沙漠修井機兩檔分動箱的研制及應用

摘要：第四石油機械廠與三江瓦力特特種車輛有限公司聯(lián)合開發(fā)了XJ550沙漠修井機，已經(jīng)有兩臺在尼日爾撒哈拉大沙漠進行修井作業(yè)。該種修井機配置了沙漠油田專用重載底盤和一檔分動箱，采取了防沙防高溫措施，滿足了沙漠無道路條件下的行駛和現(xiàn)場鉆修井作業(yè)要求，不足之處是分動箱只有一個檔位，且輸出到前后橋的傳動比較大，無法滿足普通公路上高速行駛的要求，車速只能達到35km/h，且潤滑油散熱效果不太理想。第三臺沙漠修井機做了改進和提高，研制并配備了兩檔分動箱，采用飛濺與強制潤滑相結(jié)合，在不同道路條件下可選擇不同的檔位，道路情況良好時選擇高速檔，路況差或者在沙漠腹地沒有道路條件時選擇低速檔，有效提高了整機的移運性能。

關(guān)鍵詞：沙漠修井機；兩檔分動箱；研制應用

中圖分類號：TE925 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0066-03

由于在沙漠腹地，存在浮沙層厚且松軟、風沙大、環(huán)境溫度高等特點，為了適應油區(qū)的鉆修井作業(yè)，必須要求自走式修井機有高機動、高越野性能，現(xiàn)有的常規(guī)自走式修井機在沙漠環(huán)境下根本無法正常行駛和作業(yè)。必須對動力和底盤傳動系統(tǒng)進行特殊設計，為合理選擇動力分配要求，綜合考慮各種因素，并結(jié)合已開發(fā)的沙漠修井機在現(xiàn)場使用存在的不足進行改進和提高，研制出了兩檔分動箱。在不同道路條件下選擇不同的檔位。道路情況良好時選擇高速檔，路況差或者在沙漠腹地沒有道路條件時選擇低速檔，保證了修井機在各種路況下的行駛要求。目前兩檔分動箱已經(jīng)在沙漠修井機上得到了應用，反應效果很好，比之前的沙漠修井機性能有了很大提高，滿足了各種道路條件下的行駛和作業(yè)要求。

1 修井機分動箱的作用、結(jié)構(gòu)及特點

1.1 作用

自走式修井機底盤行駛系統(tǒng)、絞車作業(yè)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)盤作業(yè)系統(tǒng)共用一套動力，主要依靠分動箱來實現(xiàn)動力的分配，載車行駛時，通過操作動力切換手柄置“行車”位置，經(jīng)杠桿作用，掛合分動箱后橋動力輸出口離合器，同時脫離絞車動力輸出口離合器；當在困難的路面行駛時，可掛合底盤前橋動力輸出口離合器，提高分動箱的通過性，鉆修作業(yè)時，手柄置“作業(yè)”位置，經(jīng)杠桿作用，掛合分動箱絞車動力輸出口離合器，同時脫離底盤動力輸出口離合器，發(fā)動機動力僅分配給絞車系統(tǒng)。需要利用轉(zhuǎn)盤

作業(yè)時，只需單獨掛合轉(zhuǎn)盤動力操作手柄即可。

1.2 結(jié)構(gòu)

自走式修井機分動箱箱體內(nèi)安裝有三個嚙合的齒輪，成垂直布置，一檔傳動。通常設置有前上一個動力輸入口和后上、后中、后下、前下四個動力輸出口，前上的動力來自發(fā)動機和變扭器的動力輸入，后上的動力輸出到絞車，后中的動力輸出到轉(zhuǎn)盤，后下的動力輸出到后橋，前下的動力輸出到前橋。滿足絞車和轉(zhuǎn)盤動力輸出口能同時工作，除前下即前橋驅(qū)動離合器采用汽缸遠程控制離合之外，后3個動力輸出口均采用機械掛合裝置。通過搬動操作手柄來實現(xiàn)掛合或脫離，后上和后下即絞車和后橋的驅(qū)動離合器使用一個操縱桿操作，并且成互鎖狀態(tài)。

1.3 特點

三齒輪傳動，大齒輪軸距，設有一個動力輸入口，四個動力輸出口，實現(xiàn)一個檔位，傳動平穩(wěn)，能保證修井機在良好路況下高速行駛和油田現(xiàn)場作業(yè)的動力分配要求。如果在路況惡劣的油區(qū)，比如在沼澤或沙漠地區(qū)行駛時，必須加大動力輸出到前后橋與動力輸入之間的傳動比，提高輸出扭矩，否則，修井機由于越野能力不夠，將無法正常行駛，作為動力分配的一檔分動箱很難同時滿足在公路上的高速行駛和在復雜路況下的越野性能要求。

第四石油機械廠與三江瓦力特特種車輛有限公司聯(lián)合開發(fā)了XJ550沙漠修井機，車上采用修井機的成熟的布置，而底盤是在經(jīng)過對比國外沙漠運輸車的性能特點，結(jié)合軍工專用車的高機動性、高越野能力的基礎上，采用先進的雙扭桿獨立懸架、斷開式驅(qū)動橋、分組轉(zhuǎn)向、寬斷面超低壓輪胎和輪胎自動充放氣等技術(shù)研制開發(fā)的，最初配置一檔分動箱，與常規(guī)修井機相比，加大了輸出到前后橋的傳動比，滿足沙漠腹地的行駛要求。但是在普通公路轉(zhuǎn)場時，行駛車速較慢，因此，如果要同時滿足在沙漠腹地越野性能和等級公路上的高速行駛要求，必須實現(xiàn)分動箱多檔輸出，經(jīng)過充分論證和計算，研制開發(fā)了兩檔分動箱。

2 兩檔分動箱的結(jié)構(gòu)及傳動原理

1.操作手柄（控制轉(zhuǎn)盤動力輸入）；2.操作手柄（控制絞車或后橋動力輸入）；3.動力輸入軸；4.兩檔箱動力輸出軸（到分動箱）；5.動力輸出軸（到絞車端）；6動力輸出軸（到轉(zhuǎn)盤端）；7.動力輸出軸（到前橋端）；8.動力輸出軸（到后橋端）；9.潤滑系統(tǒng)；10.兩檔箱箱體；11.分動箱箱體；12.操作手柄（高低速動力輸入切換）

兩檔分動箱主要由一個兩檔齒輪箱和一個分動箱組合而成，兩檔箱內(nèi)上下平行布置了動力輸入軸和動力輸出軸總成，軸上分別安裝了兩組相互嚙合的齒輪，在動力輸入軸上有一個結(jié)合齒圈和一個撥叉機構(gòu)，撥動兩檔箱上的操作手柄，從發(fā)動機和變扭器輸入的動力，分別通過兩組嚙合齒輪傳遞，可以實現(xiàn)高速和低速兩種不同的動力輸出，在兩檔箱動力輸出軸軸頭安裝有一個齒輪，該齒輪布置在分動箱內(nèi)，與絞車端的動力輸出齒輪嚙合，而絞車端的動力輸入齒輪又與轉(zhuǎn)盤端的動力輸出齒輪嚙合，轉(zhuǎn)盤端的動力輸出齒輪與前后橋兩端的動力輸出齒輪嚙合，實現(xiàn)了一個動力輸入口，四個動力輸出口，并且形成高速和低速兩種不同的動力輸出。在四個動力輸出口均布置有離合器，通過操作手柄進行掛合或脫離，保證行駛或作業(yè)的動力輸出要求。

根據(jù)不同路面的行駛條件，選擇不同的檔位。當在高等級公路行駛時，路況較好，需要將操作手柄切換到高速檔，這樣修井機的行駛速度較高，能夠達到45km/h，當在沙漠腹地行駛時，由于沒有固定的道路，浮沙層厚且松軟，要求修井機具有較強的越野能力，爬坡度達到40%。需要將兩檔箱手柄切換到低速檔，并掛合分動箱前橋動力輸出口離合器和后橋動力輸出口離合器，同時脫離絞車動力輸出口離合器，這樣可以降低車速，提高前后橋的輸出扭矩，保證在沙漠環(huán)境下的行駛要求。

3 兩檔分動箱傳動比確定

當修井機在沙漠環(huán)境下行駛時，采用低速檔。根據(jù)底盤設計要求：在滿足爬坡度40%，附著系數(shù)為0.4時，動力輸出到前后橋與動力輸入軸之間的傳動比不小于1.857。通過綜合考慮安裝尺寸要求，確定兩檔分動箱動力輸入和輸出齒輪齒數(shù)。

當修井機在油田現(xiàn)場作業(yè)時，需將兩檔箱手柄切換到高速檔，求得輸出到絞車的傳動比i3==1，與常規(guī)修井機分動箱傳動比相同，輸出到轉(zhuǎn)盤的傳動比i4==1.537，與常規(guī)修井機分動箱傳動比相同。

因此在沙漠修井機上配置兩檔分動箱，主要考慮到在沙漠腹地行駛時，需要提高底盤的越野性能，采用低速檔，增大輸出到前后橋的扭矩，當在等級公路上行駛或者在油田現(xiàn)場作業(yè)時，需要提高行駛速度和保證正常的作業(yè)效率，采用高速檔。

4 現(xiàn)場應用

目前，兩檔分動箱已經(jīng)應用在第四石油機械廠與三江瓦力特特種車輛有限公司聯(lián)合開發(fā)的第三臺XJ550沙漠修井機上。底盤延續(xù)了前兩臺的技術(shù)，采用了沙漠修井機專用底盤，雙扭桿獨立懸架、斷開式驅(qū)動橋、分組轉(zhuǎn)向、寬斷面超低壓輪胎和輪胎自動充放氣等，具有高機動、高越野性能。適用于平原、田野、丘陵、山區(qū)、高原、灌木叢、次森林、沙漠、沼澤地、水網(wǎng)地帶及冰雪地面行駛，同時保證了修井機在公路上高速行駛的要求，新設計的兩檔分動箱散熱性好，故障率低，反應良好，滿足各種路況下行駛和現(xiàn)場作業(yè)的動力分配要求，受到了用戶的歡迎。

參考文獻

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[3] 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.

作者簡介：何江海（1977-），男，第四石油機械廠高級工程師，碩士，研究方向：石油鉆采機械絞車和傳動設計。

（責任編輯：秦遜玉）