随着我国陆地钻井向深井、超深井的不断迈进,对井口自动化程度要求越来越高,特别是在偏远、沙漠、极地的钻井作业更是离不开自动化钻机。现在我国陆地钻井在起下钻作业中仍然较普遍的采用人工的方式来处理立根,工人站在二层台处工作条件差,危险性高,工作效率低,尤其是在高温、高寒、缺氧的作业环境中,人工处理管柱立根将严重影响钻井效率。自动化的排管系统能够取代二层台的井架工,极大的提高钻井效率,降低作业成本,因此开展陆地钻机自动化排管系统设计研究具有重要意义。本文在调研大量的国内外文献的基础上,针对国外自动排管系统难以推广应用,而国内陆地钻机排管系统研制缓慢的特点,以国内常用的陆地钻机ZJ50D直流电驱动钻机技术参数和工作要求为基础,设计一种新型桥架式排管系统,本文主要从以下几个方面开展论文研究：1、针对我国陆地钻机特点,提出了新型桥架式排管系统方案,研究了桥架式排管系统的工作机理；完成桥架式排管系统的初步结构设计并确定结构尺寸；利用三维建模软件PROE进行总体机构的装配并完成模型零部件之间的干涉检验。2、对系统关键零部件进行系统极端载荷下的静力学计算,利用ANSYS软件对结构较复杂的行走小车支架和排管臂进行静力学分析,分析得出系统强度具有较大裕量,而排管臂的刚度比较弱,需对排管臂做进一步结构优化来提高刚度。3、依据多刚体系统动力学理论,建立了桥架式排管系统的动力学仿真模型,运用ADAMS软件对排管系统分别进行多刚体动力学和刚柔耦合动力学仿真,仿真得出在多刚体动力学仿真中系统的执行机构动力输出具有突变性,机械手夹持力的波动范围大,而立根与机械手保持了较好的运动一致性。在刚柔耦合仿真中系统刚性较弱,说明系统结构不完善,需对系统中长细比较大的零件做结构优化,以提高系统刚度。4、运用ANSYS软件多目标优化模块对影响系统刚度最大的两个部件：立柱和排管臂2做了结构优化,得到与原结构相比立柱的最大变形和质量分别降低了37.5%和14.5%,排管臂2的最大变形和质量分别降低了31.2%和3%；通过对优化后的系统做刚柔耦合分析得出系统的刚度增强,优化效果显著。5、开展新型排管系统的控制系统研究,确定系统的驱动控制方式为液压传动,在此基础上得出排管系统液压原理图、液压系统原理方框图和排管系统工作流程图。新型桥架式排管系统能够适应国内陆地钻机的特点,能够缓解工人劳动强度,降低作业事故,提高钻井效率,具有较大的市场潜力,对我国石油现代化进程起到积极作用。