復合驅動鉆機并車箱軸慣性剎車裝置研制

付華 ，王圣波 ，劉連祥 ，張景惟 ，閆團剛

（1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721002；2.中原石油工程公司 塔里木分公司，新疆 庫爾勒 841003；3.寶鈦集團有限公司，陜西 寶雞 721014）

0 引言

復合驅動鉆機一般為2～4臺柴油機與液力變矩器或液力耦合器組成的動力機組（柴油機與液力變矩器或液力耦合器采用萬向軸相連或者為一體機），通過皮帶并車箱或整體鏈條箱并車后，分別驅動絞車和泥漿泵。并車傳動箱在各傳動軸上設置有氣胎離合器4，通過控制離合器4的脫開或掛合，同時配合操作手動掛擋機構7脫開或掛合來實現不同的功能組合。如圖1所示，當將手動掛擋機構7掛合，同時將一、二號軸端離合器均掛合時，一、二號柴油機組動力并機，可滿足大功率傳動的需要，實現功率互濟；當將手動掛合機構7脫開，同時將一、二號軸端離合器均掛合時，一號柴油機組驅動絞車，2號柴油機組驅動泥漿泵9。兩者之間互不影響，從而更加合理地調節動力機組的功率分配，提高功率利用率。

圖1 復合驅動鉆機后臺動力傳動原理簡圖

目前現有的復合驅動鉆機并車箱軸作業時，當1號柴油機動力驅動1號傳動軸運轉時，2號柴油機動力未啟時，2號傳動軸存在隨1號傳動軸隨動的情況，此時2號傳動軸會使液力耦合器減速箱也隨動轉動，從而減少了液力耦合器的使用壽命。因此分析“無動力輸入軸隨有動力輸入軸轉動”的原因，尋求其解決方法顯得尤為必要。

1 原因分析

現有復合驅動鉆機柴油機動力傳遞圖如圖2所示，柴油機組1通過法蘭與液力耦合器2直連，液力耦合器2與并車箱軸端通過萬向軸3連接，同時并車箱軸端設有掛合離合器5，當掛合并車箱相應軸端離合器5，相對應的柴油機動力即可傳遞至并車箱軸。與之相反，當相應的并車箱軸在外力作用下運轉也會帶動液力耦合器2運轉。再結合圖1可知，并車箱軸各軸間通過鏈條連接，因并車箱各軸之間沒有設置剎車裝置，當有動力輸入軸運轉時，若摩擦鼓與空套輪軸承之間的摩擦力小于有動力輸入軸的傳輸力，就會帶動無動力輸入軸隨同轉動。此時若無動力輸入軸上的車離合器脫開不充分，就會導致與無動力輸入軸相連的液力耦合器運轉。

圖2 柴油機與并車箱動力傳動圖

由此可知，與無動力輸入軸連接的液力耦合器轉動的原因：一是并車箱中的無動力輸入軸上的摩擦鼓與空套輪軸承之間的黃油太多，使其之間的摩擦力減少；有動力輸入軸帶動了無動力輸入軸轉動；二是因加工或安裝誤差導致摩擦鼓與氣胎離合器之間的間隙太少，氣胎離合器脫開不完全，導致有動力輸入軸的動力傳遞給了液力耦合器。

2 解決對策

2.1 設計依據

通過以上分析可知，解決無動力輸入軸隨有動力輸入軸轉動的方法目前有以下3個方面：一是減少并車箱中各傳動軸上的摩擦鼓與空套輪鼓軸承之間的黃油，以增大之間的摩擦力；二是調整摩擦鼓與氣胎離合器之間的間隙，使氣胎離合器能完全脫開；三是設置一種慣性剎車裝置，無動力輸入軸不運轉時將其完全抱死，有效剎住有動力輸入軸傳入的隨動力。但是方法一中黃油的加注量不好測量，同時黃油量太少，當傳遞轉矩大時，會燒軸承；方法二中調大摩擦鼓與氣胎離合器之間的間隙，可能導致傳遞轉矩的能力降低，甚至出現打滑現象，存在安全隱患。經比較，方法三可行。

2.2 剎車裝置應具備的功能

根據并車箱傳動原理圖1和上述分析，慣性剎車裝置至少應具備以下功能：1）慣性剎車裝置只要將并車箱軸的隨動運轉力剎住即可；2）并車箱中的傳動軸經柴油機驅動運轉時，慣剎裝置必須能完全脫開，以免損壞剎車裝置；3）慣性剎車裝置剎車時，確保直接驅動其運轉的柴油機停機。

3 慣性剎車裝置設計

3.1 慣性剎車裝置結構設計

結合圖2可知,并車箱軸端離合器處與萬向軸連接的連接法蘭處有安裝空間，可在此設置剎車，同時因氣缸能提供一定的力，且控制簡單，所以選擇氣缸作為剎車裝置的驅動裝置。慣性剎車裝置的結構如圖3所示，由墊板1、支架2、銷軸3、氣缸4、導向塊5、連接件6、剎車底板7、摩擦片8,、安裝螺釘9組成。墊板1焊接在并車箱軸端離合器法蘭10的正下方，支架2通過螺栓與墊板相連，支架2與氣缸4通過銷軸3連接，連接件6、剎車底板7、摩擦片8連成一體組成剎車執行機構，連接件6與氣缸4的活塞桿端連接。由此可通過控制氣缸活塞桿的上下運動來控制剎車執行機構與法蘭10的軸面貼合與分開。實現慣性剎車裝置的剎車與釋放。同時設置的導向塊5能確保剎車執行機構垂直向上運動，以至于對準法蘭軸面，確保剎車性能。

圖3 慣性剎車裝置結構圖

3.2 氣控制系統

氣控原理圖如圖4所示，氣源經一個常通氣控閥2與剎車氣缸3的桿腔相連，使慣性剎車裝著初始時處于脫開狀態，避免意外損壞慣性剎車裝置。同時，慣性剎車裝置由一個三位四通手柄開關1控制，分慣剎、離合、停止三個位置，離合位與并車箱軸端離合器相連，控制并車箱相應軸上的車離合器掛合，慣剎位分出三路氣，一路氣接相對應的柴油發電機組的急停口，控制直接驅動其運轉的柴油機停機，避免慣性剎車裝置損壞；一路氣去控制剎車氣缸桿腔回路的繼氣閥換向，使剎車氣缸的桿腔排氣。一路氣與剎車氣缸的塞腔連通，通過控制剎車氣缸塞腔通氣來控制剎車執行機構動作剎車。

圖4 氣控原理圖

4 創新技術

1）該慣性剎車裝置在現有并車箱軸上安裝方便。該慣性剎車裝置能有效安全地剎住無動力輸入軸。

2）該慣性剎車裝置與相應的并車箱軸上的離合器能實現互鎖，即離合器掛合時，慣性剎車裝置不剎車，慣性剎車裝置剎車時，離合器不能掛合，避免損壞剎車裝置，確保了設備的安全工作。

3）該慣性剎車裝置與相應的柴油機組動力實現自鎖，即慣性剎車裝置剎車時，相應的柴油機組立即停機，避免損壞剎車裝置，確保了設備的安全工作。

5 結論

研制的慣性剎車裝置能有效地剎住無動力輸入軸，從而避免了相應液力耦合器的運轉，提高了液力耦合器的使用壽命，同該剎車裝置能很好地與相應的車離合器及柴油機組動力互鎖，增強了系統的安全性。

研制的慣性剎車裝置已成功應用在西部鉆探ZJ40LDB14型復合驅動鉆機上，達到了預期效果，并獲得了用戶一致好評。