復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)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(tuán)剛

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)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(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721014）

0 引言

復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)一般為2～4臺(tái)柴油機(jī)與液力變矩器或液力耦合器組成的動(dòng)力機(jī)組（柴油機(jī)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(jī)），通過皮帶并車箱或整體鏈條箱并車后，分別驅(qū)動(dòng)絞車和泥漿泵。并車傳動(dòng)箱在各傳動(dòng)軸上設(shè)置有氣胎離合器4，通過控制離合器4的脫開或掛合，同時(shí)配合操作手動(dòng)掛擋機(jī)構(gòu)7脫開或掛合來實(shí)現(xiàn)不同的功能組合。如圖1所示，當(dāng)將手動(dòng)掛擋機(jī)構(gòu)7掛合，同時(shí)將一、二號(hào)軸端離合器均掛合時(shí)，一、二號(hào)柴油機(jī)組動(dòng)力并機(jī)，可滿足大功率傳動(dòng)的需要，實(shí)現(xiàn)功率互濟(jì)；當(dāng)將手動(dòng)掛合機(jī)構(gòu)7脫開，同時(shí)將一、二號(hào)軸端離合器均掛合時(shí)，一號(hào)柴油機(jī)組驅(qū)動(dòng)絞車，2號(hào)柴油機(jī)組驅(qū)動(dòng)泥漿泵9。兩者之間互不影響，從而更加合理地調(diào)節(jié)動(dòng)力機(jī)組的功率分配，提高功率利用率。

圖1 復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)后臺(tái)動(dòng)力傳動(dòng)原理簡圖

目前現(xiàn)有的復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)并車箱軸作業(yè)時(shí)，當(dāng)1號(hào)柴油機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)1號(hào)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，2號(hào)柴油機(jī)動(dòng)力未啟時(shí)，2號(hào)傳動(dòng)軸存在隨1號(hào)傳動(dòng)軸隨動(dòng)的情況，此時(shí)2號(hào)傳動(dòng)軸會(huì)使液力耦合器減速箱也隨動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減少了液力耦合器的使用壽命。因此分析“無動(dòng)力輸入軸隨有動(dòng)力輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)”的原因，尋求其解決方法顯得尤為必要。

1 原因分析

現(xiàn)有復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)柴油機(jī)動(dòng)力傳遞圖如圖2所示，柴油機(jī)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(shí)并車箱軸端設(shè)有掛合離合器5，當(dāng)掛合并車箱相應(yīng)軸端離合器5，相對(duì)應(yīng)的柴油機(jī)動(dòng)力即可傳遞至并車箱軸。與之相反，當(dāng)相應(yīng)的并車箱軸在外力作用下運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)帶動(dòng)液力耦合器2運(yùn)轉(zhuǎn)。再結(jié)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(shè)置剎車裝置，當(dāng)有動(dòng)力輸入軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若摩擦鼓與空套輪軸承之間的摩擦力小于有動(dòng)力輸入軸的傳輸力，就會(huì)帶動(dòng)無動(dòng)力輸入軸隨同轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)若無動(dòng)力輸入軸上的車離合器脫開不充分，就會(huì)導(dǎo)致與無動(dòng)力輸入軸相連的液力耦合器運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 柴油機(jī)與并車箱動(dòng)力傳動(dòng)圖

由此可知，與無動(dòng)力輸入軸連接的液力耦合器轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：一是并車箱中的無動(dòng)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(dòng)力輸入軸帶動(dòng)了無動(dòng)力輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)；二是因加工或安裝誤差導(dǎo)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(dǎo)致有動(dòng)力輸入軸的動(dòng)力傳遞給了液力耦合器。

2 解決對(duì)策

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

通過以上分析可知，解決無動(dòng)力輸入軸隨有動(dòng)力輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方法目前有以下3個(gè)方面：一是減少并車箱中各傳動(dòng)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(diào)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(shè)置一種慣性剎車裝置，無動(dòng)力輸入軸不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將其完全抱死，有效剎住有動(dòng)力輸入軸傳入的隨動(dòng)力。但是方法一中黃油的加注量不好測(cè)量，同時(shí)黃油量太少，當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩大時(shí)，會(huì)燒軸承；方法二中調(diào)大摩擦鼓與氣胎離合器之間的間隙，可能導(dǎo)致傳遞轉(zhuǎn)矩的能力降低，甚至出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，存在安全隱患。經(jīng)比較，方法三可行。

2.2 剎車裝置應(yīng)具備的功能

根據(jù)并車箱傳動(dòng)原理圖1和上述分析，慣性剎車裝置至少應(yīng)具備以下功能：1）慣性剎車裝置只要將并車箱軸的隨動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)力剎住即可；2）并車箱中的傳動(dòng)軸經(jīng)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)，確保直接驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)停機(jī)。

3 慣性剎車裝置設(shè)計(jì)

3.1 慣性剎車裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)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(shè)置剎車，同時(shí)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(qū)動(dòng)裝置。慣性剎車裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由墊板1、支架2、銷軸3、氣缸4、導(dǎo)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(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(yùn)動(dòng)來控制剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)與法蘭10的軸面貼合與分開。實(shí)現(xiàn)慣性剎車裝置的剎車與釋放。同時(shí)設(shè)置的導(dǎo)向塊5能確保剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)垂直向上運(yùn)動(dòng)，以至于對(duì)準(zhǔn)法蘭軸面，確保剎車性能。

圖3 慣性剎車裝置結(jié)構(gòu)圖

3.2 氣控制系統(tǒng)

氣控原理圖如圖4所示，氣源經(jīng)一個(gè)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(shí)處于脫開狀態(tài)，避免意外損壞慣性剎車裝置。同時(shí)，慣性剎車裝置由一個(gè)三位四通手柄開關(guān)1控制，分慣剎、離合、停止三個(gè)位置，離合位與并車箱軸端離合器相連，控制并車箱相應(yīng)軸上的車離合器掛合，慣剎位分出三路氣，一路氣接相對(duì)應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)組的急?？?，控制直接驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)停機(jī)，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(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作剎車。

圖4 氣控原理圖

4 創(chuàng)新技術(shù)

1）該慣性剎車裝置在現(xiàn)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(dòng)力輸入軸。

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

3）該慣性剎車裝置與相應(yīng)的柴油機(jī)組動(dòng)力實(shí)現(xiàn)自鎖，即慣性剎車裝置剎車時(shí)，相應(yīng)的柴油機(jī)組立即停機(jī)，避免損壞剎車裝置，確保了設(shè)備的安全工作。

5 結(jié)論

研制的慣性剎車裝置能有效地剎住無動(dòng)力輸入軸，從而避免了相應(yīng)液力耦合器的運(yùn)轉(zhuǎn)，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(yīng)的車離合器及柴油機(jī)組動(dòng)力互鎖，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

研制的慣性剎車裝置已成功應(yīng)用在西部鉆探ZJ40LDB14型復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上，達(dá)到了預(yù)期效果，并獲得了用戶一致好評(píng)。