在海上钻井作业过程中,利用钻柱自动化排放装置,可节省起下钻时间,加快钻井速度,缩短钻井周期。但目前我国海洋深水钻井装备,与国外相比差距较大,拥有我国自主知识产权的新型石油钻机及先进装备非常少,尤其是一些核心的关键设备和控制系统仍然依赖国外先进国家。为推动主要装备国产化,提高我国海洋技术装备水平,迫切需要研制具有我国自主知识产权的深水钻井装备及其配套技术。本文通过对国内外钻杆排放装置的发展过程和发展现状的研究,选取电力驱动并控制钻柱自动化排放的整个过程,设计了一种海洋平台二层台立根排放试验装置,并对其动力学特性进行了仿真分析和强度校核。总的来说,本文主要完成了以下几方面的工作:(1)依据任务要求和实际工况,通过对主要部件进行理论计算和对机械元件的选型,完成了机械系统的总体方案设计,并阐述各个机构的结构和工作原理;利用Solidworks和CAD完成了上部机械手、上部梭车、下部机械手和下部锁梭车的三维建模和工程图纸绘制。(2)结合机械系统总体方案,对控制元件进行选型,并对运动轨迹进行规划,完成控制系统的总体方案设计;编制了控制软件,并结合控制元件进行了联合调试。(3)在ADAMS中建立了海洋平台二层台立根排放试验装置的动力学模型,利用MATLAB编程生成驱动数据,对海洋平台二层台立根排放试验装置的起下钻过程和存取杆过程进行了动力学分析,得出两种工作情况下动力元件的工作参数、运行轨迹和主要零部件的受力情况,已验证动力源件选择的合理性。(4)在ANSYS Workbench中建立了主要零部件的有限元模型,依据ADAMS中生成的边界载荷,进行装配体有限元分析,求解上夹持机构、上部机械臂、上部横向移动机构、上部纵向移动机构和下夹持机构的应力和变形情况,为后续零件结构的优化改进提供依据。(5)完成了物理样机的机械加工、组装,在完成控制元件添加后,对整套物理样机进行了联合调试。