水平井技术的蓬勃发展促使水平井牵引器技术不断进步。与先进国家该种技术日渐成熟相比，目前国内针对该种技术的研究还停留在逆向工程阶段。在轮式直进水平井牵引器的机械系统中，驱动系统是实现展开驱动臂，并完成牵引器爬行的关键。本文在深入分析水平井牵引器驱动系统工作原理和工作过程的基础上，应用机械优化设计方法、有限元技术及虚拟样机手段，完善了对水平井牵引器驱动系统的设计研究。对驱动系统进行机械优化设计时，本文首先分析了整个牵引器的系统组成并着重分析了驱动系统的工作原理和工作过程；然后建立了驱动系统的物理模型及数学模型，接着利用优化设计方法中的复合型法，借助MATLAB提供的编程语言实现了对驱动臂臂长的优化；利用优化数据计算得到了弹簧刚度，牵引电机参数，动作电机参数等结构设计必须的参数，进而完成了驱动系统的结构设计。针对驱动系统工作环境的特点，利用有限元技术验证了驱动系统密封技术的可靠性，即：分析了O型圈在液体内外压平衡密封方法下的受力状态，并验证了采用该方法是可靠的。同时分析了耐压套筒和动作套筒在各自的受力状态下的工作可靠性。最后利用Pro/E软件，完成了驱动系统的零件设计，并按照仿真流程完成了驱动系统的三维模型建模，建立了驱动系统的仿真样机。并应用装配顺序规划的思想，完成了驱动系统的装配顺序规划动画的制作，用来指导装配设计。在制定装配规划顺序时，从装配工艺方法上对原结构设计进行了修正和优化。