随着我国经济建设事业的蓬勃发展,矿产资源勘查、农田水利建设、地质灾害和环境污染防治任务日趋严重,相应各部门对岩土挖掘设备的需求量和使用要求日益增大。本课题来源于中国地质调查局项目(项目编号:科(2005)013-14):地球物理参数随钻测量系统及钻机研制。论文主要研究JDD-100钻机的主要部件——顶驱系统。与常规的钻井装置相比,顶部驱动钻井方法更加高效、安全可靠。从世界钻井机械的发展趋势看,为适应钻井自动化的进一步需求,顶驱装置将成为21世纪世界钻井机械发展的主要方向。本文通过介绍顶驱系统振动的基本原理、系统分类和各种类型,以及在地质勘探工作中应满足的基本要求,对影响钻进的因素如频率、振幅、激振力和沉入压力进行了分析。根据机械振动理论,得出系统的运动微分方程,并针对研制的实际情况,合理的确定了顶驱系统的振幅、激振频率、激振力、偏心力矩等主要参数。根据顶驱的振动过程,进行动力学分析,在此基础上建立虚拟样机,得到了箱体质心位置、偏心块质心位置以及激振力等随时间变化的参数曲线,实现了对顶驱系统虚拟样机的动力学仿真分析。应用ANSYS软件对顶驱系统主要承力构件冲锤进行有限元分析,用此分析顶驱系统的设计是否满足使用要求,为研究生产样机提供了理论依据。同时,钻机进行了空运转实验和生产性实验用以验证顶驱结构设计合理。