游钩作为钻机提升系统中重要的设备之一,在完成石油、天然气的钻采与修井作业中起下钻、油管、抽油杆的过程中起着重要的作用。游钩作为连接受力负载、质量大并且复杂的系统,在起升和下放钻具、给进钻头、控制钻压以及处理复杂的井下事故中扮演着重要的角色,直接影响着提升系统的性能。在实际工况中它的静、动力学特性都十分复杂。所以对游钩的动力学分析、可靠性分析以及整个提升系统的运动学分析尤为必要,这些因素对提升系统的影响也十分明显。本文首先论述了游钩与游车大钩的工作原理,分析了载荷的传递过程;运用三维实体建模软件Solid Works创建游钩和游车大钩的三维实体模型,并通过质量补偿的方法,将省略零件的质量添加到主要的部件上,以减小分析误差;然后应用ANSYS有限元分析软件对游钩的动力学特性及可靠性进行分析;并运用多体系统运动学分析了整个提升系统的运动学特性。(1)根据模态分析与谐响应分析,得出发生共振部位是游钩的钩身与钩杆处。可见在设计制造及加工工艺上要提高部件的刚度,改善抗振效果。因此采用刚度大的材料,并且使工作载荷的频率远离部件的固有频率,避免出现应力集中,以达到减小游钩共振的目的。所以,游钩的振动特性和动态响应会影响提升系统的工作稳定性。(2)应用ANSYS有限元分析软件中的概率设计PDS模块对游钩的滑轮、钩身进行可靠性分析。通过分析滑轮和钩身的结构尺寸、材料特性以及外部载荷的随机性,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)概率有限元方法对游钩滑轮、钩身进行了可靠性分析。最后经分析得出滑轮、钩身的可靠性满足工作需求,对提升系统的安全工作提供了保障。(3)通过简化的物理模型建立了钻机ZJ40/2250DB的提升系统运动学模型,得到动力学运动方程;求解运动方程得到:在运动仿真分析过程中初速度为零和不为零时各质块的位移和速度。结果分析表明提升系统在工作过程中运动平稳。但是由于钢丝绳的影响,在初速度为1m/s时产生剧烈的冲击。可见在起升过程中,游钩要始终带有负载,避免在提升的过程中产生过大的冲击和动载。通过分析钻机在工作过程中游钩自身的特性,以及对整个提升系统进行运动学研究分析,得出了游钩在实际工作过程中的振动特性、可靠性以及受力特性等对提升系统的影响。从而对提升系统的进一步优化具有一定的理论指导意义。