尹 鑫

(湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410007）

汽車同步器及遠(yuǎn)程操作在全液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭變速器上的應(yīng)用

尹 鑫

(湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410007）

全液壓動(dòng)力頭變速器是鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,其性能和可操控性直接影響到產(chǎn)品的性能,設(shè)計(jì)中將汽車變速器成熟的同步器結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程控制原理運(yùn)用到鉆機(jī)動(dòng)力頭變速器中來(lái),極大地提升了產(chǎn)品性能和可操作性。

全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī);變速器;汽車同步器;換擋機(jī)構(gòu);遠(yuǎn)程操作

隨著國(guó)內(nèi)全液壓動(dòng)力頭巖心鉆機(jī)應(yīng)用的逐步推廣,國(guó)內(nèi)幾家主要鉆機(jī)廠家都各自推出了自主設(shè)計(jì)的全液壓動(dòng)力頭巖心鉆機(jī),鉆機(jī)動(dòng)力頭均采用變量液壓馬達(dá)配合變速器變速來(lái)滿足巖心鉆機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。

1 傳統(tǒng)變速結(jié)構(gòu)

全液壓鉆機(jī)變速器的結(jié)構(gòu)各個(gè)廠家基本相似,變速擋位均為3～4擋,直齒滑移換擋,變速手柄置于變速器上。這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)有2點(diǎn):一是直齒輪換擋不方便、換擋時(shí)沖擊大,導(dǎo)致齒輪早期損壞,易脫擋,噪聲大;二是手柄置于變速器上操作不方便,動(dòng)力頭必須處于下桅桿前端時(shí)才能換擋,且需要專人操作。

2 改進(jìn)思路

克服傳統(tǒng)變速器存在的不足,完善變速器的性能,是新型鉆機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。我們都知道,汽車上均有變速器,變速器分手動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器、手動(dòng)/自動(dòng)結(jié)合變速器。自動(dòng)變速器是根據(jù)油門踏板情況和車速變化自動(dòng)地進(jìn)行變速,這種變速器原理不適應(yīng)于鉆機(jī)工況。手動(dòng)變速器原理是通過(guò)分離離合器,斷開動(dòng)力,再操作離合手柄換到需要的擋位上,換好后合上離合器。當(dāng)汽車變速器后置或變速器手柄不能直接裝于架駛室內(nèi)的,離合手柄與變速器用軟軸連接。鉆機(jī)變速器的原理與汽車變速器的原理相似,且汽車變速器的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較成熟,產(chǎn)品質(zhì)量可靠,因此改進(jìn)的主要思路就是把汽車變速器換擋結(jié)構(gòu)、換擋原理運(yùn)用到鉆機(jī)變速器中來(lái)。

3 換檔方式改進(jìn)

手動(dòng)汽車變速器中換擋均采用同步齒換擋,同步齒換檔的主要原理如圖1、圖2和圖3所示。

圖1所示,低、高速?gòu)膭?dòng)齒空套在輸出軸上,齒輪與軸間裝有滾針軸承。左右兩個(gè)接合齒錐、左右兩個(gè)同步環(huán)、嚙合套、齒轂組成同步器,接合齒錐、齒轂內(nèi)外均為漸開線花鍵齒,嚙合套為內(nèi)漸開線花鍵齒,同步環(huán)有外漸開線花鍵齒。接合齒套的內(nèi)齒與低、高速?gòu)膭?dòng)齒輪的外齒嚙合,齒轂的內(nèi)齒與軸的外齒嚙合,嚙合套的內(nèi)齒可與接合齒錐、同步環(huán)、齒轂的外齒嚙合,嚙合套可在齒轂上滑移。

圖1 同步器嚙合套處中位

圖2 同步器嚙合套處左位

圖3 同步器嚙合套處右位

圖1位置,當(dāng)動(dòng)力馬達(dá)開動(dòng)后,低、高速?gòu)膭?dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),但嚙合套處于中間位置,動(dòng)力未經(jīng)齒錐、嚙合套、齒轂傳遞到輸出軸上,動(dòng)力頭處于空擋。

圖2位置,嚙合套處左位,當(dāng)動(dòng)力馬達(dá)開動(dòng)后,低、高速?gòu)膭?dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),且高速齒動(dòng)力經(jīng)接合齒錐、嚙合套、齒轂傳遞給輸出軸。從嚙合套處中位換嚙合套處左位,這是掛擋過(guò)程,這個(gè)過(guò)程存在沖擊,因動(dòng)力頭轉(zhuǎn)動(dòng)從一個(gè)擋位換到另一個(gè)擋位時(shí),盡管要斷開動(dòng)力,但在慣性的作用下,齒輪仍在轉(zhuǎn)動(dòng),怎樣減弱這個(gè)沖擊,同步器中有同步環(huán),同步環(huán)內(nèi)孔為錐面,當(dāng)嚙合套在撥叉帶動(dòng)下往左移動(dòng)時(shí),嚙合套帶動(dòng)同步環(huán)左移,同步環(huán)內(nèi)錐與轉(zhuǎn)動(dòng)接合齒錐的外錐面配合,接合齒錐會(huì)帶動(dòng)同步環(huán)→嚙合套→齒轂→輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng),這樣接合齒錐的速度降低,嚙合套速度加快,當(dāng)兩者速度一致時(shí)完成換擋,此時(shí)沖擊力最小,換擋平穩(wěn)。

圖3位置,嚙合套處右位,動(dòng)力從低速齒輪傳遞給輸出軸。當(dāng)從圖2位置(高速）直接換到圖3(低速）位置,或從圖3位置(高速）直接換到圖2(低速）位置時(shí),同樣因?yàn)橛型江h(huán)的原因,嚙合套轉(zhuǎn)速與接合齒錐轉(zhuǎn)速一致時(shí)完成換擋。

一個(gè)同步器控制兩個(gè)轉(zhuǎn)速,因此一個(gè)四級(jí)變速器用兩個(gè)同步器即可。同步器選用汽車配件,選用時(shí)做好強(qiáng)度校核,保證傳動(dòng)可靠。

帶同步器的變速機(jī)構(gòu)對(duì)主傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了很好的保護(hù),只要齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)合理,不存在有傳統(tǒng)變速器內(nèi)打齒的現(xiàn)象,時(shí)間長(zhǎng)受損的傳動(dòng)件只有同步器,同步器為汽車配件,這給客戶采購(gòu)帶來(lái)很大的方便。

4 換擋遠(yuǎn)程操作

換擋操作要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,同樣要參考汽車換擋操作機(jī)構(gòu),四擋變速器因有2個(gè)同步器,即要求有2個(gè)撥叉來(lái)?yè)軇?dòng)嚙合套,因此換擋需要有2個(gè)動(dòng)作,一個(gè)是選擋,一個(gè)是換擋。如圖4所示是變速器的換擋操作機(jī)構(gòu),它由換擋撥叉、選擋拉線、換擋拉線、換擋手柄等組成。操作換擋手柄,先選擋后換擋,組合完成換擋過(guò)程。動(dòng)力頭活動(dòng)最遠(yuǎn)處離操作臺(tái)有幾米遠(yuǎn),且動(dòng)力頭有316 m行程,換擋拉線和選擋拉線至少需8 m。如圖5和圖6所示,如此長(zhǎng)的拉線且要求換擋靈活,因此選擇換擋手柄和拉線很重要,最后與軟軸廠家專門訂做了一套機(jī)構(gòu),經(jīng)實(shí)踐滿足要求。

圖4 換擋操作機(jī)構(gòu)原理示意圖

圖5 變速器與操作手柄位置示意圖

圖6 全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)局部圖

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)全液壓鉆機(jī)生產(chǎn)廠家競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈,只有自己的新產(chǎn)品中有足夠的特色,有高出其它廠家的性能,才能贏得市場(chǎng)、站穩(wěn)市場(chǎng)。全新變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是我公司產(chǎn)品的特點(diǎn)之一,經(jīng)客戶使用后反映效果很好。

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Application of Automobile Synchron izer and RemoteOperation in Power Trans m ission of Full HydraulicDrill

YIN Xin(Hunan Flydisc New Material Co.,Ltd.,Changsha Hunan 410007,China）

Power trans mission of full hydraulic drill is a key component in transmission,its performance and controllability directly affect the product capability.In the design,the mature synchronizer structure of automotive transmission and re-mote control principle are applied to drill power transmission,the product performance and controllability were greatly en-hanced.

full hydraulic driving head drill;automotive transmission;automotive synchronizer;gearshift;remote opera-tion

P634.3+1

:A

:1672-7428(2010）05-0053-03

2010-04-06

尹鑫(1972-）,男(漢族）,湖南長(zhǎng)沙人,湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司副總工程師,機(jī)械制造專業(yè),從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作,湖南省長(zhǎng)沙市曙光中路232號(hào),13974851709@163.com。