顶驱,简称顶驱,是现代高新石油技术装备之一。顶驱的出现替代了传统的方钻杆转盘钻井方法,顶驱由大钩悬挂在井架空间上部,自身大功率电机直接旋转钻柱,随游车沿专用导轨向下送进,可实现传统方钻杆转盘钻井法的所有操作。经过30多年的不断发展,顶驱技术不断推陈出新,近年来随着油气资源钻探的深层化,研究和开发用于深井和超深井钻探顶驱的需求亟待解决。DQ-90型顶驱,该种型号顶驱专门用于9000m超深井钻探。钻探过程中顶驱面临复杂的地质环境,存在诸多问题,仍需不断改进,必须借助虚拟样机这种现代化的设计方法和理论,对顶驱进行全方位全寿命的研究和开发。本文主要围绕构建DQ-90型顶驱虚拟样机进行探索和研究,为该型号顶驱装置的设计和研究提供一种方法和理论依据。本课题首先对顶驱的结构组成进行分析研究。基于当前顶驱技术,分析比较了顶驱三大总成功能模块几种典型的结构,参照9000m钻井深度顶驱的设计要求,提出一套适合该型号顶驱的结构形式。其次引入虚拟样机,分析研究了顶驱虚拟样机原型系统的体系结构,阐明虚拟样机的功能模型及实现虚拟样机的关键技术。在SolidWorks软件环境中,按照顶驱功能模块组成,利用模块化建模的思想构建了DQ-90型顶驱的虚拟样机。最后对虚拟样机的可靠性设计进行研究,分析讨论了基于虚拟样机的可靠性设计、分析及仿真方法。利用可靠性设计方法,基于ANSYS-PDS对顶驱主轴进行静强度可靠性设计分析,得到当前虚拟样机主轴设计参数下顶驱主轴的可靠度,并根据影响主轴可靠性多个因素的主次顺序提出改进顶驱主轴可靠性的方法。