液力變矩偶合器正車減速箱的製作方法

2024-03-08 03:59:15

專利名稱：液力變矩偶合器正車減速箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械傳動石油鑽機中柴油機與並車鏈條箱之間的傳動裝置。
背景技術：
1.在本發明所涉及的技術領域的
背景技術：
在機械傳動石油鑽機中，柴油機與並車鏈條箱之間的傳動裝置，迄今為止有以下 兩種型式第一.液力變矩器(見SY/T5141-2002標準)它主要是由旋轉的泵輪和渦輪及一個固定的導輪共三個葉輪組成的，此三個葉輪 均為扭曲葉片。其主要性能特點是具有變矩(即無級變速)功能，適合於各種(包括地質 情況複雜，起下鑽頻繁，鑽井深度超過5000米以上的)地區的鑽井作業。其缺點是傳動效 率低，導致石油鑽機的燃油消耗高。第二 .液力偶合器正車減速箱(見SY/T6664-2006標準)它是由輸入部分的液力偶合器和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器組成，兩部分 安裝在同一箱體內。輸入部分由直葉片的泵輪和直葉片的渦輪組成的兩葉輪液力偶合器， 其渦輪軸與輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸為一根軸，輸出部分的中間軸位於 輸入軸的上方(或同一水平面內)，而輸出軸與輸入軸的軸心線位於同一中心線內。其優點 是傳動效率高，可大幅降低石油鑽機的燃油消耗，其缺陷和不足是①·由於它不具備變 矩(即無級變速)功能，不適合於在地質情況複雜，起下鑽工況頻繁，鑽井深度超過5000米 的地區的鑽井作業；②.由於液力偶合器具有很大的透穿數，在石油鑽機的起鑽工況，當滾 筒離合器突然合上時，鑽具重量載荷通過絞車變速箱和並車鏈條箱，「透穿」液力偶合器施 加到柴油機上，導致柴油機冒黑煙，甚至「熄火」，使得柴油機的燃燒條件惡化，降低其使用 壽命ο2.在其它技術領域的
背景技術：
在已有文獻(例如，《液力偶合器實用手冊》化學工業出版社2008年12月)中，介 紹了一種在煤礦輸送、工程機械和輕型汽車等設備中使用的液力變矩偶合器，它是在無芯 環的限矩型液力偶合器基礎上改造而成，工作腔中為定量部分充油，充油率通常為72% 85%，其缺陷和不足是①.必須在靠近泵輪的一側設置輔助腔，當外界負荷增加時，渦輪 (5)的轉速降低，工作腔中的工作油進入輔助腔，才能獲得較小的透穿數，但導致結構複雜 且軸向尺寸增加；②.泵輪罩⑶和泵輪(6)的外殼必須裸露在外面旋轉，依靠設置在外 殼外面的筋板擾動空氣形成的氣流進行冷卻，由於這種冷卻方式的冷卻效果差，無法滿足 在重負荷和外界環境溫度大於40°C的條件下使用；③.在這些技術領域，液力變矩偶合器 全部是以獨立安裝的帶輔助腔的形式使用，為了解決其輸出轉速高而輸出轉矩小的問題， 在其後面再設置一個齒輪減速器，兩者通過聯軸器聯結起來；在工作腔中注入一定量的專 用液力傳動油，而齒輪減速器中注入專用的潤滑油並設置帶油泵的潤滑油循環系統，以潤 滑齒輪、軸承等零部件。從而導致整個傳動裝置結構複雜，製造成本提高，使用可靠性下降。鑑於以上原因，現有的這種液力變矩偶合器目前尚無成功運用的範例。

發明內容
1.要解決的技術問題本發明所屬技術領域所涉及的現有技術一液力偶合器正車減速箱，相對於液力 變矩器而言，雖然解決傳動效率低的問題，但它不具備變矩功能，不適合於石油鑽機在地質 情況複雜、起下鑽工況頻繁、鑽井深度超過5000米的地區進行作業；另外，它有很大的透穿 數，在提升鑽具工況，其重量載荷通過較車變速箱和並車鏈條箱，「透穿」液力偶合器施加到 柴油機上，引起柴油機冒黑煙，甚至熄火，燃燒條件惡化，降低其使用壽命。本發明首先要解 決的技術問題就是要獲得一種新型液力變矩偶合器，它必須是具備結構緊湊，在額定工況 像液力偶合器一樣具有很高(96% 98% )的傳動效率，而在低速工況像液力變矩器一樣 具有較大的輸出轉矩和較小的透穿數。它作為本發明的輸入部分，替換現有技術(液力偶 合器正車減速箱)中的輸入部分的液力偶合器，組成本發明所述的液力變矩偶合器正車減 速箱。但現有的液力變矩偶合器存在以下的問題和缺點，必須對其進行相應的技術改造 ①.為了滿足在重負荷和外界環境溫度大於40°C的條件下使用，必須摒棄現有液力變矩偶 合器依靠泵輪罩和泵輪外面的筋板擾動空氣形成的氣流進行冷卻的方法，而改用冷卻效率 高的強制冷卻方法，即設置一套工作油循環系統一個專用的油泵，從油箱將工作油吸入並 通過管路壓入冷卻器進行強制冷卻，再壓入液力變矩偶合器的工作腔，同時帶走工作油在 傳遞功率過程中所產生的熱量，然後回到油箱。這一循環過程，使得冷卻效果大大增加；而 且大大減少了液力變矩偶合器的外型尺寸，整體降低了該傳動裝置的尺寸，使得結構更加 緊湊。②.對於已有的液力變矩偶合器都是通過聯軸器與其後面的減速箱實現聯接，在前 者的工作腔中注入定量的專用液力傳動油，在後者的油箱中注入專用的潤滑油並設置一個 帶油泵的潤滑油循環系統，這不僅導致軸向尺寸特別大，而且結構複雜，使用可靠性降低。 此技術方案對於軸向尺寸有嚴格要求的很多技術領域(尤其本發明所涉及的技術領域)是 完全不可行的。必須取消前者的輔助腔及兩者之間的聯軸器，兩者安放在同一箱體內，這樣 才能簡化結構並縮短軸向尺寸；③.由於取消輔助腔以及工作腔中由部分定量充油改為充 滿油後，導致已有的液力變矩偶合器工作腔中原有的工作油流動狀態的變化，但有了強制 冷卻系統，仍能確保「在額定工況具有很高的傳動效率，而在低速工況具有較大渦輪轉矩和 較小的透穿數」的特性要求。2.技術方案本發明是一種液力變矩偶合器正車減速箱，在機械傳動石油鑽機中，是柴油機與 並車鏈條箱之間的傳動裝置，採用的技術方案是由輸入部分的液力變矩偶合器和輸出部 分的兩級同軸式齒輪減速器組成。輸入部分的液力變矩偶合器是由一個直葉片的短泵輪 (6)和一個直葉片的渦輪(5)及一個扭曲葉片的導輪(7)組成的，它不帶輔助腔。液力變矩 偶合器與兩級同軸式齒輪減速器安裝在同一箱體(15)內，液力變矩偶合器的渦輪軸(4)與 兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸(4)為同一根軸；液力變矩偶合器的工作腔中的工作油和 兩級同軸式齒輪減速器的潤滑油採用同一油品且共用一個帶油泵和冷卻器的油循環系統， 對工作油和潤滑油採用強制冷卻；輸出部分的中間軸(11)位於輸入軸O)的上方，而輸出 軸(13)與輸入軸O)的軸心線位於同一中心線內。
3.有益效果採用上述技術方案，使得本發明獲得如下新的功能第一.本發明在額定工況的傳動效率可達到93% 95%以上，與液力變矩器相 比，傳動效率提高了 10% 15%，從而大幅降低石油鑽機的燃油消耗。第二 .本發明適合在各種(包括地質情況複雜，起下鑽頻繁，鑽井深度超過5000 米的)地區的鑽井作業。第三.本發明與液力偶合器正車減速箱相比，具有較小的透穿數。在石油鑽機的 提升鑽具工況，大幅降低鑽具重量施加於柴油機的負荷，避免柴油機冒黑煙，甚至「熄火」， 改善工作條件，提高使用壽命。第四.本發明取消了輔助腔，且兩部分的工作油和潤滑油採用同一油品並共用一 個帶油泵和冷卻器的強迫冷卻油循環系統，不僅使軸向尺寸縮小，結構簡化，使用可靠性提 高，而且可以滿足在重負荷和外界環境溫度大於40°C的條件下使用。


附圖1表示了本發明所述的液力變矩偶合器正車減速箱的結構簡圖，圖中1.輸 入法蘭2.輸入軸3.泵輪罩4.渦輪軸5.渦輪6.泵輪7.導輪8.第I級齒輪對 從動齒輪9.第I級齒輪對主動齒輪10.第II級齒輪對主動齒輪11.中間軸12.第 II級齒輪對從動齒輪13.輸出軸14.輸出法蘭15.箱體附圖2表示了本發明所述的液力變矩偶合器正車減速箱的工作油和潤滑油循 環系統的原理圖，圖中16.油箱 17.油泵 18.冷卻器 19.兩級同軸式齒輪減速器 20.液力變矩偶合器(注「細實線」表示工作油循環系統，「點劃線」表示潤滑油循環系統， 「粗實線」表示本發明的結構原理)
具體實施例方式本發明為液力變矩偶合器正車減速箱，其結構簡圖如附圖1所示，它是由輸入部 分的液力變矩偶合器和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器組成。輸入部分是由一個具有直 葉片的短泵輪(6)和一個具有直葉片的渦輪(5)及一個具有扭曲葉片的導輪(7)組成的三 葉輪液力變矩偶合器，它不帶輔助腔，其主要零部件有輸入法蘭(1)、輸入軸O)、泵輪罩 (3)、泵輪(6)、渦輪(5)和導輪(7)及渦輪軸(4)等。輸出部分由輸入軸(即液力變矩偶合 器的渦輪軸M4)、第I級齒輪對的主動齒輪(9)和從動齒輪(8)、中間軸(11)、第II級齒輪 對的主動齒輪(10)和從動齒輪(12)、輸出軸(13)、輸出法蘭(14)及箱體(15)組成的兩級 同軸式齒輪減速器。兩部分安裝在同一箱體(15)內。其工作過程如下第一.在額定工況柴油機在額定轉速(例如，1000r/min)下運轉，通過液力變矩 偶合器的輸入法蘭(1)、輸入軸(2)和泵輪罩(3)驅動泵輪(6)旋轉，泵輪(6)中的工作油 在離心力的作用下，由芯部向外周流動，然後向心地進入渦輪(5)並衝動渦輪(5)旋轉；當 石油鑽機的工作機構(泥漿泵、鉸車和轉盤)處於額定工況下運轉時，其載荷通過兩級同軸 式齒輪減速器施加於渦輪( 上，阻止渦輪轉速升高。當渦輪轉速ητ與泵輪轉速nB之比為 0. 96 0. 98，即 nT = (0. 96 0. 98) nB = 960r/min 980r/min 時，渦輪(5)旋轉時對工 作油的離心力作用相對較大，但與泵輪(6)的離心力作用相反，進入渦輪(5)的工作油流避開導輪(7)又折反回到泵輪(6)的芯部，而在導輪(7)中的工作油靜止不動，此時液力變矩 偶合器處於偶合器工況運轉，具有很高(96% 98%)的傳動效率η。第二.在低速和零速工況柴油機仍在額定轉速下運轉，隨著工作機構負載的增 加，迫使渦輪轉速nT降低，渦輪(5)對工作油流的離心力作用減小；當工作機構負載繼續增 加到迫使渦輪(5)轉速至零時，渦輪(5)的離心力作用等於零。工作油流在泵輪(6) 的離心力作用下，向心地進入渦輪(5)，通過導輪(7)再回到泵輪(6)的芯部。此時在工作 腔中產生很大的循環流量Q，由於導輪(7)葉柵的作用，在泵輪(6)的進口產生工作油流環 量Γ 1B，使泵輪出口環量Γ2Β與進口環量Γ1Β之差Δ ΓΒ(Γ2Β-Γ1Β)減小。而泵輪轉矩Mb與 循環流量Q和泵輪進出口環量差Δ ΓΒ的乘積成正比(Mb⑴Q · Δ ΓΒ)，循環流量Q增加使 泵輪轉矩增加，而出口環量差△ Γ Β減小又使泵輪轉矩減小，也就是說泵輪轉矩增加相對較 小，本發明獲得較小的透穿數，避免柴油機冒黑煙，甚至熄火，改善工作條件，提高其使用壽 命；另外，由於循環流量Q的增加，可獲得更大的渦輪轉矩及輸出轉矩，提高石油鑽機的鑽 井功效，此時液力變矩偶合器處於變矩器工況運轉。對於現有的液力變矩偶合器，在低速和零速工況，由於帶輔助和定量部分充油，工 作腔中的工作油進入輔助腔，使得循環流量Q減小，從而減小了泵輪轉矩，獲得較小的透穿 數。但同時減小了渦輪轉矩，從而降低了石油鑽機的鑽井功效。輸入部分的工作腔中的工作油與輸出部分的潤滑油採用同一油品且共用一個帶 油泵和冷卻器的循環系統如附圖2所示，油循環系統的油泵(17)和冷卻器(18)串聯，箱 體(1 底部為油箱，油泵(17)的入口通過管路與油箱聯通，冷卻器(18)出口管路分成兩 路，一路與潤滑管路聯通，另一路與液力變矩偶合器00)的工作腔入口聯通，液力變矩偶 合器00)的工作腔出口與油箱聯通。由輸入部分驅動的油泵(17)將工作油從油箱(16) 吸入，通過管路(「細實線」所示)壓入冷卻器(18)進行強制冷卻，再壓入液力變矩偶合器 的工作腔，同時帶走在傳遞功率過程中所產生的熱量，最後回到油箱(16)；另外，從冷卻器 (18)出來的工作油通過另外較細的管路(「點劃線」所示)，去分別潤滑齒輪和軸承等零部 件，工作油通常是一種專用的液力傳動油，它既是液力變矩偶合器傳遞功率的工作介質，又 是齒輪和軸承等的潤滑介質。
權利要求
1.一種液力變矩偶合器正車減速箱，在機械傳動石油鑽機中，是柴油機與並車鏈條箱 之間的傳動裝置，其特徵在於由輸入部分的液力變矩偶合器00)和輸出部分的兩級同軸 式齒輪減速器(19)組成；輸入部分是一個不帶輔助腔的液力變矩偶合器，它與輸出部分的 兩級同軸式齒輪減速器安裝在同一箱體(1 內；液力變矩偶合器的渦輪軸(4)與兩級同軸 式齒輪減速器的輸入軸(4)為同一根軸，液力變矩偶合器工作腔中的工作油與兩級同軸式 齒輪減速器中的潤滑油採用同一油品，且共用一個帶油泵和冷卻器的油循環系統。
2.如權利要求1所述的液力變矩偶合器正車減速箱，其特徵在於油循環系統的油泵 (17)和冷卻器(18)串聯，箱體(15)底部為油箱，油泵(17)的入口通過管路與油箱聯通，冷 卻器(18)出口管路分成兩路，一路與潤滑管路聯通，另一路與液力變矩偶合器00)的工作 腔入口聯通，液力變矩偶合器OO)的工作腔出口與油箱聯通。
全文摘要
液力變矩偶合器正車減速箱，在機械傳動石油鑽機中，是柴油機與並車鏈條箱之間的傳動裝置；由輸入部分的液力變矩偶合器和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器組成。輸入部分是一個不帶輔助腔的液力變矩偶合器，它與輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器安裝在同一箱體內，渦輪軸與兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸為同一根軸，工作腔中的工作油與兩級同軸式齒輪減速器中的潤滑油採用同一油品，且共用一個帶油泵和冷卻器的油循環系統。這種傳動裝置具有傳動效率高，可大幅降低燃油消耗；又具有變矩的功能，可大幅提高鑽井功效；而且具有較小的透穿數，可改善柴油機的燃燒條件，提高其使用壽命。
文檔編號E21B3/02GK102052442SQ20091018834
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者熊以恆, 熊晟 申請人:熊以恆, 熊晟