钻具自动对扣排放装置是钻探过程中的井口工具，钻机的配套设备。主要完成了钻具在钻井工作中在井口与小鼠洞、大鼠洞、大门坡道之间对扣排放的自动化操作，取代了工作效率低，危险程度高的人工拖拽对扣排放钻具的模式，是目前石油钻井平台上广泛应用的一种多功能自动化装置。国外的石油机械制造厂商已经研发了几代钻具自动对扣排放装置，产品性能优良，技术先进成熟，在全世界市场也有广泛的应用与认可，但普遍价格昂贵，在我国难以推广。国内关于钻具自动对扣排放装置的研究刚刚起步，主要以仿制和改良国外先进产品为主，研发出的产品性能不够稳定，在长期高负载的石油钻井环境下，存在较高的安全隐患。ZDP-3000型钻具自动对扣排放装置是我国钻井市场上技术比较先进，性能比较稳定的一代产品，具有工作效率高，安全性能强的特点。在我国塔里木油田、江苏油田、玉门油田已有较为广泛的应用，但在长期现场使用过程中，还是发现许多不足，有待改进的地方。本论文就是针对ZDP-3000型自动对扣排放装置在实际应用中发现的问题、存在的不足进行改进设计，以达到进一步提高工作效率、稳定产品性能、降低制造成本的目的，本文主要研究内容如下:　　首先，对装置的机械臂结构研究分析，计算系统最大负载;运用Solid Works软件三维实体建模，通过有限元分析模块Simulations软件进行仿真求解，分析求解结果;针对机械臂强度过剩的问题，设计改进方案，对机械臂伸缩结构的截面尺寸参数化建立数学模型，进行分析得出改进后的机械臂结构的截面尺寸，在应力集中处设计加强筋，从而达到满足安全强度的条件下，减轻机械臂质量，减小运动惯性，降低制造成本的目的。　　其次，针对装置在实际使用中，出现液压马达输出轴断轴的问题，以及空载时不能快速到工作位置，而工作负载时力矩不够、缓慢无力的问题进行研究分析。提出在液压主回路设置节流阀;双马达工作方案:当回转装置空转或负载较小时，只需单个马达工作，另一马达可当作为负载;当夹持较大负载时，采用两个马达并联工作来提供装置回转所需扭矩。　　再次，对装置液压系统热平衡计算校核;并针对由于装置自身特点，即液压系统空间受限，油箱内无法设置冷却装置，使得油温不能有效下降、装置工作效率降低的问题，提出改进方案。重新设计液压系统回路，选择液压元件等;在主油路上安装节流阀，控制整个回路流量、所有执行元件并联在一起，一条油路统一供油;并将改进设计的液压回路做成集成块，减小占用空间，增大回油孔径。　　最后，针对设计的改进方案进行实验。对回转装置存在的问题设计的改进方案，以及液压系统热平衡存在的问题设计的改进方案，进行实验，并做数据处理与分析。验证并支持改进方案的合理性和有效性。