在现代石油钻井中，泥浆起着冷却钻头、破碎岩石、携带岩屑等作用，被称为是钻井生产的“血液”。

　　泥浆泵（又称钻井泵）作为钻井液循环系统的“心脏”，是钻井过程中不可缺少的设备。目前广泛使用的钻井泵是由曲柄连杆机构驱动的三缸单作用泵，而且这种泵还有继续生产和使用的大趋势。但是这种泵也有其本身无法克服的缺点。三缸单作用钻井泵具有体积大、重量大、冲次高、冲程短、液力端部件容易损坏、输出流量波动大等缺点，而且由于其结构的原因，使得这些缺点：很难加以克服。本文正是针对三缸单作用钻井泵的缺点，提出了一种具有长冲程、低冲次、螺旋驱动的钻井泵，这种钻井泵与三缸单作用泵相比具有体积小、重量轻、输出流量理论无波动等特点，更加适合于现代钻井对钻机高移运性能的要求，而且钻井泵各功能部件的寿命将大大提高。

　　1设计思想及工作原理从克服三缸单作用钻井泵缺点的角度出发，本方案的总体设计思想是增加钻井泵的冲程、减小钻井泵的冲次、降低钻井泵的重量、缩小钻井泵的尺寸、提高钻井：泵的排出流量平稳性。长冲程螺旋驱动往复泵主要由变频电机、变频控制器、磁粉离合器、齿轮传动装置、滚动化专业在读。主要从事石油机械产品设计和研究；刘勇军（1978-），男，河南正阳人，师，硕士研究生。主要从事机电一体化和数控技术研究。

　　珠螺旋、丝杠、滚珠支撑、喷淋装置、活塞、汽缸以及液力端等部分组成，其传动示意图见。

　　明1长冲程蟪旋驱动往复泵传动示敢图长冲程螺旋驱动往复泵的整个工作过程是这样的：泵启动后，电动机1转动，带动齿轮2转动，与齿轮2相啮合的齿轮3也开始转动。在开始转动时磁粉离合器4接通，此时，齿轮8转动，同样齿轮9也跟着转动，与齿轮8啮合的齿轮7也跟着转动，齿轮6也转动。齿轮9的转动带动与之啮合的齿轮10转动，由于齿轮10和滚珠螺旋副的螺母14通过键连接，故螺母14此时也跟着转动，这样就带动丝杠18作直线运动，由于丝杠18前端连有活塞21，这样活塞21就可以推动泥浆了。同理由于齿轮15和10相啮合，这样丝杠12就会朝与丝杠18相反的方向运动。当活塞21运行到行程的右边时，安装在右端的接近开关接通，同时将该信号送入可编程控制器，可编程控制器将输出控制信号给磁粉离合器5，使其接通，这样丝杠便朝相反的方向运动，从而达到换向的目的。同理，当丝杠18运动到行程的左端时，安装在左端的接近开关接通，再次换向。

　　由于丝杠的运动是匀速的，理论上可以得到其输出流量曲线应为一条直线。但是，磁粉离合器在换向的过程中有个响应时间，即在换向后，丝杠在经过一个短暂的时间后才能达到额定的速度，由于存在这个加速过程（同样，也存在一个减速过程），就使得其输出流量曲线有一波动，为了消除这一波动，所以采取了两组来叠加。在组换向前减速的时候，第二组加速，其加速度与组减速的加速度相同；当组换向后加速的时候，第二组减速，其加速度与组加速的加速度相同。这样，两组泵叠加起来就可以保证其输出流量曲线为一直线。

　　2系统设计2.1系统总体设计长冲程螺旋驱动往复泵的总体设计方案采用的是将机座、齿轮、磁粉离合器、螺母、滚珠支撑等部分装在一起，两个缸套体布置在一起。电机下面由支座支撑，电机和齿轮之间通过联轴器连接，齿轮通过轴承支撑，磁粉离合器采用固定支座形式。

　　22硬件部分整个钻井泵的硬件布置基本上都采用通用部件，个别部件需重新设计。整个系统硬件由变频电机、轴承、齿轮、轴、磁粉离合器、滚珠螺母、丝杠、键、活塞和缸套等部分组成。

　　电机由变频器控制，它可以实现两个功能通过变频调速来控制活塞的冲次，进而控制钻井泵的输出流量；通过每个冲次的速度调节，来控制钻井泵（组）的流量，使得流量输出曲线成一直线，即叠加流量波动为零。

　　磁粉离合器和齿轮组合用来控制活塞的换向。磁粉离合器具有较大的输出扭矩和较短的响应时间，是本长冲程螺旋驱动往复泵的理想选择。磁粉离合器的输入端和传动轴连接，在工作过程中一直转动；离合器的输出端随控制信号的接通和断开而转动。所采用的滚珠螺母与普通的滚珠螺母没有太大区别，只是在螺母的外面通过键连接了一个齿轮，螺母上的齿轮与磁粉离合器后面的齿轮相啮合。

　　丝杠和活塞头连接在一起，由于冲程较长，故丝杠的长度较长，且导程比普通机床用丝杠要大。为了防止丝杠在运动的过程中转动，在左边设计有滚珠支撑，其功能是使丝杠只作直线运动而无转动。

　　3系统控制长冲程螺旋驱动往复泵的控制部分主要由电源、变频器、变压器、可编程控制器（PLC）、转速传感器、磁粉离合器、接近开关等部分组成，其中PLC是控制系统的核心。可编程控制器的输入有启动/停止按钮、转速传感器、接近开关等，其输出连接到变频器和磁粉离合：器上。其控制策略是：转速传感器作为变频器频率输出的控制信号，接近开关作为磁粉离合器换向的控制信号。控制示意图如所示。控制部分主要实现的功能有①钻井泵的起动/停止；②钻井泵冲次的调节；钻井泵的闭环控制；④钻井泵的换向。

　　如所示，速度传感器1将齿轮的转速信号传给电动机磁粉离合器齿轮长冲程耀旋驱动往复泵控制方案林远芳，刘旭，刘向东，等基于旋转二维发光二极管的体三维显示系统。光学学报，2003，10.胡小强。虚拟现实技术网。北京：北京邮电大学出版，2005.李朝青。单片机原理及接口技术。北京：北京航空航天大学出版社，楼顺天，周佳社。微机原理与接口技术网。北京：科学出版社，2006.（上接第60页）性为一条直线，可以取消目前钻井泵出口上的空气包；将滚珠螺旋丝杠副用在钻井泵上。

　　滚珠螺旋丝杠副具有传动平稳、可实现长冲程低冲次等优点，将大大降低钻井泵液力端部件的故障损坏率，延：长钻井泵的使用寿命。本文提出的具有长冲程、低冲次、螺旋驱动特征的钻井泵与三缸单作用泵相比具有体积小、重量轻、输出流量理论无波动等特点，更加适合于现代钻井对钻井泵性能的要求。