常规型游梁式抽油机本身的结构特征决定了其具有平衡效果差、工作效率低、能耗大的缺点,减速箱输出轴净扭矩波动大且存在负扭矩是导致游梁式抽油机低效高能耗的决定因素。常规型游梁式抽油机数量约占全部抽油机数量的百分之八十,从资源利用率及经济成本的角度来说,在短时间内不可能全部替换。因此,对常规型游梁式抽油机机实施低成本改造,将负扭矩调制为正扭矩是一种最好的选择。本研究可有效的解决了常规型游梁式抽油机效率低、能耗大的问题,对于油田发展及国家实施节能减排战略,创建节约型社会都具有重要现实意义。选择常规型游梁式抽油机中使用最为广泛的异相曲柄复合平衡抽油机CYJY10-4.2-53HF为研究对象,依据抽油机定轴二次平衡原理,首次提出了基于连杆随动二次平衡原理的常规型游梁式抽油机正扭矩调制方案,运用刚体平面运动学理论,推导了悬点位移、速度、加速度以及二次增速机构运动的角速度、加速度数学表达式。针对改造后抽油机运动部件的运动特征,基于达朗贝尔原理,对整机关键运动部件进行了动力学分析,推导出减速箱输出轴扭矩的数学解析表达式。实例计算表明,减速箱输出轴扭矩可实现全周期正扭矩工作,证明了本调制方案的可行性。利用SolidWorks软件建立了CYJY10-4.2-53HF型号正扭矩游梁抽油机实体模型,基于实体模型运用多体动力学分析软件ADAMS对影响抽油机二次平衡效果的关键参数的时间响应规律进行了系统仿真分析,运动学的仿真结果表明,小曲柄是非匀角速度转动的,但其平均角速度近似为大曲柄角速度36°/s的2倍,从而保证了运动的周期可重复叠加性。动力学的仿真结果表明：二次平衡不但起到了二次平衡的作用,而且起到了一次平衡的作用,不同二次平衡偏置角不仅引起曲线相位的变化,还会导致曲线振幅的不同,二次平衡偏置角为315。为较优选择。仿真得到了减速箱输出轴上悬点载荷、一次平衡载荷、二次平衡载荷综合作用下的扭矩叠加曲线,结果表明：二次平衡扭矩曲线可以对一次平衡后的扭矩曲线实现“削峰填谷”以达到减速箱输出轴净扭矩全周期正值的目的。采用复合形多维非线性优化方法,建立了以抽油机能耗指标减速箱输出轴均方根扭矩为目标函数,以一次平衡重心位置、二次平衡重心位置、二次平衡偏置角、二次平衡质量为设计变量的平衡调节匹配优化数学模型,利用MATLAB软件进行编程,对正扭矩游梁抽油机进行了平衡调节匹配优化设计。实例优化结果表明,优化后的二次平衡偏置角为313.56°,优化后减速箱输出轴扭矩最大值变小,最小值变大,波动幅度明显减小,均方根扭矩由20730.89N.m降低到20382.07N.m,优化效果明显。利用ADAMS和SolidWorks Simulation进行联合仿真,将动力学问题转化为静力学问题,对二次增速机构中受力关键部件进行了承载能力分析,得出以下结论：由于二次平衡的存在,连杆—增速箱体承受正负往复交变的弯矩,原有工字钢的连接方式不能满足使用寿命要求,设计了新的连杆架结构,经仿真分析证明新的结构能够满足安全系数要求；小齿轮轴在正负往复交变扭矩的作用下,与小齿轮连接的花键端面是应力最大位置,材料为40Cr的小齿轮结构能够满足安全系数要求；大齿轮轴在大的弯扭联合作用下,应力最大位置在轴向上位于靠近与大曲柄连接一侧的退刀槽表面,在周向上靠近施加外载的花键面,材料为35CrMo的大齿轮结构满足最小安全系数要求。研制了对正扭矩游梁抽油机改造部分样机,并分别进行了室内和现场试验,试验表明：正扭矩游梁抽油机在现场井况下完全可以实现正扭矩工作,节电率达23.73%,系统效率提高14.5%,抽油机可靠性可以满足现场应用要求。