抽油机举升是我国油田最主要的举升方式。我国油田广泛应用游梁式抽油机,目前游梁式抽油机井总数已经超过20万口,占抽油机井总数的90%以上。随着大量低渗透油田的开发,5 t/d以下的低产井以及2 t/d以下的超低产井数量急剧增加。对于游梁式抽油机,即使应用最低冲次也无法满足低产井对低冲次的要求,导致大部分低产井在严重供液不足条件下工作,造成设备的不必要磨损和能量的大量浪费。近年来研制的低冲次抽油机普遍存在成本高、可靠性差、传动效率低、能耗高等实际问题。因此研究新型低冲次节能抽油机具有重要的理论和现实意义。本论文主要开展了以下几方面的工作:(1)应用螺旋凸轮作为抽油机的换向机构,应用摆线针轮减速箱作为抽油机减速装置,设计了新型无游梁式抽油机。新型抽油机具有如下优点:结构简单,成本低,换向可靠;地面传动装置效率高,节能效果好;在冲程的中间部分匀速抽汲,可以明显改善整套装置的动力性能;(2)建立了新型抽油机悬点运动规律(位移、速度、加速度)、抽油杆柱振动、悬点载荷、减速器输出轴扭矩与电动机输入功率的仿真模型,为抽油机动力性能仿真评价与机构优化提供了理论依据;(3)利用单参数曲面族包络面理论,建立了螺旋凸轮廓面方程以及压力角、主曲率等参数的计算模型;建立了螺旋凸轮几何参数优化设计的数学模型;(4)建立了新型抽油机主要零部件强度的计算方法。完成了新型抽油机换向机构的三维建模;(5)用Visual Basic 6.0,开发了《螺旋凸轮式抽油机运动与动力性能仿真软件》。与常规型抽油机对比仿真结果表明,新型抽油机动力性能优越、节能效果显著,能满足低渗透油田低冲次高效抽油的要求。