随着能源问题的紧张，煤矿坑道条件的改善，降低工人劳动强度的呼声日益提高，机械化，高效率的产煤目标的提出，迫切需要研发出适合煤矿坑道使用的定向钻进用全液压履带瓦斯抽放钻机。 定向钻进是通过专用的机具及相应的测量仪器，在打钻过程中利用定向钻进理论控制钻孔的斜度和方位，在设计深度段内钻成符合要求的钻孔。定向钻进主要有回转钻进和孔底马达钻进两种，孔底马达钻进的动力来自泥浆泵的高压泥浆，其中孔底马达转速由泥浆泵的出口流量决定，扭矩由泥浆泵的出口压力决定。所以选择孔底马达后，就可以按照孔底马达转速和扭矩参数选择配套的泥浆泵。 煤矿坑道中使用的定向钻进用全液压履带瓦斯抽放钻机受到煤矿坑道条件的制约，车体外形尺寸有着严格的限制，所以泥浆泵外形尺寸将受到非常严格的限制，泥浆泵泥浆输出特性必须和钻机实际钻进能力相匹配。 而市场上现有的泥浆泵产品适用面广，没有针对性，液力端普遍寿命短，吸入和排出性能较差；选用现有泥浆泵外形尺寸大，影响一体化移动式钻机的布局，制约钻机的移动。鉴于泥浆泵本身特点和维修的方便，考虑使用三缸单作用泥浆泵，具有如下缺点：钻井泵重量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约着钻机的移运性；冲程短，冲次高钻井泵在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短：泵压偏低，不能完全满足现代钻井工艺的需要；结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻机高可靠性要求；缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。 现阶段，单位已经购置了天津立林石油机械有限公司研制生产的5LZ73×7.0—3型螺杆钻具。考虑履带钻机的钻进要求和实际螺杆钻具的流量压力特点，需要研制出这么一款泥浆泵产品。本论文主要涉及定向钻进用中压大流量泥浆泵液力端的设计与仿真。 本文分为六章，第一章绪论部分介绍了往复泵的工作原理、工作特点及其分类，并对机械往复式泥浆泵的特性进行了分析，介绍了国内外当前泥浆泵研究的现状和发展趋势。接着对定向钻进的特点进行了介绍，提出了定向钻进对机械往复式泥浆泵的要求，引出了课题及其研究意义。 第二章是泥浆泵液力端的基本计算，确立了液力端的主要参数，进行了空气室和阀的基本理论和计算，为接下来的结构和强度计算提供了基本参数。 第三章介绍了泥浆泵液力端的结构与强度，包括液力端的结构型式、液缸体的结构和强度校核、泵阀的结构和强度校核、活塞的结构和强度、活塞杆的结构和强度、安全阀和空气室六个部分。 第四章介绍了泥浆泵液力端主要部件的数学模型，包括节流阀、活塞、球阀、考虑摩擦和行程的质量块和管路模型，数学模型的介绍便于更加深刻地理解仿真时的参数传输。本章介绍了法国的优秀仿真软件AMESim及其特点，在对泥浆泵液力端作了适当的简化后，按照上面介绍的建模方法进行泥浆泵液力端模型的创建。模型创建中泥浆泵液力端避开了曲轴等机械端部件的影响，采用信号合成直接作用在活塞上模拟，这样便于充分研究液力端部件对泥浆输出性能的影响。活塞、吸入阀和排出阀都采用HCD库元件搭建，便于研究泥浆泵液力端的动态性能。输出管路中的阻力采用节流阀模拟控制，平均流量通过流量计的设置，可以在仿真过程中直接观察，便于调整参数。接下来对球阀模块、质量块模块、管路模块、节流口模块选择了子模型，其它部件的子模式选用默认的子模型即可。在参数模式下并根据第二章和第三章的计算参数进行参数设置。 第五章泥浆泵液力端的仿真分析提出了仿真目的，重点研究了曲轴往复次数、活塞直径和活塞行程、泥浆泵出口空气室与球阀相关参数对泥浆泵泥浆输出特性的影响等。 通过本泥浆泵的设计和仿真分析，可以知道：传统泥浆泵设计大都是根据长期总结出来的设计理论和实验数据来设计的，设计后的元件然后按照强度公式校核。由于实际情况复杂多变，若安全系数选择过大，则产品傻大粗；若安全系数过小，则很难保证安全性。随着设计产品的技术系统越来越复杂，技术含量不断提高，产品更新发展速度加快，经验类比的设计方法已不能满足市场需要。 本泥浆泵设计过程中引入AMESim对液力端部件及系统进行仿真设计， AMESim可以充分考察系统中任何参数对系统最终效果的影响，还可以对特定泥浆泵出口压力流量下，对液力端进行优化设计。本次仿真设计将传统设计得到的参数作为初始参数输入到仿真模型，通过流量的平均值及其波动情况调整液力端的参数，直到输出流量满足设计要求为止。借此研究泥浆泵液力端各部件对泥浆泵泥浆输出特性的影响，为以后泥浆泵设计提供了更加科学的设计方法，为后续的泥浆泵研发奠定了基础。