钻杆作为重要的动力传输装置，是旋挖钻机的关键部件，故钻杆失效被视为钻机施工中最严重的故障之一。钻机施工中通常伴随着钻杆的剧烈振动，易产生振动裂纹，甚至引起断裂并造成严重的成孔质量事故，所以钻杆振动是导致钻杆失效的主要原因。为此，研究钻杆的振动特性并采取有效的减振措施，对延长钻杆的使用寿命，提高施工效率与经济效益，具有重要的理论意义和工程价值。本文基于能量法和有限元理论，分别对旋挖钻机钻杆在钻进工况和提升工况下的耦合振动进行了研究，并根据钻杆振动特性设计了一种旋挖钻机钻杆减振器，通过现场的测试验证钻杆减振器的减振效果。主要研究成果如下：1.依据Hamilton变分原理，结合有限元方法，应用边界层理论分析了钻孔的内部泥浆和环空泥浆对钻杆变形的影响，同时考虑了钻杆与孔壁的接触碰撞作用，建立了钻进工况下钻杆的轴向、横向、扭转的耦合振动的动力学方程，为研究钻杆振动特性奠定了理论基础。2.采用Newmark-β逐步积分法，利用MATLAB仿真研究了在钻进工况下加压力、动力头扭矩和钻孔深度等对钻杆动力学特性的影响规律，并确定了三参数的优选工作区间。结果表明：当钻杆为全伸出状态，动力头扭矩为100kN m时，钻杆的轴向振动幅值随着加压力的增大而增大，横向振动幅值随着加压力的增大而减小，对于上面给定的钻杆伸出量和动力学扭矩，加压力在100kN～150kN时工作较为合适；当钻杆为全伸出状态，加压力为100kN时，钻杆的横向振动幅值随着动力头扭矩的增大而增大，对于上面给定的钻杆伸出量和加压力，动力头扭矩在50kN m～120kN m时工作较为合适；当加压力为100kN，动力头扭矩为120kN m时，钻杆的振动幅值随着钻孔深度的增加而增大，对于上面给定的加压力和动力头扭矩，钻杆伸出量在2节杆或3节杆时振动幅度较小。研究结果为钻进工况下钻杆的减振提供了参考。3.应用边界层理论分析了环空泥浆的粘滞作用对钻杆变形的影响，并考虑钻杆与孔壁的接触碰撞作用，建立了钻杆在提升工况下的钻杆的轴向、横向耦合振动的动力学方程，仿真研究了提升力对钻杆动力学性能的影响规律，并确定了提升力的优选工作区间。结果表明：当提升5节钻杆时，钻杆的振动幅值随着提升力的增大而增大，提升力在50kN～100kN时工作较为合适。研究结果为提升工况下钻杆的减振提供了参考。4.设计了一种钻杆减振器，并给出了减振器主要性能参数的选取依据，建立了钻杆减振器对轴向和横向振动的动力学模型，仿真研究了减振器的减振效果。在研究钻杆减振器对轴向减振作用时，选取了三种典型作业状态，包括钻杆-钻头-减振器系统与孔底无碰撞作用、钻杆-钻头-减振器系统与孔底有碰撞作用、系统受到一个周期性轴向外力激励，采用四阶Runge-Kuta法分别计算了减振器的瞬时能量吸收率。在研究减振器对横向减振作用时，选取了系统受到横向冲击激励时的作业状态，计算了减振器的瞬时能量吸收率。结果表明：钻杆减振器具有良好的轴向和横向减振效果。5.对安装减振器的旋挖钻机在钻进泥岩砂岩交互层时进行了现场试验。选取钻杆在动力头不合流，加压油缸不加压、动力头不合流，加压油缸加压、动力头合流，加压油缸不加压、动力头合流，加压油缸加压的四种典型作业工况，分别测试了安装减振器前、后钻杆振动加速度的变化情况，提出以幅值降低率来描述减振器的减振效果。试验结果表明，钻杆减振器具有显著的减振效果。