石油矿场用的柱塞泵主要有钻井泥浆泵、压裂泵、固井泵和注水泵等。随着油田压裂技术的发展，对高压力、大排量、大功率、结构紧凑、性能可靠、操作灵活的五缸柱塞泵的设计与研究将成为以后石油矿场用柱塞泵的发展趋势。国外在很早之前就已经开始对五缸柱塞泵进行设计和研究，而国内对此的研究还相对比较落后。针对这种现象，本文在国内外已有的研究成果的基础上对3500五缸柱塞泵的运动和动力学理论以及液力端的结构进行了设计和研究。本文主要完成了以下几个方面的工作：通过对五缸柱塞泵工作机理的研究，全面系统的分析了柱塞的运动情况、泵流量和压力的变化规律、泵阀的运动规律，为泵的结构和性能的设计提供了充分的理论依据。根据柱塞泵的性能参数，采用Auto CAD、PRO/E软件对泵头体和泵阀等主要结构进行了设计和三维造型。重点研究了泵头体和泵阀作业时所受的各种载荷情况，建立了它们的有限元模型，为有限元分析垫定了理论基础。采用ANSYS有限元软件对泵头体进行了静力和疲劳强度分析，校核了泵头体的静力强度及疲劳寿命，并对未自增强泵头体和自增强泵头体的疲劳裂纹萌生寿命分析进行了对比。采用ANSYS有限元分析软件中LS-DYNA模块分析了阀盘在一定的速度下冲击阀座的过程并结合阀盘与阀座在关闭状态下的接触分析，找出泵阀失效的主要原因，为设计和使用提供理论依据。研究和设计了柱塞密封副的结构并采用有限元软件对入口压力与间隙大小和泄漏量之间的变化关系进行仿真，结果表明泄漏量会随着入口压力和间隙的增大而增大，而且间隙的微小变化会引起泄漏量的较大变化。