液壓傳動行星減速器在鉆井絞車中的應用

孟獻

摘 要：根據機械傳動行星減速器在鉆井絞車應用中存在傳動噪聲大、平穩(wěn)性差、外形尺寸和重量大的問題，設計液壓傳動鉆井絞車，并對該絞車所使用減速器的設計方法進行確定。以JC14絞車為例，對液壓鉆井絞車所用減速器進行分析，對馬達、泵參數的選定方法進行說明，對減速器的結構形式和齒輪進行具體設計。優(yōu)化后的設計經過實際使用，表明其克服了機械傳動鉆井絞車使用中存在的問題。

關鍵詞：液壓行星減速器；鉆井絞車；傳動

中圖分類號：TH132.41 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）03-0061-03

Abstract： Due to the problems of large transmission noise， poor stability， large size and weight in the application of the mechanical transmission planetary reducer in drilling winch， hydraulic transmission drilling winch was designed， the design method of the reducer used in the winch was determined. Taking the JC14 winch as an example， this paper analyzed the reducer used in the hydraulic drilling winch， described the selection method of the motor and pump parameters， and designed the structure and the gear of the reducer. The optimized design has been used in practice， which shows that it overcomes the problems in the use of the mechanical drive drilling winch.

Keywords： hydraulic planetary reducer；drilling winch；transmission

行星減速傳動器在石油鉆修機上主要用作絞車[1]，分機械和液壓傳動形式，具體應用有液壓小絞車、測井絞車、鉆井絞車。液壓小絞車安裝在鉆臺上，用于將地面上的鉆桿或其他重物提升至鉆臺和井架二層臺，通過纏繞在絞車滾筒上的鋼絲繩提升物體。由于其自身結構限制和實際需要，一般選擇液壓馬達和單速行星減速器傳遞動力，其工作原理和減速器在絞車上的應用結構圖分別見圖1和圖2。測井車上使用的絞車也是液壓傳動，其安裝在車內，但需要輸出較大扭矩和低速度，一般采用變量馬達和雙速行星減速器來傳遞動力，目前雙速行星減速器已成為常規(guī)產品，其主要結構見圖3。

鉆井絞車是鉆井設備的品種，由于輸出大扭矩和較高速度，目前一般使用機械傳動絞車，其采用電機驅動定軸系齒輪減速箱來傳遞動力，通過自身滾筒上的鋼絲繩來下放和提升鉆桿。但該種絞車存在整個外形尺寸大、重量大、傳動噪聲大、平穩(wěn)性差等缺陷，在一些特殊場合的應用中受到限制。如隨著對海洋鉆井平臺用鉆機使用要求的提高，作為鉆井設備的重要傳動部件，絞車的整體質量需要進一步提升，從傳動平穩(wěn)性、降低噪聲、縮小絞車整體外形尺寸和重量等方面考慮，逐步引入馬達和行星減速器組成的液壓傳動絞車結構。但該種結構中的減速器不是單純的動軸系行星減速器，而是采用定軸系與動軸行星系相組合的減速結構。該種減速器的制造和安裝精度要求較高，本文配套設計的液壓傳動鉆井絞車提升了絞車的整體質量，經過現場應用考察使用效果良好，能滿足特殊工況的實際需要。

由于液壓小絞車和測井絞車所使用的減速器基本已標準化和系列化，因此本文重點對液壓傳動鉆井絞車所使用的液壓行星減速器進行討論。

1 液壓傳動行星減速器相關設計

設計包括絞車滾筒軸最大扭矩和轉速計算，泵和馬達參數確定，泵和馬達參數驗證，減速器結構設計和零部件設計等。

1.1 減速器的結構確定及泵和馬達選用

根據以往絞車傳動用減速器設計經驗，結合結構尺寸和安裝位置要求，將減速器的結構確定為定軸輪系與動軸輪系相組合的減速結構，全液壓控制與驅動。由絞車所需要的輸入扭矩及最高轉速、減速器的總減速比，確定液壓泵和馬達的選型和參數。

1.1.1 絞車滾筒軸最大扭矩和最高轉速計算

1.1.4 泵參數的確定。根據幾臺馬達同時工作所需排量，經過計算選擇泵。根據經驗一般選擇軸向柱塞泵。

1.2 減速器結構設計

液壓傳動鉆井絞車所使用的減速器主要結構設計為：多臺馬達同時傳遞動力，馬達輸出的扭矩和轉速由一級定軸齒輪減速結構，經由3個行星輪組成的行星齒輪減速結構，和最后一級定軸齒輪減速，通過最后一級齒輪與滾筒軸之間的鍵連接來傳遞給絞車。減速器輸出扭矩和轉速即為絞車滾筒軸輸入扭矩和轉速。具體結構見圖4。

3 應用效果

通過對液壓傳動鉆井絞車用減速器的設計和使用，達到了提高鉆機傳動平穩(wěn)性、降低噪聲、縮小絞車整體外形尺寸和重量等方面的要求，同時使傳動系統(tǒng)精度更高。定軸系與動軸系相組合的減速器設計制造技術最初應用在南陽二機石油裝備集團股份有限公司生產的JC12、JC14絞車上，通過現場使用考察達到了預期效果。計劃進一步將該技術拓展至JC18、JC21等相對小型的鉆井絞車上。由于使用液壓和高精度的齒輪傳動，將使南陽二機石油裝備集團股份有限公司生產的小型鉆井絞車在整體制造技術和質量上均有較大提高。

參考文獻：

[1]劉廣平，朱國牛.液壓絞車行星傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J].液壓與氣動，2010（12）：4-6.