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本文首先分析了国内外煤层气钻机的发展现状，针对国内对煤层气车载钻机的需求及技术不足，进行了本课题的研究。 本文选取SMJ5510TZJ15/800Y钻机的关键部件井架和顶驱作为研究对象。首先基于Pro/E软件为井架建立了三维实体模型，并对井架进行了运动仿真分析，得出按照井架及顶驱设计各零件尺寸进行装配后，运动过程的不干涉。接着，应用Pro/E简化井架模型，然后导入有限元分析ANSYS软件对井架进行了静力分析和模态分析，得出了井架的静力特性和模态特性。 本文详细介绍了SMJ5510TZJ15/800Y钻机顶驱的工作过程和技术参数，以减速器结构参数为设计变量，减速器体积最小为目标函数，单级齿轮传动中轴、齿轮的参数及校核条件为约束条件，建立了减速器优化设计模型，并利用Matlab优化设计功能，选择序列二次规划作为优化算法，实现了顶驱结构参数优化匹配。 经过本课题的研究，以SMJ5510TZJ15/800Y钻机为基础，对井架的仿真及有限元分析和顶驱的优化设计，对煤层气车载钻机的设计研发具有一定的学术参考价值。并且参照井架和顶驱的优化结果试制的样机经试车检验，符合使用要求，也已经投入生产使用。