具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施方式提供了一种抽油机的结构特征，包括电机，由电机和曲柄摇杆机构驱动的抽油杠杆，以及设置在地下进行抽油工作的抽油泵柱塞，电机驱动抽油杠杆绕支点做往复式的转动，且抽油泵柱塞完成一次下止点-上止点-下止点的工作为一次抽油动作，由于从下止点到上止点，以及由上止点到下止点为镜像的动作，因此本发明仅研究抽油泵柱塞在上止点到下止点之间的单向运行姿态即可，而由下止点到上止点的动作完全镜像对称。

如图2所示，本发明提供了一种节能高效抽油机运行姿态的调控方法，本实施方式通过有限次的模拟实验对抽油机进行匀速运行试验，并划分抽油机在上止点和下止点之间的工作时段，分别为上止点临界段、下止点临界段和中间变频段，通过多次试验确定上止点临界段、下止点临界段和中间变频段的抽油杠杆冲击力与抽油杠杆角度变化率之间的关系，以抽油杠杆承受的最大冲击载荷阈值确定抽油杠杆在上止点临界段、下止点临界段和中间变频段的最大角度变化率，再建立最大角度变化率与电机转速之间的关系，来确定电机在上止点临界段、下止点临界段和中间变频段的最大转动速度，从而根据最大转动速度的差别调控抽油机电机的运行姿态，实现方式简单，且容易实现，并拆分转动角度变化率、冲击力以及电机转速之间的三相关系。

具体包括以下步骤：

步骤100、确定抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的单程距离，获取抽油杠杆在上止点至下止点之间的转动角度，并将抽油杠杆的转动范围划分为上止点临界段、中间变频段和下止点临界段，根据抽油杠杆在上止点至下止点之间的转动角度，初步确定抽油杠杆在上止点临界段、中间变频段以及下止点临界段的转动角度，获取抽油杠杆在上止点临界段、中间变频段以及下止点临界段受到的冲击力。

在步骤100中，抽油杠杆在上止点和下止点之间的转动角度为（-a°，a°），初步划分抽油杠杆在下止点临界段对应的转动角度为（-a°，-b°），抽油杠杆在上止点临界段对应的转动角度为（b°，a°），抽油杠杆在中间变频段对应的转动角度为（-b°，b°）。

抽油机的整个结构包括安装在立桩上的抽油杠杆，抽油杠杆的一端连接有悬绳，悬绳带动抽油泵柱塞在上止点与下止点往复式的上下垂向移动，抽油杠杆的另一端通过传动结构连接有驱动组件（电机），抽油杠杆在驱动组件的带动下绕立桩的上端做往复式的杠杆运动，因此在抽油杠杆上安装角度传感器，可以监测到抽油杠杆往复式转动的转动角度为（-a°，a°）。

初步划分抽油杠杆在下止点临界段、上止点临界段的转动角度，通过电机转速调制多次试验，来确定抽油杠杆在下止点临界段、上止点临界段受到的冲击力大小与下止点临界段、上止点临界段的运行速度大小之间的函数关系，以及抽油杠杆在中间变频段时的运行速度与抽油杠杆受到的冲击力之间的函数关系，来确定满足抽油杠杆的冲击载荷阈值时对应的下止点临界段、上止点临界段和中间变频段的最大运行速度。

步骤200、多次更改电机转速进行试验操作，且在每次试验操作时保证抽油杠杆在上止点临界段和下止点临界段的角度变化率不变。

即根据抽油杠杆的转动角度，对抽油杠杆受到的冲击力进行分段接收和分析，将抽油杠杆的冲击力对应划分为下止点临界段、上止点临界段和中间变频段的冲击力。

步骤300、计算抽油杠杆在上止点临界段、下止点临界段以及中间变频段的角度变化率，建立上止点临界段和下止点临界段的角度变化率与冲击力之间的上下止点函数关系式，建立中间变频段的角度变化率与冲击力之间的中间函数关系式，统计每次电机试验操作的上止点与下止点的单程移动的电机转速，建立电机转速与中间变频段、上止点临界段和下止点临界段的角度变化率之间的匹配关系式。

步骤400、以抽油杠杆的冲击载荷阈值为基准，根据上下止点函数关系式确定上止点临界段和下止点临界段的角度变化率，并依据匹配关系式匹配上止点临界段和下止点临界段的第一电机转速，根据中间函数关系式确定中间变频段的角度变化率，并依据匹配关系式匹配中间变频段的第二电机转速。

建立上止点临界段和下止点临界段的角度变化率与冲击力之间的上下止点函数关系式的实现方式为：

（1）多次调控电机转速并依次增加抽油杠杆的角度变化率，且单次调控电机转速时，抽油杠杆在上止点与下止点的转动角度按照均匀变化的方式驱动。

（2）确定上止点临界段和下止点临界段在多次调控且不同角度变化率对应的冲击力，并基于多次调控试验对应的上止点临界段和下止点临界段的角度变化率和冲击力建立上下止点函数关系式。

（3）以抽油杠杆的冲击载荷阈值为基准，根据上下止点函数关系式匹配上止点临界段和下止点临界段的角度变化率，并根据上下止点匹配关系式确定电机在上止点临界段和下止点临界段对应的第一电机转速。

建立中间变频段的角度变化率与冲击力之间的中间函数关系式的实现方式为：

（1）基于中间变频段在多次调控试验对应的角度变化率和冲击力建立中间函数关系式。

（2）确定抽油杠杆在中间变频段达到冲击载荷阈值时对应的角度变化率，基于电机转速与角度变化率之间的匹配关系式，确定电机在中间变频段的第二电机转速。

抽油杠杆与电机连接的一端在上止点临界段时处于最低点，抽油杠杆与电机连接的一端在下止点临界段时处于最高点，抽油杠杆与电机连接的一端在中间变频段处于从最低点向最高点的转移过程或处于最高点向最低点的转移过程，如图3所示，将抽油杠杆在上止点和下止点的单向运行转动范围与电机转动半圈的转动状态进行匹配关联起来，得到电机在转动半圈的运行姿态，另外半圈的运行姿态完全镜像对称分布。

角度变化率为抽油杠杆在单位时间内的转动角度，电机转速与角度变化率正相关，角度变化率与电机转速同频增大或减小，上止点临界段和下止点临界段在同一角度变化率对应的冲击力相同，且中间变频段和上止点临界段在同一角度变化率对应的冲击力不同。

即在每次匀速试验操作时，抽油杠杆在上止点和下止点之间的角度变化率相同，但是抽油杠杆在上止点临界段和下止点临界段受到的冲击力大于抽油杠杆在中间变频段受到的冲击力。

通过多次增大电机转速，根据抽油杠杆在上止点临界段和下止点临界段的角度变化率与抽油杠杆在此阶段受到的冲击力确定上下止点函数关系式，同时可以根据抽油杠杆在中间变频段的角度变化率与抽油杠杆在此阶段受到的冲击力确定中间函数关系式，基于抽油杠杆设定的额定冲击载荷阈值，根据上下止点函数关系式确定抽油杠杆在上止点临界段和下止点临界段的最大角度变化率，并基于抽油杠杆设定的额定冲击载荷阈值，根据中间函数关系式确定抽油杠杆在中间变频段的最大角度变化率。

再根据电机转速与角度变化率之间的匹配关系式，确定抽油杠杆在中间变频段的最大角度变化率时，对应的第二电机转速，并确定抽油杠杆在上止点临界段和下止点临界段的最大角度变化率时，对应的第一电机转速，根据实验结果来说，第一电机转速的速度小于第二电机转速的速度，因此在本实施方式中，抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的运行姿态为变频运行姿态，具体的：在上止点临界段和下止点临界段为匀速运行，在中间变频段至少分为加速段和减速段。

步骤500、建立电机转速-时间曲线，标记上止点临界段和下止点临界段的第一电机转速以及中间变频段的第二电机转速，对电机转速-时间曲线积分处理以优化调整抽油泵柱塞在上止点与下止点的运行姿态变化。

在步骤500中，建立电机转速-时间曲线的实现方式为：

根据抽油泵柱塞在上止点临界段和下止点临界段对应的第一电机转速，以及电机转速与角度变化率之间的匹配关系式，计算抽油泵柱塞在下止点临界段对应的转动角度为（-a°，-b°）的转动时间t1，以及抽油泵柱塞在上止点临界段对应的转动角度为（b°，a°）的转动时间t1。

根据抽油泵柱塞在中间变频段的第二电机转速，建立抽油泵柱塞在下止点临界段对应的匀速曲线、在上止点临界段对应的匀速曲线，以及在中间变频段的加速曲线和降速曲线。

分别对四段曲线进行积分，确定积分处理后的抽油泵柱塞垂向距离值。

对比抽油泵柱塞垂向距离值与抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的距离，以调整抽油泵柱塞在下止点临界段和上止点临界段的转动时间和转动角度。

重新对电机转速-时间曲线进行积分，直至抽油泵柱塞垂向距离值与抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的距离相同。

其中，加速曲线和降速曲线为镜像对称曲线，确定加速曲线和降速曲线的加速时长和降速时长的实现方式相同，具体为：

根据抽油泵柱塞在下止点临界段对应的匀速曲线，抽油泵柱塞在上止点临界段对应的匀速曲线，确定抽油泵柱塞在下止点临界段和上止点临界段的两段移动距离；

根据抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的单向距离，以及抽油泵柱塞在下止点临界段和上止点临界段的两段移动距离，计算抽油泵柱塞在中间变频段的变速距离；

对加速曲线和降速曲线进行积分直至与变速距离相同，以计算中间变频段的转动时间t2，其中，对应加速曲线和降速曲线的转动时间分别为t2/2。

确定加速曲线和降速曲线的转动时间分别为t2/2，再根据从第一电机转速v1加速至第二电机转速v2计算电机在此阶段的加速度a1=2（v2-v1）/t2，计算加速曲线从第一电机转速转变至第二电机转速的加速度以及降速曲线从第二电机转速转变至的第一电机转速的加速度，并将计算得到的加速度与电机的稳定运行加速度进行对比，如果计算得到的加速度大于电机的稳定运行加速度，则以调整抽油杠杆在中间变频段的转动时间为t2'，转动时间的调控值为∆t=t2'-t2。

基于转动时间的调控值，二次调控抽油泵柱塞在下止点临界段内的转动角度为（-a1°，-b°），以及抽油泵柱塞在上止点临界段对应的转动角度为（b1°，a°）。

以电机的稳定运行加速度确定从第一电机转速加速至第二电机转速以及从第二电机转速降速至第一电机转速对应的转动时间t2'，将电机保持第二电机转速的持续时间设为零，以确定抽油泵柱塞在上止点临界段和下止点临界段的转动时间t1'=t1-∆t。

上述实现过程为，电机在中间变频段加速至最大速度后立即降速，其实对于电机的调控反应时间和电机运行工作极为理想化，为了进一步的降低电机加速和降速的瞬变过程，还可以选择保持第二电机转速的时间段t3生成高速匀速曲线，抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的单向移动过程分为，建立抽油泵柱塞在下止点临界段对应的匀速曲线、在上止点临界段对应的匀速曲线，以及在中间变频段的加速曲线、高速匀速曲线和降速曲线，重新对五段曲线进行积分，直至抽油泵柱塞垂向距离值与抽油泵柱塞在上止点与下止点之间的距离相同，且调控下止点临界段和上止点临界段的转动时间t1''= t1-∆t-t3。

因此，本实施方式通过对抽油机多次逐渐增加电机转速的试验操作，拆分抽油杠杆的三个转动阶段，分别为上止点临界段、中间变频段以及下止点临界段，通过建立电机在上止点临界段和下止点临界段的角度变化率与抽油杠杆受到的冲击力之间的函数关系，以及电机在中间变频段的角度变化率与抽油杠杆受到的冲击力之间的函数关系，确定抽油杠杆在上止点临界段和下止点临界段，以及中间变频段达到额定的冲击载荷阈值时对应的角度变化率，再根据角度变化率与电机转速之间的关系，确定电机在上止点临界段、中间变频段以及下止点临界段的电机转速，根据加速度筛选和电机稳定工作的筛选工作，确定上止点临界段、下止点临界段以及中间变频段的转动角度，以及抽油机柱塞在上止点临界段、下止点临界段以及中间变频段的运行曲线，基于运行曲线调控抽油机的电机运行姿态。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。