随着人类社会对石油资源的不断探求,石油行业水平井开采技术也愈发成熟。水平井的普及使得水平井的测井、仪器输送问题日臻明显。石油行业常规解决水平井仪器输送问题主要有三种常规方法:钻杆输送法、泵压刚性挺杆输送法、连续油管(CT)挠性输送法。然而这三种方法都存在局限性,不能完全满足生产需要:容易损伤井壁造成卡堵;施工复杂使得工程周期漫长、成本高昂;适应的水平井类型有限,不能满足所有情况。因此,人们迫切需要一种能够牵引仪器进入水平井的载具。自上世纪90年代后期以来,已有多家国外的石油公司陆续开发出井下传输新技术——井下牵引器。常见的井下牵引器按照爬行方式不同分为轮式和伸缩式两大类,本文在调研了国内外研究现状的基础上,基于四川省科技计划项目的支持,以填补国内大牵引力伸缩式井下牵引器的空白为目的展开课题研究。设计指标为研发一种牵引力达到1000kgf的液压驱动伸缩式井下爬行器,其最大直径小于100mm,能够承受井下100℃、40MPa的高温高压,爬行均速达到100m/h以上。牵引器的动作短节是整个牵引器系统的核心部分也是其工作的基础,本文设计研究的牵引器动作短节时,首先明确了液压伸缩式牵引器整体机械构造及液压工作原理。设计了牵引器动作短节的液压机械结构以及液压控制系统油路,再反复论证各种抓靠锁紧方案后创新性提出并设计了一种新的伸缩式井下牵引器的锁紧结构,最终完成了实验样机的出图和生产试制。本硕士论文最终主要开展了以下研究工作:1)通过对国内外伸缩式管道机器人/牵引器文献调研,掌握伸缩式液压牵引器的研究背景,认清国内在该领域的空白,在此基础上提出本文研究思路和技术路线。2)确定了伸缩式液压牵引器的工作机理并对具体设计方案进行对比研究,确定了牵引器的方案布局、尺寸设计和工作流程。3)在设计指标、工作机理和总体方案的基础之上,运用机械设计理论、计算机辅助设计(CAD)和计算机仿真(CAE)技术,开展了伸缩式液压牵引器机械结构的设计和强度校核。运用液压控制设计理论,开展了液压控制回路的设计。4)运用液压学仿真软件AMESim,对牵引器系统进行液压学仿真,验证牵引器液压控制回路的设计方案并为动力学仿真提供牵引器系统的各项液压力学参数。5)在伸缩式液压牵引器液压学仿真的基础上,运用Solid Edge和ADAMS软件对本文设计的牵引器进行动力学仿真,验证本文设计的伸缩式液压牵引器机械结构与工作机理的匹配性以及抓靠机构锁紧/解锁的有效性。6)在完成样机试制的基础上,进行了牵引器室内实验验证本文机械设计与液压设计的正确性,并通过实验发现设计缺陷。运用液压控制设计理论,对实验中牵引器支撑缸回弹受阻问题进行了分析和研究,提出了增加顺序阀降低支撑缸背压的解决方案。同时,设计了锁紧/解锁牵引力对比实验方案,为后续的牵引器研究奠定了基础。综上所述,本文在广泛调研国内外相关装备的基础上,设计了一种新型伸缩式井下液压牵引器,仿真和实验研究结果均验证了牵引器设计的可行性,对大牵引力伸缩式井下液压牵引器的后续研究及工程应用具有重要意义。