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钻井泥浆泵是多种工程施工的重要配套设备，它是一种把机械能转换成液体能的水力机械。在钻探施工中，泥浆泵在一定压力下把冲洗液直接输送到钻头的底部，从而实现冷却钻头、润滑钻具、清除岩屑并输送到地面的目的，以便保证矿井钻探工作安全、可靠地进行。因此，泥浆泵性能的好坏直接影响着工程施工的质量、速度和安全性。但是，泥浆泵的研发一直在传统模式下进行，产品存在体积庞大、效率低、机动性差和使用寿命短等缺点。体积庞大而笨重的大型泥浆泵机动性差，无法适应浅层勘探工程的需要，所以在浅层勘探施工中需要用体积小而轻便的钻井泵来代替传统的大型泵，以适应实际钻探工程的双向需求。
本课题综合运用Pro/E、ADAMS和ANSYS等现代设计手段，对浅层石油勘探泥浆泵的工作装置进行虚拟样机设计和仿真分析，找出影响工作性能和使用寿命的主要因素，为泥浆泵结构的进一步优化提供了参考依据，使其在满足工作要求的条件下，尽可能缩小体积、减轻重量，以适应各种钻探工程的需要。运用虚拟样机技术开发泥浆泵，有利于节约成本、缩短研发周期，灵活地适应市场多元化钻探需求，对泥浆泵产品的更新及发展有重要意义。
根据泥浆泵的工作条件及性能要求，确定了泥浆泵的型式为三缸单作用式往复泵。简要介绍了往复式泥浆泵的工作原理，着重分析了曲柄连杆机构的运动情况。根据本课题的具体要求，通过计算确定了泥浆泵泵缸直径、冲程和往复次数等主要结构参数。
详细设计计算了往复式泥浆泵曲柄连杆机构的关键部件(曲轴、连杆和十字头)，得到了具体结构尺寸，并在三维建模软件Pro/E中对各个部件进行实体建模，最后进行虚拟装配以及对装配模型进行全局干涉检查，最终验证了模型的正确性，为下一步运动仿真和有限元分析奠定了基础。
将工作装置的模型导入到动力学分析软件ADAMS中，在各个零件间创建约束副和运动副并施加力和驱动，建立了泥浆泵工作装置机械系统的虚拟样机。对曲轴施以旋转运动激励，实现了曲轴连杆机构的运动学仿真，得到三活塞的位移、速度、加速度曲线以及连杆的摆角曲线。仿真结果表明，三活塞之间的相位差为120°，符合实际工作情况，满足设计运动学要求，验证了模型的正确性。
运用有限元分析软件ANSYS对工作装置的曲轴、连杆和活塞杆进行模态特性分析，得到前6阶频率和振型图。对各零件的频率和振型进行分析，找到了零件的薄弱环节，为进一步的改进设计提供了依据。