当今世界,石油仍是经济发展的支柱能源。随着油田开采速度的加快,我国各大油田的主要油区已处于高含水开采阶段,油井深度不断增大,抽油机悬点载荷也越来越大,造成油面的高度和填充率的不断变化。在这种工况下,目前广泛应用的游梁抽油机由于其固有结构的限制,往往会产生空抽和液击现象,会大大降低开采效率并降低设备寿命,且其平衡效果差,能耗高的缺点也日益凸显。因此,现阶段对抽油机的基本要求是冲程长,冲程冲次易于调节,且能耗低。无游梁滚筒式抽油机以其易于实现上述功能而备受重视,但由于缺乏可靠的调速换向机构,目前滚筒抽油机的应用并不广泛。本文旨在为滚筒抽油机研制出一种具有可靠性高、能耗低、冲程冲次易于调节、自动化程度高的调速换向装置——差动调速换向装置,为长冲程抽油机的推广和应用提供保障。首先,设计差动调速换向装置的总体方案,规划悬点运动规律并详细地验证了其效率。其次,分析抽油机的悬点载荷,确定构件受力及配重(编写了MATLAB求解程序,对不同采油工况,只需输入相应参数即可得出对应的配重大小),并在此基础上对差动调速换向装置的机械部分——调速部分、换向部分、工作部分——进行了具体的结构设计。随后,建立整个装置的三维模型来检验其装配干涉,使用ADAMS虚拟样机技术对其进行运动学与动力学分析,并用有限元方法验证了关键零部件件的强度。最后,设计了差动调速换向装置的电气控制系统。当该装置用于不同油井或采油工况(冲程和冲次)改变时,只需根据工况规划出新的运动规律,重新设定PLC控制程序参数即可,而不需要做其他调整,非常方便经济。选用这种差动调速换向装置的滚筒抽油机可应用于大多数油井和多种采油工况,能够大规模推广使用。本文研制的滚筒抽油机差动调速换向装置解决了制约滚筒抽油机推广的换向、调速问题,为滚筒抽油机的推广打下了坚实的基础。