钻杆自动连接系统是自动化钻井的重要组成部分,国外从上个世纪90年代已开始研究,而国内在这方面的研究尚处于起步阶段。国内的立根连接方法主要是在钻井开始之前先将立根连接完毕,然后再利用顶驱钻进,未能实现立根的连接和顶驱钻井的同步进行,这极大地延长了钻井周期,降低了钻井效率。因此开展钻杆自动连接系统的研究势在必行。本课题就是在这样的情况下提出来的,其主要目标是针对ZJ70DHY海洋钻机设计一套与之配套使用的钻杆自动连接系统。本论文在钻杆自动连接系统的总体方案设计、结构设计、有限元分析等方面进行了深入的研究,主要完成以下几个方面的工作:首先,对国内外已有的钻杆自动连接技术进行了深入的分析和研究,通过对比论证,制定了钻杆自动连接系统的总体设计方案,并根据ZJ70DHY海洋钻机井架的特点和应用工况,完成了钻杆自动连接系统的空间布局设计和结构参数设计。其次,根据立根连接流程,将钻杆自动连接系统分为三大模块,即钻杆输送系统、钻杆旋转系统和钻杆提升系统,并针对各模块的功能特点对其进行了详细的结构设计;运用SolidWorks建模软件建立了钻杆自动连接系统的整体三维模型。再次,运用ANSYS有限元分析软件建立钻杆旋转系统的数值计算模型,然后运用STATIC分析模块对其进行了详细的静强度分析,直观地得到了机构的应力分布规律与薄弱环节,并利用分析结果对机构参数进行优化设计;其次运用ANSYS软件中的MODAL分析模块对旋转系统中的关键结构进行模态分析,建立自由振动方程,得到各关键结构的多阶固有频率和对应的振型;再次运用相关力学理论对竖直桁架进行稳定性分析,确定临界载荷;以上分析结果表明钻杆旋转系统满足强度、刚度和稳定性需求。最后,运用AutoCAD软件绘制了钻杆自动传送系统总体结构和所有零部件的工程图纸,以备样机加工时使用。