绞车刹车系统对石油钻机具有举足轻重的作用，其性能直接关系到钻井工程质量、经济效益和人身及设备安全。本文围绕目前亟待解决的石油钻机组合刹车系统工作理论和钻机关键控制技术研发手段等问题展开了研究，得到了一些有价值的研究结果。 本文综合运用了机械、电子、液压、气动和计算机等技术，设计并研制出国内外首台石油钻机绞车组合刹车系统混合仿真实验台。按照500：1的相似性原理，该实验台将气控带式刹车、电磁涡流刹车、液压盘式刹车、伊顿气控盘式刹车和交流变频能耗制动刹车等5种制动装置组合于一体，在电驱动模拟绞车和计算机电液伺服负载模拟器的作用下首次在实验室内实现了模拟钻机起、下钻和钻进过程的物理仿真效果，为石油钻机新型刹车系统和自动控制系统的研发提供了一种科学、便捷、可靠的实验平台。 利用上述实验台，本文采用单独与组合相结合的方式对5种刹车系统进行了制动特性和工艺性能的测试和试验。对比了不同刹车装置及不同组合刹车系统的优缺点，得出了石油钻机绞车主辅刹车合理选配的基本依据和一般规则。认为在满足钻机安全性、可靠性和经济性等指标的前提下，钻机可钻井深、驱动形式及自动化控制程度是主辅刹车选配的主要依据；主刹车要求能单独实现驻车、定位及安全保护功能，而辅助刹车则要满足钻具匀速下钻的要求，减轻主刹车的工作负担；液压盘式刹车是深井超深井钻机制动效果最好的主刹车装置：带刹车和电磁涡流刹车分别是自动化要求不高的中浅井钻机首选主刹车和辅助刹车；而伊顿刹车和能耗制动刹车则是自动控制钻机最理想的辅助刹车，特别是能耗制动刹车在充当钻机主、辅刹车装置方面都有着广泛的应用前景。 本文还研究了利用组合刹车系统实验台检验和试验钻机起下钻游车定位及恒钻压自动送钻等系统的可行性，通过虚拟仪器技术实现的实验台数据采集与控制功能为游车定位与自动送钻等控制装置的检验试验提供了模拟钻机工作过程的实验平台，为开展石油钻机新型自动控制系统的开发研究奠定了基础。