铁钻工在运行过程中存在较大的负载扰动,且特定工况下需要实现力控制,控制精度达不到期望要求,容易造成管道损坏。对此,采用阻抗控制方法控制铁钻工的运动,研究液压缸的位移与力跟踪性能。通过建立铁钻工机构运动简图,并利用解析法求得正逆运动学方程。为了提高运动轨迹柔顺性,采用五次多项式插值方法对铁钻工进行运动轨迹规划。设计阻抗控制方法,内环通过PID控制器进行位置控制,外环控制力。通过AMESim和Simulink分别建立铁钻工动力学模型、液压系统模型及阻抗控制模型,通过联合仿真模拟铁钻工运行过程。结果表明铁钻工在未与环境接触工况下及环境接触工况下均具有良好的位置控制精度,与不采用阻抗控制器相比力跟踪精度提高了42.4%。

铁钻工在伸展运动过程中,钳体运动的快速性、稳定性和定位精度取决于伸展机构的原理与结构。与伸展动作相关的驱动部件的输出力大小与该机构的动力学过程密切相关。分析了2种不同的伸展机构,并对各种伸展机构的动力学特性进行了计算。采用AMESim软件建立了伸展机构仿真模型,通过分析钳体的位移、速度和加速度曲线以及伸展油缸和升降油缸的受力曲线,将各伸展机构的动力学仿真过程进行对比,结果表明：所研究的伸展机构均可在规定的时间内完成伸展运动,但各有其优势和不足;伸展油缸倾斜安装能使伸展机构更快地跟踪阶跃输入信号;当输入斜坡信号时,伸展油缸竖直安装比伸展油缸倾斜安装可使伸展机构获得更好的工作特性。

针对钻井作业过程中人员劳动强度大、危险系数高、作业环境恶劣等问题,提出适用于改造钻机的管柱自动化处理系统解决方案.主要包括：动力猫道、铁钻工、二层台机械手、液压吊卡、集成司钻等多个设备.为实现管柱处理全过程的远程自动化控制,解决多设备联动、防碰和互锁等问题,开发集成司钻控制系统（简称集控）.通过集控实现作业人员远离井口、二层台无人值守,确保人员本质安全.最后结合该系统的现场应用情况,提出改造钻机增加管柱自动化处理系统需要解决的主要问题.

铁钻工作为现代化钻井中重要的自动化设备之一,可实现钻杆、钻铤等钻具的旋扣连接工作,冲扣钳在铁钻工工作时起着夹紧及冲扣的作用,其上、下壳体属于铁钻工主承载件,在冲扣过程中受到滑块传递给它的转矩,通过对上、下壳体的结构分析、加工变形分析,合理设计工艺基准及切削参数,制定出合理的工艺方案。

针对我国石油钻井目前使用液压动力大钳存在的问题，设计了TZG-120型铁钻工。这种手臂式结构的铁钻工主要由旋扣钳、冲扣钳、夹紧钳、连接架、铰接臂、支撑总成、液压控制系统、控制平台和液压站等组成。该项技术目前已完成对产品性能各项指标的校核，正在进行整机调试，将来其系列产品有望推动石油钻井生产的现代化进程。