21世纪,随着液压传动技术、计算机技术、自动控制技术和测试技术在钻探上的广泛应用,人类进入了智能化钻探时代。其主要标志是:自动化、智能化钻机已成功用于钻探生产实践。当前我国矿产勘杏工作的技术装备需求是:深部探测技术:地震、重、磁、电数据获取与反演技术；钻探技术:超深钻掘技术；冻土区、高海拔缺氧区等特殊钻掘技术；浅覆盖区车载定位、钻进、现场测试“三位一体”基岩特征与含矿性快速评价技术。通过上述我国矿产勘查工作所需技术装备的总结,知道研发浅层取样钻机是目前亟待解决的科研方向。本论文所研究的内容便是浅层取样钻机中的一个系统——封闭式冲洗液循环系统。　　 本论文首先确定封闭式冲洗液循环系统的总体设计方案,包括自动钻机的基本组成、冲洗介质的选择、钻孔冲洗液的功用、钻孔冲洗的方式以及钻机的基本参数等几个方面。然后针对该循环系统中涉及到的关键部件分别进行设计并建模仿真,以此实现“钻机——地面”封闭式接合在一起的目的。最后研究如何对整个循环系统的冲洗液流量与压力进行控制并使之顺利循环。　　 在实现“钻机——地面”能封闭式接合在一起的设计目标时,关键的部件是密封罩的设计和为了帮助密封罩与钻机实现交替钻进而设计的把持机械手。所以这些部件的设计便成为本论文的重点内容。　　 在设计把持机械手部分中,分别从其机械部分、驱动部分和控制部分三个方面分别进行设计并研究,以此完成把持机械手部件的结构尺寸、液压传动和控制等设计。在机械设计部分中,通过对工况的分析,然后对机械手手指部分、夹持液压缸、伸缩液压缸以及升降液压缸的尺寸进行计算并确定,再用Pro/E软件进行三维建模并运动仿真；在驱动部分的设计中,通过对把持机械手各种驱动方式的利弊进行分析,确定采用液压传动系统方案,并对把持机械手液压传动系统原理分析后绘制出液压系统原理图,再运用AMESim软件对设计出来的液压系统进行建立模型、设置参数和运行仿真等方面的工作,在对各个液压缸活塞杆的行程和速度仿真过程中,通过改变油路上的节流阀参数,来分析流量改变的情况下各个液压缸活塞杆的行程和速度仿真曲线的变化情况；在控制部分的设计中,由于把持机械手的动作是一步一步顺序完成的,所以采用PLC控制,通过PLC控制原理的阐述,运用PLC控制液压系统中电磁换向阀电磁铁线圈的通断电来控制阀芯的位置,以及I/O口的确定,选用三菱FXON-30MR-D型可编程逻辑器编写控制梯形图并用PLC程序语言进行编程。　　 该系统中的密封罩部分是保证整个冲洗液循环系统能够封闭式循环的关键部分。在传统的钻进过程中冲洗液是直接渗出地表的,因此无法达到封闭式循环的目的,如果在钻孔与地表之间存在一个密封的装置,这样就可以完成冲洗液封闭式循环中关键的环节。对于该系统而言,密封罩的钻进部分相当于一个钻头的作用,所以我们可以按照设计钻头的思路来进行该部分的设计工作。选择硬质合金为切削具的钻进方法,通过计算确定切削具的镶焊角、数目、排列方式以及钻压和转速,最后运用Solidworks软件对密封罩进行三维建模并通过该软件自带仿真功能确定密封罩的应力分布图。　　 对于钻杆和密封罩之间的密封,由于它们之间存在相对运动,所以需先了解密封的分类,然后对密封形式进行选择并对其结构进行设计,由于密封罩与钻杆之间的相对运动速度较快,故选择了填料式密封和迷宫式密封相结合的方式进行,最后绘制密封件的结构图。　　 对于冲洗液封闭式循环系统而言,最关键的部分当然是冲洗液在整个封闭环境中循环所需的动力部分的设计,以及包括流量和压力的检测与控制方面的设计。首先对循环系统中的流量和泵压进行计算,然后在对冲洗液封闭式“循环——控制”原理分析的基础上,绘制出钻机控制马达液压回路部分液压原理图和封闭式冲洗液循环原理图,最后对循环系统中水龙头进行设计并绘制三维图。