绞车作为石油机械的主要传动部件,它能否安全稳定的运行,关系到整个石油机械系统的安全。由于国内目前绞车设计基本还停留在传统的设计理念上,已经适应不了专业化生产和快速反应市场的形势,也很难实现在大规模生产情况下产品质量的提高,因此制约了我国绞车制造行业的发展。本文重点针对石油系列绞车的模块化设计方法及绞车设计可靠性问题,在借鉴前人大量研究成果的基础上,利用现代数学、力学、计算机、结构可靠性等知识,通过理论推导、数值模拟、工程实例分析及配套软件开发等手段,开展石油系列绞车模块化设计与仿真技术研究。首先,从石油系列绞车的结构组成与工作原理入手,较全面地分析了绞车设计中总体参数设计、滚筒设计、刹车系统设计、传动系统设计等方面的主要设计理论,并对计算模型进行了理论推导和分析,为后面的模块化设计,提供理论支撑。其次,以钻机绞车、修井机绞车、采油车绞车等石油系列绞车为基型产品,在模块化设计理论的基础上,根据绞车的技术要求并结合现场实际,按照功能模块划分方法将绞车设计划分为滚筒设计、刹车系统、传动系统三个主要模块以及总体参数设计和其它零部件设计两个辅助模块,并采用VB计算机语言开发了石油系列绞车模块化设计系统。再次,采用有限元方法对650型修井机主滚筒及捞砂滚筒进行分析。对于主滚筒,根据起下钻及钢丝绳位置不同,将滚筒表面载荷分为六种工况分别计算,并分别讨论了不同工况下各关键部件的应力情况及改进措施。对于捞砂滚筒,分别分析了不同钢丝绳缠绕层数以及不同钢丝绳拉力下各关键部件的应力情况,并得出了对应的最大Mises应力拟合公式。同时,根据可靠性设计理论,考虑绞车设计尺寸、外部载荷及材料特性等方面的随机性,分别对六种工况下绞车主要部件的可靠性进行了分析。在此基础上,将绞车看成由各零件组成的串联系统,并对其系统可靠性进行分析。最后,详细研究分析了胀套联接的结构组成及工作原理,对胀套的力学模型进行了理论推导,并通过胀套联接在钻机绞车滚筒中的应用实例,验证了胀套联接在石油绞车中应用的可行性。