随着石油钻采环境的日益复杂,对开采石油钻机的性能要求也越来越高。绞车作为石油钻机起升系统的核心部件,其性能直接决定钻机的钻采能力。在我国,传统绞车仍在大量使用,占到相当大的比例,而其存在设计方法落后、自动化程度低、稳定性和安全性较差等问题。本课题对JZ50钻机配套用JC50L-3绞车的传动系统进行动力学分析,并对其气动控制系统进行设计和研究,提高绞车工作的可靠性和自动化程度,以解决传统绞车存在的问题,具有钻井性能高、结构简单、启动平稳和经济性好等特点。本文完成的研究内容如下。对绞车的总体方案进行设计。根据石油钻机用绞车的设计要求,确定JC50L-3绞车的驱动系统、传动系统、润滑系统、制动系统和控制系统的设计方案,对关键零部件进行设计计算,并确定关键零部件的型号。基于Abaqus软件的显式动力学算法对绞车传动系统的主要零部件进行有限元分析。仿真得出绞车滚筒轴和滚筒体的应力云图和位移云图,根据API要求对它们的强度和刚度进行分析和校核。采用SIMP法对滚简体的结构进行拓扑优化,使滚筒体在满足结构强度要求的前提下,重量实现轻量化。在确定链轮参数、分析链条受力和瞬时速度的变化规律基础上,采用ADAMS软件建立传动系统动力学模型,仿真得出链条的速度、所受载荷和频域,以及链轮的角加速度和各传动轴的角速度变化曲线,分析绞车链传动的稳定性。基于有限元理论和动力学仿真数据,得出链节和链轮的应力云图和位移云图,对它们的强度和刚度进行分析和校核；得出传动系统的模态振型,验证结构设计的合理性。对绞车的换挡气控回路和防碰天车气控回路进行设计。基于AMESim软件,建立气控回路的仿真模型,对换挡和防碰动作进行模拟分析,得出气压系统各端口压力随时间变化曲线图,验证气控回路设计的正确性。完成绞车传动系统和气控回路的调试,验证绞车传动系统设计和气控回路设计的正确性以及是否能达到设计目的。调试的结果表明,JC50L-3绞车启动后运行平稳,系统噪声低,换挡和防碰动作的灵敏度较高,完全满足使用要求。