页岩气取心机器人(全称页岩气长水平段旋转式井壁取心机器人)是针对川渝地区页岩气长水平段取心困难问题而研发设计的一种新型特种勘探机器人。液压马达作为页岩气取心机器人钻头的直接驱动装置,其性能的优劣决定了整个页岩气取心机器人能否正常完成井下取心任务。因此,本文在选用三齿轮液压马达的基础上对其进行改进性设计,使其能够在页岩气井下高温、高压、高腐蚀环境中稳定、可靠地驱动大直径取心钻头工作。大直径高品质岩心的获得有利于提升实验室岩心样品分析测试的精确性,为川渝地域页岩气储层评估提供更加详尽的地质数据。首先分析了常规旋转式井壁取心仪用液压马达的国内外研究现状,为页岩气取心马达的设计提供参考依据和目标方向,然后以小体积、大扭矩、长寿命、高可靠性为设计的切入点,完成了取心马达系统设计与建模、多刚体系统仿真计算、三维流场动力学分析、关键零部件装配体的有限元分析等工作任务。依据取心马达整体取心工作原理、取心钻头破岩机理及页岩气井下具体环境明确了钻压、转速、扭矩、折心力等工况参数和高温油型号,接着介绍了取心马达的具体结构并分析其工作原理和自身特性,在此基础上对其关键零部件进行了结构设计及校核,最后使用Solidworks软件对其进行建模及虚拟装配;在多刚体系统仿真计算中,通过ADAMS仿真计算验证了取心马达变位齿轮传动系统设计的正确性;通过Fluent动态模拟了额定工况下高温油在取心马达内部的流动情况,证明了取心马达扭矩输出齿轮径向液压力平衡,这对于延长取心马达井下使用寿命大有裨益,同时也验证了结构设计的正确性;使用ANSYS Workbench软件结合页岩气井下具体工况参数对取心马达关键零部件装配体开展相应的静动态特性分析,研究取心马达在页岩气井下工作时各关键零部件的静力学、模态、谐响应、瞬态等分析结果,验证了设计的合理性并且为下一步的工程使用、优化设计及各零部件的疲劳寿命预测提供数据支撑。通过上述的仿真分析结果可知,设计的取心马达可以作为驱动页岩气取心机器人大直径取心钻头的动力驱动装置;同时在设计和研究过程中引入了CAD和CAE技术,大大地提高了产品设计质量并缩短了产品制造生产周期,具有一定工程应用价值和理论研究意义。