范 毅，黃軍甫

1長江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州2中石化石油工程機(jī)械公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州

XJ550沙漠修井機(jī)分動箱的研制

范 毅1，黃軍甫2

1長江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州2中石化石油工程機(jī)械公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州

XJ550沙漠修井機(jī)分動箱是為沙漠工況而特別設(shè)計的，是在常規(guī)ZJ20鉆機(jī)用的分動箱基礎(chǔ)上開發(fā)的。其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動可靠，可實現(xiàn)車上裝置和車下底盤的單獨驅(qū)動、車上裝置中絞車和轉(zhuǎn)盤的單獨驅(qū)動和同時驅(qū)動，還可實現(xiàn)車下底盤后橋單獨驅(qū)動或后橋與前橋的同時驅(qū)動，能很好地滿足沙漠無道路條件下的行駛和現(xiàn)場鉆修作業(yè)要求。

前橋驅(qū)動結(jié)合器，操縱鎖緊裝置，轉(zhuǎn)盤操縱機(jī)構(gòu)，車上車下操縱機(jī)構(gòu)，前橋驅(qū)動控制氣缸，潤滑系統(tǒng)

1.引言

由于沙漠地區(qū)浮沙層松軟且厚，風(fēng)沙大、溫度高，必須要求自走式修井機(jī)具有高越野性能，而現(xiàn)有的常規(guī)自走式修井機(jī)根本無法在沙漠環(huán)境下正常行駛和作業(yè)。新研制的XJ550沙漠修井機(jī)用的分動箱采用了結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠的齒輪傳動，車上裝置和底盤的驅(qū)動是互鎖的，即車上裝置工作時車下底盤不能工作，車下底盤工作時車上裝置不能工作；車上裝置分為絞車驅(qū)動和轉(zhuǎn)盤驅(qū)動，兩者可單獨驅(qū)動也可同時驅(qū)動；下車底盤可實現(xiàn)后橋單獨驅(qū)動或后橋與前橋的同時驅(qū)動以滿足不同路況的行駛要求，好路面行車時脫開前橋驅(qū)動，惡劣路面路況差或者在沙漠腹地沒有道路時選擇掛合前橋驅(qū)動實現(xiàn)后橋與前橋的同時驅(qū)動[1]。因此操作安全可靠，能很好地滿足沙漠無道路條件下的行駛和現(xiàn)場鉆修作業(yè)要求。

2.分動箱的結(jié)構(gòu)組成及主要技術(shù)參數(shù)

2.1.結(jié)構(gòu)組成

XJ550沙漠修井機(jī)分動箱總成如圖1所示，是一種大功率動力輸入、輸出裝置，由鑄造箱體和齒輪副傳動機(jī)構(gòu)等組成。并車箱設(shè)有1個動力輸入端，4個動力輸出端，分別用于車上裝置的絞車驅(qū)動及轉(zhuǎn)盤驅(qū)動、車下底盤前橋驅(qū)動、后橋驅(qū)動[2]，用于沙漠上的鉆修作業(yè)和設(shè)備的移運(yùn)。

動力經(jīng)輸入法蘭帶動輸入軸上的輸入齒輪轉(zhuǎn)動，輸入齒輪與輸入軸是通過花鍵連接的，輸入齒輪與中間齒輪嚙合，帶動中間齒輪和中間軸轉(zhuǎn)動，中間齒輪與中間軸也是花鍵連接，中間齒輪與輸出齒輪嚙合，帶動輸出齒輪轉(zhuǎn)動[3]。輸入軸的右端(后端)安裝有結(jié)合器，輸入軸上的齒圈與該結(jié)合器上的齒圈通過撥叉機(jī)構(gòu)實現(xiàn)脫開和掛合，以控制絞車系統(tǒng)工作；在中間軸的左端(前端)裝有可逆式擺線齒輪泵，右端(后端)安裝有結(jié)合器，中間軸上的齒圈與該結(jié)合器上的齒圈通過撥叉機(jī)構(gòu)實現(xiàn)脫開和掛合，以控制轉(zhuǎn)盤驅(qū)動[4]；在輸出齒輪的兩端帶有齒圈，分別與兩端的結(jié)合器上的齒圈通過撥叉機(jī)構(gòu)實現(xiàn)脫開和掛合，以控制前橋驅(qū)動和后橋驅(qū)動，并帶有車上車下操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤操縱機(jī)構(gòu)和操縱鎖緊機(jī)構(gòu)，可以分別控制4個結(jié)合器，實現(xiàn)油田作業(yè)需要的工況。這種互鎖功能是通過分動箱上的操縱桿和鎖止機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，安全可靠。在鑄造箱體下部安裝有可以分開的油底殼，滿足分動箱的冷卻及潤滑需要[5]。

Figure 1.The transfer case assembly圖1.分動箱總成圖

2.2.分動箱的主要參數(shù)

輸入功率：385 kW；

輸入轉(zhuǎn)速：3500 r/min；

分動箱速比：1.543，1.857；

齒輪端面模數(shù)：8；

齒輪螺旋角：12°2'5"；

齒輪齒形角：20°；

分動箱中心距：364 ± 0.028 mm，486.7 ± 0.031 mm。

3.分動箱的創(chuàng)新設(shè)計

3.1.加大了扭矩輸出

XJ550沙漠修井機(jī)分動箱是在常規(guī)ZJ20鉆機(jī)用的分動箱基礎(chǔ)上開發(fā)的。常規(guī)的ZJ20鉆機(jī)用分動箱的輸出齒輪齒數(shù)是35齒，而該分動箱的輸出齒輪齒數(shù)是65齒，齒數(shù)幾乎多了一倍，這種設(shè)計的結(jié)果是同樣的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下，使驅(qū)動前橋和后橋的輸出扭矩提高了很多，車速也低了很多，對底盤車在沙漠上的行駛性能及爬坡能力有很大的提升。

3.2.采用了獨立的冷卻潤滑系統(tǒng)

由于XJ550沙漠修井機(jī)分動箱比常規(guī)ZJ20鉆機(jī)分動箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，載荷更大，分動箱的齒輪、軸承、結(jié)合器等主要零部件在工作中容易產(chǎn)生大量的熱能和很大的噪聲。因此，采用了獨立的冷卻潤滑系統(tǒng)，運(yùn)用了強(qiáng)制潤滑和飛濺潤滑兩種方式，一是由可逆式擺線齒輪泵通過潤滑管線分別向各個關(guān)節(jié)點供油，二是在分動箱底部設(shè)計了潤滑油箱，輸出齒輪部分浸泡在潤滑油中實現(xiàn)飛濺潤滑。

3.2.1.分動箱強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)設(shè)計

由可逆式擺線齒輪泵通過潤滑管線分別向各個關(guān)節(jié)點供油(圖2)。

3.2.2.分動箱潤滑油箱設(shè)計

Figure 2.The lubrication system for transfer case圖2.分動箱潤滑系統(tǒng)圖

起初設(shè)計是在分動箱底部潤滑油箱外增加外掛式散熱器，利用發(fā)動機(jī)散熱水箱風(fēng)扇對分動箱內(nèi)的潤滑油進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，但分動箱散熱效果并不理想。這是由于輸出齒輪距離箱體的側(cè)面很近，最近的地方只有28 mm，無論設(shè)備是在工作狀態(tài)還是在行走狀態(tài)，輸出齒輪一直都是處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。輸出齒輪在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時就會將潤滑油帶起旋轉(zhuǎn)，潤滑油被帶到輸出齒輪的上半部分后，很難很快地從側(cè)邊的小縫隙流下去。這樣，潤滑油就會在齒輪的上部越積越多，箱體下端油位越來越低，導(dǎo)致輸出齒輪的旋轉(zhuǎn)阻力加大，潤滑油的溫度也越來越高。另外，由于輸出齒輪直徑的加大，輸出齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時其下部易形成渦流真空，造成潤滑泵吸空，工作時間長了就會損壞潤滑泵，同時產(chǎn)生大量的熱能，又會損壞分動箱內(nèi)的軸承等零件。另一方面油面過低，潤滑泵吸油不暢，供散熱器的潤滑油不足，使得散熱器的散熱能力沒有充分發(fā)揮。同時，由于軸承上供油不充分，軸承及軸承蓋發(fā)燒。潤滑油液由于溫度的升高變稀，使得潤滑泵吸空及分動箱潤滑油的泄漏更容易造成存油量減少。

二次設(shè)計在原設(shè)計的基礎(chǔ)上取消了外掛式散熱器，并增加了副油箱加大箱體底部潤滑油箱的存油量。由于副油箱與分動箱是靠膠管連通，潤滑油回油不及時，冷卻和潤滑效果不好。

三次設(shè)計是設(shè)計了一個增大存油量的油底殼，解決存油量不夠、回油不暢及潤滑油停滯時間短的問題，還增加散熱片及呼吸器。同時對潤滑油加入極壓添加劑齒輪油依然附在齒輪表面，密封圈調(diào)節(jié)劑和抗漏劑，讓密封圈保持柔軟和彈性，有效減少潤滑油泄漏現(xiàn)象[6]。改進(jìn)后的分動箱潤滑油箱如圖3所示。

Figure 3.The lubrication tank for transfer case圖3.分動箱潤滑油箱圖

四次設(shè)計將箱體設(shè)計為焊接式結(jié)構(gòu)并將油底殼與箱體設(shè)計為一體。焊接件箱體降低工時和成本，提高產(chǎn)品的合格率，在加工工藝上簡化了很多，并且箱體的壁厚也比以前的鑄造件薄，箱體的重量也比以前輕了很多。油底殼與箱體為一體，用以防止在使用過程中發(fā)生漏油事故。油底殼上增設(shè)散熱結(jié)構(gòu)，散熱片能夠迅速地為冷卻油降溫。還增設(shè)潤滑點，將產(chǎn)生的熱量迅速帶走。

4.現(xiàn)場應(yīng)用

為長城鉆探公司制造的XJ550沙漠修井機(jī)上分動箱，經(jīng)過對分動箱的逐步設(shè)計改進(jìn)，油田用戶的結(jié)論是分動箱運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，分動箱的溫升達(dá)到設(shè)計要求，滿足使用要求。適用于山區(qū)、高原、灌木叢、次森林、沙漠、沼澤地、水網(wǎng)地帶及冰雪地面。

5.結(jié)語

隨著石油勘探技術(shù)的提高和儲油量的減少，能夠發(fā)現(xiàn)的油田多存儲在沙漠等惡劣環(huán)境下，沙漠修井機(jī)的大力研發(fā)是今后的發(fā)展趨勢。目前沙漠修井機(jī)分動箱還只能用在小型修井機(jī)和鉆機(jī)上，相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，在以后大型鉆機(jī)上也可以開發(fā)沙漠用的分動箱，以滿足油田用戶的需要。

References)

[1] 趙冉.三江瓦力特修井車底盤簡介[J].商用汽車, 2011(20): 70-72.

[2] 張繼杰, 周希柏.高性能沙漠油田專用車底盤設(shè)計與應(yīng)用[J].石油機(jī)械, 2010, 38(6): 41-43.

[3] 何江海.沙漠修井機(jī)兩檔分動箱的研制及應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè), 2012(30): 66-68.

[4] 趙高.沒有金剛鉆, 不攬瓷器活——訪中國石油長城鉆探工程分公司[J].商用汽車, 2012(3): 32-33.

[5] 呂濤, 李世建.淺談機(jī)械工程專用車輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].工程技術(shù)(文摘版), 2016, 6(9): 274.

[6] 齊祥紅.適應(yīng)于蘇丹及北非地區(qū)作業(yè)的XJ650/XJ450修井機(jī)改造[J].鉆采工藝, 2007, 30(5): 111-113.

Developm ent of Transfer Case for XJ550 Desert Workover Rig

Yi Fan1, Jun fu Huang2

1College of Arts and Science, Yangtze University, Jingzhou Hubei2SJ, Jianghan Oilfield Company, SINOPEC, Jingzhou Hubei

The transfer case in XJ550 desert w orkover rig w as especially designed for operation in the desert, and it w as developed based on the transfer case in conven tional ZJ20 d rilling rig.Its structu re w as com pact, transm ission w as reliab le, it can be used for d riving the equipm ent on truck and single d rilling of chassis and as w ell as d riving the d raww orks and rotary respectively and d riving both of them at the sam e tim e, also for d riving the rear axle singly and d riving the rear and front axles at the sam e tim e.It can m eet the dem ands of travelling in road-free condition in desert and w orkover in the oilfields.

Connector for Font Ale Dive, Locking Device for Operation, Mecham ism for Rotary Operation, Vehicle Con trolled Operation Mechanism, Cylinder for Front Axle Control, Lubrication System

Received: Aug.30th, 2016; Accepted: Nov.7th, 2016; Published: Dec.15th, 2016

Copyright ? 2016 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

范毅(1964-)，男，副教授，現(xiàn)主要從事機(jī)械方面的教學(xué)與研究工作。

2016年8月30日；錄用日期：2016年11月7日；發(fā)布日期：2016年12月15日

文章引用： 范毅, 黃軍甫.XJ550沙漠修井機(jī)分動箱的研制[J].石油天然氣學(xué)報, 2016, 38(4): 104-109.http://dx.doi.org/10.12677/jogt.2016.384043