明显降低施工成本。臂架泵管具备双侧开合功能，提高了施工效率，提高了泵管的利用效率。

Description

一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法

技术领域

本发明属于建筑工程机械技术领域，尤其涉及一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法。

背景技术

布料机是泵送混凝土的末端设备，目前在建筑工程现场施工中，行走类布料机多被用于楼层内混凝土布料。对于行走布料机的泵管机构，施工现场一般采用人工拆管接长泵管的方式适应布料机构的行走距离，存在施工效率低、劳动强度大等诸多问题，无法满足施工现场工业化施工要求。

为解决上述问题，中国专利(CN 108086688 A)公开了一种泵管随动机构，通过若干可旋转泵管以及支撑泵管的滚动支座，实现布料机带动泵管组在轨道上移动，上述混凝土自动布料系统虽然能够免于人工拆管、接管的操作，大幅节省人力成本，并有效提高产能，但布料泵管移动覆盖面积太大，会影响施工面材料堆放、其它设备布设及施工人员的工作走动等，无法适应与常用施工平台一体化集成的需求。

目前已经有人开发了伸缩式泵管(CN 211257860 U)，但其结构设计限制了其只能单向伸缩，混凝土输送泵管的利用率并不高，一定程度上造成混凝土输送泵管材料的浪费，而且泵管伸缩过程中，泵管较大的重力势能转化为水平方向的动能，使泵管承受较大的水平方向的作用力，泵管存在变形较大的问题，不利于泵管伸缩，还具有安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，通过设计一种自回归双侧开合式臂架泵管，用于解决泵管伸缩过程中因泵管重力势能转化致使变形较大的问题，而且具有作业面积较小、可双向开合的优点。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，所述自回归双侧开合式臂架泵管包括旋转泵管及第一臂架、固定支座、随动泵管及第二臂架和弹簧；所述旋转泵管包括依次连接的进料弯管、第一直管和第一弯管；所述进料弯管的一端为进料端，通过固定支座固定，且进料端可沿轴线自由转动；所述第一臂架底部与固定支座铰接，顶部固定在第一弯管上；述随动泵管包括依次连接的第二弯管、第二直管、第三弯管和水平管；所述第一弯管与第二弯管可旋转连接；所述第三弯管与水平管一端可旋转连接，所述水平管另一端与布料机连通；所述第二臂架为Z字形，两端分别通过轴承固定在第一弯管和水平管上；所述弹簧两端分别通过弹簧端部连接件固定在第一直管和第二直管上；

所述设计方法包括如下步骤：

步骤一、建立自回归双侧开合式臂架泵管的简化力学模型；将旋转泵管及第一臂架简化为线段AO，将随动泵管及第二臂架简化为线段BO，线段AO、BO在连接点O处铰接，线段AO在端点A处铰接，线段BO的端点B为自由端且始终在同一个水平面内直线运动；弹簧两端端点分别为C、D；

步骤二、确定臂架泵管设计参数；所述设计参数包括线段AO长度L₁、质量m₁，线段BO长度L₂、质量m₂，弹簧的初始长度d₀、弹簧的刚度k，线段CO长度d₂、线段DO长度d₀；

步骤三、计算旋转泵管与随动泵管夹角为α时，臂架泵管的机械能E(α)；

步骤四、计算系统机械能的一阶、二阶导数；

步骤五、通过合理设计臂架泵管参数L₁、L₂、d₁、d₂、d₀、k、m₁、m₂的一组解，使满足

进一步，所述旋转泵管和从动泵管的张开角为α时，臂架泵管满足：

进一步，固定支座包括固定板和连接板，固定板固定在基础面上；

连接板设置于固定板上，进料弯管通过旋转管箍一固定在连接板上；

连接板包括第一连接部、第二连接部和中间连接部；

第一连接部和第二连接部上均设置有螺栓孔，用于与固定板固定连接；

中间连接部位于第一连接部和第二连接部之间，且上表面为圆弧形，圆弧形的半径与旋转管箍一的外径相匹配；进料弯管通过旋转管箍一固定在中间连接部上。

进一步，α∈[-150°,150°]。

进一步，第一弯管上设置带有弧形槽的限位板，在第二弯管上设置滑块，滑块位于弧形槽中，滑块滑动至弧形槽的两端时分别对应于α＝-150°、α＝150°。

进一步，所述第一臂架顶部通过法兰盘固定在第一弯管上；

第一臂架与第一直管之间间隔设置若干水平撑杆，第一臂架将进料弯管、第一直管、第一弯管形成一个稳定结构。

进一步，所述第二臂架为Z字形，一端通过轴承一固定在第一弯管上，另一端通过轴承二固定在水平管上；

第二臂架中部设置有套管，套管套设在第二直管上；

第二臂架将第一弯管、第二弯管、第二直管、第三弯管、水平管形成一个稳定结构。

进一步，轴承一、轴承二采用滚动轴承，滚动轴承包括内圈、外圈以及设置在内圈和外圈之间的滚子和滚子间隔器；

轴承一的内圈固定在第一弯管的直管段，外圈与第二臂架一端固定连接；轴承二的内圈固定在水平管上，外圈与第二臂架的另一端固定连接。

进一步，第一弯管包括弧形段和直线段，直线段的端部与第二弯管的一端通过旋转连接件固定；

轴承一的内圈、第一臂架端部的法兰盘均固定在第一弯管的直线段。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本申请设计了一种自回归双侧开合式臂架泵管，所述泵管臂架具有自回归功能，能够在旋转泵管和随动泵管在外力作用下实现相对张开的过程中，将重力势能和外力做功转化为弹簧的弹性势能，弹簧储存弹性势能，当弹簧储存的弹性势能始终大于重力对系统所做的功时，一旦外力撤去，具有弹性势能的弹簧对旋转泵管和随动泵管提供闭合的拉力，并可抵抗重力对系统所做的负功，从而使臂架泵管主动闭合，实现双侧开合式臂架泵管的自回归功能，降低了能源消耗，能够明显降低施工成本。另外，所述臂架泵管的旋转泵管及第一臂架形成稳定结构，随动泵管及第二臂架形成稳定结构，且第一臂架与第二臂架连接至同一个弯管上，两个稳定结构通过第一弯管形成一个整体，从而在不降低臂架泵管旋转功能的情形下增加了臂架泵管整体的刚度，使荷载传递避开了结构的受力薄弱点，可以提高装置的安全性。而且，所述臂架泵管具有双侧开合功能，相对于传统的混凝土输送泵管，所述臂架泵管可以实现更大范围的混凝土输送，有利于建筑工程现场施工灵活部署管理，且减少了泵管安装频次，大大节省了施工时间，节约了人工成本，提高了施工效率，提高了泵管的利用效率，降低了施工成本。

附图说明

图1为本发明中的自回归双侧开合式臂架泵管的结构示意图；

图2为本发明中的固定支座与进料弯管、第一臂架的连接示意图；

图3为本发明中的连接板的侧视图；

图4为本发明中的连接板的俯视图；

图5为本发明中的自回归双侧开合式臂架泵管闭合状态下的简化力学模型和设计参数；

图6为本发明中的自回归双侧开合式臂架泵管张开状态下的简化力学模型和设计参数；

图7为本发明中的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法的流程框图。

图中标号如下：

110-旋转泵管；111-进料弯管；112-第一直管；113-第一弯管；

120-第一臂架；

130-固定支座；131-固定板；132-连接板；133-耳板；134-第一连接部；135-第二连接部；136-中间连接部；137-螺栓孔；

210-随动泵管；211-第二弯管；212-第二直管；213-第三弯管；214-水平管；

220-第二臂架；

300-弹簧。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种自回归双侧开合式臂架泵管作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种自回归双侧开合式臂架泵管，所述自回归双侧开合式臂架泵管包括旋转泵管110及第一臂架120、固定支座130、随动泵管210及第二臂架220和弹簧300。

所述旋转泵管110包括依次连接的进料弯管111、第一直管112和第一弯管113。所述进料弯管111的一端为进料端，通过固定支座130固定，且进料端可沿轴线自由转动。所述第一臂架120底部与固定支座130铰接，顶部固定在第一弯管113上；所述进料弯管111的进料端轴线与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为L₁。需要说明的是，进料弯管可以通过管箍实现固定和自由转动，现有技术即可实现，本申请不再对泵管的转动的结构进行描述。

所述随动泵管210包括依次连接的第二弯管211、第二直管212、第三弯管213和水平管214；所述第一弯管113与第二弯管211可旋转连接。所述第三弯管213与水平管214一端可旋转连接，所述水平管214另一端与布料机连通。所述第二臂架220为Z字形，两端分别通过轴承固定在第一弯管113和水平管214上。所述水平管214轴线与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为L₂，其中，L₂＜L₁。申请人发现，在双向开合的情形下，当第一直管112和第二直管212均处于竖直状态下，若L₂＝L₁，由于进料弯管111的进料端可自由转动、第三弯管213与水平管214之间可自由转动，此时系统处于不稳定状态，会导致旋转泵管110和随动泵管210向同一侧倾倒，易造成安全事故。申请人设置为L₂＜L₁，使旋转泵管110和随动泵管210旋转轴不在同一水平面内，可避免旋转泵管110和随动泵管210出现同侧倾倒风险。另外需要说明的是，通常情形下，旋转泵管110和随动泵管210之间通过旋转连接件进行连接，旋转连接件需要承担旋转功能从而成为受力薄弱点，若旋转泵管110和随动泵管210之间的作用力作用于旋转连接件将造成旋转连接件处变形甚至破坏；本申请将第一臂架120和第二臂架220均连接至第一弯管113上，将水平作用力由第一弯管113承担，使旋转连接件处仅承担旋转功能，使水平力避开了结构的受力薄弱点，可以提高装置的安全性。

所述弹簧300两端分别通过弹簧端部连接件固定在第一直管112和第二直管212上，用以在旋转泵管110和随动泵管210张开时，将臂架泵管的重力势能转化为弹簧300的弹性势能；还用以在旋转泵管110和随动泵管210闭合时，将弹簧300的弹性势能转化为臂架泵管的重力势能。作为举例，弹簧端部连接件可以为带有销孔的连接板，弹簧300端部通过销轴固定，当然也可以为其它结构形式，只要能将弹簧300端部固定即可。我们知道，在第一直管112与第二直管212张开过程中，重力势能减少，减少的重力势能需要水平方向的作用力做功抵消，布料机需要提供较大的水平作用力，通过设置弹簧300可以在旋转泵管110和随动泵管210张开过程中，将重力势能转化为弹性势能，减少布料机做功，通过抵消旋转泵管110和随动泵管210之间的水平作用力，提高安全性，还可以在旋转泵管110和随动泵管210闭合过程中，将弹性势能转化为重力势能，仍然可以较少布料机做功。

为了实现臂架泵管的自回归功能，尽量避免外力做功，需要对弹簧300的刚度、长度、连接位置以及旋转泵管110、从动泵管的质量等进行统一设计。进一步，所述第一直管112上的弹簧300连接端与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为d₁；所述第二直管212上的弹簧300连接端与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为d₂；所述第一直管112与所述第二直管212闭合状态时弹簧300的初始长度为d₀，弹簧300的刚度为k；旋转泵管110及第一臂架120的质量为m₁；随动泵管210及第二臂架220的质量为m₂；所述第一直管112和第二直管212的张开角记为α，臂架泵管的机械能记为E(α)，则E(α)满足：

结合图1至图4所示，固定支座130包括固定板131、连接板132和耳板133，固定板131固定在基础面上，基础面可以为建筑结构的楼层板上表面、地面或钢平台的面板，当然也可以为其它结构，具体形式不做限定。固定板131为进料弯管111和第一臂架120提供支点，固定板131可以为矩形钢板或其它形状、材质，具体形式不做限定。连接板132用于和进料弯管111连接并不阻碍进料弯管转动，比如与进料弯管111的旋转管箍固定连接，连接板132与固定板131固定连接，耳板与第一臂架铰接。本实施例给出了连接板132的一种结构形式，所述连接板132包括第一连接部134、第二连接部135和中间连接部136。其中第一连接部和第二连接部上均设置有螺栓孔137，用于与固定板131或/和旋转管箍固定连接。中间连接部位于第一连接部和第二连接部之间，且上表面为圆弧形，圆弧形的半径与旋转管箍的外径相匹配。当然固定组件可以采用其它结构形式，只要能实现对进料弯管111的固定即可。

旋转泵管110和随动泵管210之间的夹角为α，理论上，α的取值范围可以为(-180°,180°)，然而申请人发现，当α取值接近-180°或180°时，不利于布料机臂架泵管自回归，优选为，α∈[-150°,150°]。进一步，为了控制α的大小，可以在旋转泵管和从动泵管上设置旋转限位组件，旋转限位组件的形式不做限定，只要将转动限定在预设的角度范围内即可，比如可以在第一弯管上设置带有弧形槽的限位板，在第二弯管上设置滑块，滑块位于弧形槽内，再比如可以通过限定第一直管预定点和第二直管上预定点的最大张开距离控制张开角度。

进一步，所述第一臂架顶部通过法兰盘固定在第一弯管上。第一臂架与第一直管之间可间隔设置若干水平撑杆，进一步使进料弯管、第一直管、第一弯管形成一个稳定结构，增加旋转泵管的整体刚度，还便于将旋转泵管竖向荷载平稳传递至固定支座上。

进一步，所述第二臂架为Z字形，一端通过轴承一固定在第一弯管上，另一端通过轴承二固定在水平管上。进一步，第二臂架中部设置有套管，套管套设在第二直管上。第二臂架主要是将第一弯管、第二弯管、第二直管、第三弯管、水平管形成一个稳定结构，增加从动泵管的整体刚度，并使从泵泵管与旋转泵管关联。从动泵管的竖向作用力分别传递至第一弯管上和布料机上，传递至第一弯管上的荷载又通过旋转泵管及第一臂架传递至固定支座上。轴承一、轴承二采用常用的滚动轴承，滚动轴承包括内圈、外圈以及设置在内圈和外圈之间的滚子和滚子间隔器。轴承一的内圈固定在第一弯管的直管段，外圈与第二臂架一端固定连接，轴承二的内圈固定在水平管上，外圈与第二臂架的另一端固定连接。

更进一步，为了便于固定轴承一及第一臂架端部的法兰盘，第一弯管包括弧形段和直线段，直线段的端部与第二弯管的一端通过旋转连接件固定，轴承一的内圈、第一臂架端部的法兰盘均固定在第一弯管的直线段。当第一弯管与第二弯管相对转动时，第二臂架能够同从动泵管一起转动。当然第二臂架也可以通过法兰盘直接固定在第二弯管上，这样设置可能存在如下缺点，进料弯管、第一直管、第一弯管与第一臂架作为一个稳定结构，第二弯管、第二直管、第三弯管、水平管与第二臂架作为另一个稳定结构，两个稳定结构之间通过旋转连接件(比如旋转管箍)进行连接，旋转连接件形成一个受力薄弱点，不利于系统整体稳定。因此，将第二臂架顶部与第一臂架顶部均设置于第一弯管上，使第二弯管、第二直管、第三弯管、水平管通过第二臂架直接与第一弯管形成稳定整体，避开了旋转管箍二这一受力弱点，使系统更加稳定。

因此，本实施例提供的一种自回归双侧开合式臂架泵管具有如下优点：旋转泵管110及第一臂架120形成稳定结构，随动泵管210及第二臂架220形成稳定结构，且第一臂架120与第二臂架220均连接至第一弯管上，两个稳定结构通过第一弯管形成一个整体，从而在不降低臂架泵管旋转功能的情形下增加了臂架泵管整体的刚度，使荷载传递避开了结构的受力薄弱点，可以提高装置的安全性；通过弹簧300连接旋转泵管110和随动泵管210，使旋转泵管110和随动泵管210在外力作用下实现相对张开的过程中弹簧300拉长，将重力势能和外力做功转化为弹簧300的弹性势能，弹簧300储存弹性势能，当弹簧300储存的弹性势能始终大于重力对系统所做的功时，一旦外力撤去，具有弹性势能的弹簧300对旋转泵管110和随动泵管210提供闭合的拉力，并可抵抗重力对系统所做的负功，从而使臂架泵管主动闭合，实现双侧开合式臂架泵管的自回归功能，降低了能源消耗，能够明显降低施工成本。相对于传统的混凝土输送泵管，本发明的臂架泵管能够双侧开合式，可以实现更大范围的混凝土输送，有利于建筑工程现场施工灵活部署管理，降低了泵管安装频次，大大节省了施工时间，提高了施工效率，提高了泵管的利用效率，降低了施工成本。

实施例二

本实施例结合图5和图6对自回归双侧开合式臂架泵管的设计原理进行进一步说明。

结合图1、图5和图6所示，对臂架泵管进行简化，所述进料弯管111的进料端轴线与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为L₁；所述水平管214轴线与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为L₂，其中，L₂＜L₁；所述第一直管112上的弹簧300连接端与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为d₁；所述第二直管212上的弹簧300连接端与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为d₂；所述第一直管112与所述第二直管212闭合状态时弹簧300的初始长度为d₀，弹簧300的刚度为k；旋转泵管110及第一臂架120的质量为m₁；随动泵管210及第二臂架220的质量为m₂；所述第一直管112和第二直管212的张开角记为α，所述随动泵管210与水平面之间夹角θ，所述旋转泵管110与水平面之间夹角θ’，弹簧300在的长度为d_α。

臂架泵管的机械能E等于系统动能T、重力势能V_g、弹性势能V_k的总和，即E＝T+V_g+V_k，在布料机施工工程中，臂架泵管的速度极小，动能可省略不计，所以机械能E＝V_g+V_k。

如图6所示，旋转泵管110和随动泵管210之间的夹角为α时，臂架泵管的机械能为：

其中，夹角为α可依据转动方向标定正负。

结合图5和图6可知，在旋转泵管与从动泵管张开角度为α时，存在如下几何关系：

泵管进料端与出料端高度差：h＝L₁sinθ'-L₂sinθ且h＝L₁-L₂，可得L₁sinθ'＝L₂sinθ+h；

再由三角形余弦定理：

由此可得：

将L₁ sinθ'＝L₂sinθ+h、

代入公式

中，可得：

平面内三角形内角和：α+θ+θ'＝π，可得：

由此可得其反函数，设为θ(α)；

将θ(α)代入整理得：

因此，角度α可唯一确定臂架泵管的位置，臂架泵管机械能E与角度α具有唯一的映射函数关系E(α)。

进一步，为了使臂架泵管主动闭合，实现双侧开合式臂架泵管的自回归功能，需要满足：弹簧300储存的弹性势能始终大于重力对臂架泵管所做的功，即(V_k1-V_k0)-G₁＞0，其中，V_k1为角度α时弹簧300的弹性势能，V_k0为初始状态(α＝0)下弹簧300的弹性势能，G₁为自初始状态至角度α时重力势能做功。重力做功等于自初始状态重力势能V_g0至角度α时的重力势能V_g1的减小量，即G₁＝V_g0-V_g1。由此可得：(V_k1-V_k0)-(V_g0-V_g1)＞0，即：(V_k1+V_g1)-(V_k0+V_g0)＞0；由前面描述可知，E＝V_g+V_k，因此，V_k1+V_g1＝E₁，V_k0+V_g0＝E₀，则有：E₁-E₀＞0，其中E₁为角度α时臂架泵管的重力势能，E₁为初始状态时臂架泵管的重力势能。

上式表明，E₀为最小机械能，取得最小机械能E₀处的位置为臂架泵管的回归中心位置，即α＝0处。臂架泵管在中心位置处(α＝0)臂架泵管具有最小机械能，用数学公式可表述为为：

实施例三

本实施例提供了一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，包括如下步骤：

步骤一、建立自回归双侧开合式臂架泵管的简化力学模型。结合图1、图5和图6所示，将旋转泵管及第一臂架简化为线段AO，将随动泵管及第二臂架简化为线段BO，线段AO、BO在连接点O处铰接，线段AO在端点A处铰接，线段BO的端点B为自由端且始终在同一个水平面内直线运动；弹簧两端端点分别为C、D。

步骤二、确定臂架泵管设计参数，所述设计参数包括线段AO长度L₁、质量m₁，线段BO长度L₂、质量m₂，弹簧的初始长度d₀、弹簧的刚度k，线段CO长度d₂、线段DO长度d₀。线段AO的长度等于所述进料弯管111的进料端轴线与第一弯管113旋转轴线之间的距离；线段BO的长度等于所述水平管214轴线与第一弯管113旋转轴线之间的距离；线段CO的长度等于所述第一直管112上的弹簧300连接端与第一弯管113旋转轴线之间的距离；线段DO的长度等于所述第二直管212上的弹簧300连接端与第一弯管113旋转轴线之间的距离记为d₂。m₁为旋转泵管110及第一臂架120的质量；m₂为随动泵管210及第二臂架220的质量。

步骤三、计算旋转泵管110与随动泵管210夹角为α时，臂架泵管的机械能E(α)。

臂架泵管的机械能E等于系统动能T、重力势能V_g、弹性势能V_k的总和，即E＝T+V_g+V_k，在布料机施工工程中，臂架泵管的速度极小，动能可省略不计，所以机械能E＝V_g+V_k。参见上述推导可知，

步骤四、计算系统机械能的一阶、二阶导数。可通过计算机软件等数学工具推导系统机械能的一阶、二阶导数，现有工具可以实现，对此不再赘述。

步骤五、通过合理设计臂架泵管参数L₁、L₂、d₁、d₂、d₀、k、m₁、m₂的一组解，使满足

也就是说，使得臂架泵管在中心位置处整体具有最小机械能，从而使弹簧300储存的弹性势能始终大于重力对系统所做的功，从而使臂架泵管能够实现主动闭合，使双侧开合式臂架泵管具备自回归功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

所述自回归双侧开合式臂架泵管包括旋转泵管及第一臂架、固定支座、随动泵管及第二臂架和弹簧；所述旋转泵管包括依次连接的进料弯管、第一直管和第一弯管；所述进料弯管的一端为进料端，通过固定支座固定，且进料端可沿轴线自由转动；所述第一臂架底部与固定支座铰接，顶部固定在第一弯管上；述随动泵管包括依次连接的第二弯管、第二直管、第三弯管和水平管；所述第一弯管与第二弯管可旋转连接；所述第三弯管与水平管一端可旋转连接，所述水平管另一端与布料机连通；所述第二臂架为Z字形，两端分别通过轴承固定在第一弯管和水平管上；所述弹簧两端分别通过弹簧端部连接件固定在第一直管和第二直管上；

所述设计方法包括如下步骤：

步骤一、建立自回归双侧开合式臂架泵管的简化力学模型；将旋转泵管及第一臂架简化为线段AO，将随动泵管及第二臂架简化为线段BO，线段AO、BO在连接点O处铰接，线段AO在端点A处铰接，线段BO的端点B为自由端且始终在同一个水平面内直线运动；弹簧两端端点分别为C、D；

步骤二、确定臂架泵管设计参数；所述设计参数包括线段AO长度L₁、质量m₁，线段BO长度L₂、质量m₂，弹簧的初始长度d₀、弹簧的刚度k，线段CO长度d₂、线段DO长度d₀；

步骤三、计算旋转泵管与随动泵管夹角为α时，臂架泵管的机械能E(α)；

步骤四、计算系统机械能的一阶、二阶导数；

步骤五、通过合理设计臂架泵管参数L₁、L₂、d₁、d₂、d₀、k、m₁、m₂的一组解，使满足

2.如权利要求1所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

所述旋转泵管和从动泵管的张开角为α时，臂架泵管满足：

3.如权利要求1或2所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

固定支座包括固定板和连接板，固定板固定在基础面上；

连接板设置于固定板上，进料弯管通过旋转管箍一固定在连接板上；

连接板包括第一连接部、第二连接部和中间连接部；

第一连接部和第二连接部上均设置有螺栓孔，用于与固定板固定连接；

中间连接部位于第一连接部和第二连接部之间，且上表面为圆弧形，圆弧形的半径与旋转管箍一的外径相匹配；进料弯管通过旋转管箍一固定在中间连接部上。

4.如权利要求1或2所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，α∈[-150°,150°]。

5.如权利要求4所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

第一弯管上设置带有弧形槽的限位板，在第二弯管上设置滑块，滑块位于弧形槽中，滑块滑动至弧形槽的两端时分别对应于α＝-150°、α＝150°。

6.如权利要求1或2所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

所述第一臂架顶部通过法兰盘固定在第一弯管上；

第一臂架与第一直管之间间隔设置若干水平撑杆，第一臂架将进料弯管、第一直管、第一弯管形成一个稳定结构。

7.如权利要求6所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

所述第二臂架为Z字形，一端通过轴承一固定在第一弯管上，另一端通过轴承二固定在水平管上；

第二臂架中部设置有套管，套管套设在第二直管上；

第二臂架将第一弯管、第二弯管、第二直管、第三弯管、水平管形成一个稳定结构。

8.如权利要求7所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

轴承一、轴承二采用滚动轴承，滚动轴承包括内圈、外圈以及设置在内圈和外圈之间的滚子和滚子间隔器；

轴承一的内圈固定在第一弯管的直管段，外圈与第二臂架一端固定连接；轴承二的内圈固定在水平管上，外圈与第二臂架的另一端固定连接。

9.如权利要求8所述的自回归双侧开合式臂架泵管的设计方法，其特征在于，

第一弯管包括弧形段和直线段，直线段的端部与第二弯管的一端通过旋转连接件固定；

轴承一的内圈、第一臂架端部的法兰盘均固定在第一弯管的直线段。

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