往复泵泵阀是往复泵中极易损坏的部件之一，其较低的使用寿命严重阻碍了石油矿场中某些钻采、压裂等工艺的实施和应用，因此分析研究往复泵泵阀的失效机理，进而对其结构参数进行优化，对于泵阀研究工作的进一步推进，提高泵阀的使用寿命具有重要的意义。 通过对泵阀的失效形式和机理进行分析研究后认为，磨料磨损是密封圈上部边缘块状材料剥落的根本原因，但不是引起整个泵阀系统失效的主要原因，疲劳磨损才是泵阀失效的主要机理。 对泵阀工作时的各种载荷进行了分析，建立了相应的力学模型。由于其结构和所受载荷比较复杂，因此本文采用了精度较高的8节点四边形等参数环形单元对模型进行了有效求解。 为了提高往复泵锥形阀的使用寿命，建立了其结构优化设计的数学模型，其目标函数为阀体上的最大综合应力，约束条件包括泵阀无冲击条件、阀隙液体流速约束、尺寸约束等。该数学规划问题属于非线性数学规划。根据问题的特点，本文采用了收敛速度快、稳定性好的序列二次规划法对模型进行了有效求解。 编制了往复泵锥形阀结构优化设计计算机软件，并用该软件对SL3NB-1300A型三缸单作用钻井泵的泵阀结构进行了优化。结果表明，优化后阀体最大综合应力下降了12.7％，阀座最大综合应力下降了3.8％，说明泵阀的受力状况较优化前有很大改善。