鉆機絞車傳動原理和結構探討

張新橋，唐曉慶，馬振國

（渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

鉆機鉆井過程中動力源核心部件主要依靠絞車提供動力。絞車的主要作用是提升、下放鉆柱。在鉆機起升過程中主要提供動力完成井架和底座的整體起升。鉆機工作時，絞車電機驅(qū)動滾筒帶動鉆機起升大繩做上拉下放動作。國產(chǎn)絞車按驅(qū)動型式分類常規(guī)有：機械驅(qū)動絞車、液壓驅(qū)動絞車、直流電驅(qū)動絞車、交流工頻電驅(qū)動絞車和交流變頻電驅(qū)動絞車。以遼河鉆采裝備分公司生產(chǎn)的JC50DB型絞車為例，介紹絞車的結構組成及工作原理。分析絞車的傳動原理，同時對絞車主要結構的功能進行分析，主要包括滾筒軸、天車防碰裝置、液壓盤剎裝置及絞車潤滑系統(tǒng)。

1 傳動原理

JC50DB型絞車傳動分為主傳動系統(tǒng)和自動送鉆系統(tǒng)，主傳動系統(tǒng)動力源由主電機直接驅(qū)動，自動送鉆系統(tǒng)動力源是45 kW電機。主傳動系統(tǒng)是左、右齒輪減速箱輸入軸動力，由電機驅(qū)動萬向聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器經(jīng)減速裝置減速后傳給滾筒軸，電機交流變頻控制系統(tǒng)控制絞車變速過程。自動送鉆系統(tǒng)是小交流變頻電機驅(qū)動絞車自動送鉆，左、右齒輪減速箱輸入軸端速度變化主要通過傳動比來調(diào)節(jié)速度，動力經(jīng)過立式減速機和氣胎離合器后將速度調(diào)整到鉆機所需速度，齒輪箱減速后帶動滾筒旋轉完成自動送鉆過程（圖1）。

圖1 JC50DB絞車傳動示意

2 結構分析

絞車結構主要由絞車架、PSZ75液壓盤式結構剎車、齒輪箱裝置、滾筒軸、自動送鉆裝置、供氣系統(tǒng)等主要部件組成（圖2）。整個絞車結構緊湊、剛性好、易于安裝和運輸，功率滿足鉆機各種工況對絞車的需求。

圖2 絞車結構示意

2.1 絞車架

為更加準確定位并支撐滾筒軸整體結構，通過優(yōu)化設計對比分析將絞車架設計為軸承座式結構。絞車架上端保護罩和底座支撐框架裝置是組成絞車架結構的兩大重要部分，為了增加絞車底座主梁的整體強度和剛度，本文設計采用H形鋼焊接成絞車底座的主要承重結構，為避免油污等滴漏在滾筒下方，用鋼板焊接作為封底，絞車起吊用的吊裝布置在底座四周，為防止油污飛濺在絞車后部，底座設計一個存油的油箱，用于儲存潤滑絞車內(nèi)部元件的潤滑油。另外，為了方便底座上行人和日常檢修維護，底座走道采用防滑花紋板以增加安全性。

2.2 滾筒軸（圖3）

圖3 滾筒軸

鉆井鋼絲繩工作時主要在絞車滾筒上纏繞游動，滾筒體上鋼絲繩纏繩或退繩主要通過控制滾筒軸的正反轉，來控制游車上升或者下降，實現(xiàn)鉆具的升降。主電機主要控制滾筒軸的轉向和轉速，45 kW電機主要控制自動送鉆電機的轉向和速度。主電機啟動時需將氣胎離合器摘開，控制信號則執(zhí)行的是主電機輸送的信號。當主電機停止工作時，需要將離合器進行連接，自動送鉆啟動。滾筒軸總成通過左軸承座和右軸承座用螺栓固定在絞車架上。

鑄焊式結構筒體表面設計成整體繩槽形式，可以有效保障鋼絲繩纏繞時依序排列不亂繩，保證鋼絲繩在絞車工作過程中不會出現(xiàn)相互間擠壓或者纏繩間隙過大，這種結構設計可有效保障鋼絲繩使用壽命。為了能夠方便快捷拆卸繩頭，在滾筒端部根據(jù)用戶需求可設有繩窩，快繩繩卡放置于繩窩內(nèi)固定繩頭。

2.3 自動送鉆裝置（圖4）

圖4 自動送鉆裝置

絞車自動送鉆裝置主要應用于鉆機絞車發(fā)生突發(fā)狀況時。主絞車發(fā)生故障時，提升最大鉆柱重量需要靠自動送鉆裝置完成，確保鉆機已下的鉆具安全。通過調(diào)整數(shù)字化變頻拖動控制信號，實現(xiàn)反拖滾筒，達到自動調(diào)速和自我保護功能，實現(xiàn)鉆進恒速穩(wěn)壓進行。操作時候嚴禁在掛合自動送鉆離合器狀態(tài)下，利用游吊系統(tǒng)自重下放鉆具，這將造成絞車滾筒反拖自動送鉆，損壞自動送鉆裝置。

2.4 液壓盤式剎車

絞車主剎車采用液壓盤式剎車，分左、右兩片，絞車液壓盤剎系統(tǒng)同時配套安全鉗和工作鉗，工作鉗與安全鉗可以構成安全互鎖且可以實現(xiàn)互為備份。可調(diào)節(jié)式安全鉗不但可以調(diào)節(jié)剎車副間隙，還增加了剎車塊的利用率，同時使拆裝維修簡單方便，高效快捷。為提高系統(tǒng)可靠性和安全性，工作鉗的結構采用浮動式油缸，在絞車應用過程中取得很好的效果。

2.5 防碰天車裝置

游車在運動過程中主要通過防碰裝置限定位置，當游車運行到系統(tǒng)設定最大高度時，緊急制動系統(tǒng)工作使游動系統(tǒng)停止上升可以有效防止游車碰撞到天車。絞車滾筒上方安裝過卷閥，可沿軸向進行左右調(diào)整運動，鋼絲繩在滾筒上纏繩量主要靠過卷閥撥桿的長度控制游車運動的極限位置。當游車運動上升到最大高度時，當碰到滾筒上的鋼絲繩在纏繞過程中最上面鋼絲接觸到撥桿時候，盤剎安全鉗緊急剎車將滾筒抱死，防止游車繼續(xù)運動造成安全事故。

2.6 絞車氣控系統(tǒng)

自動送鉆離合控制和防碰過卷控制是絞車主要氣控系統(tǒng)。氣源由氣瓶提供，通過控制管線進入絞車控制元件和執(zhí)行元件，氣源通常使用壓力為0.7～1 MPa的壓縮空氣。旋鈕和按鈕開關控制絞車氣動控制元件，還可由遠程計算機控制各執(zhí)行元件充氣與放氣。

2.7 潤滑系統(tǒng)

運動的機械零件需要進行充分的潤滑，潤滑質(zhì)量直接影響機械零件的使用壽命及傳動精度。設備要獲得較長的無故障壽命，就必須進行常規(guī)保養(yǎng)、檢查和潤滑，以保證適量清潔潤滑油流到各運動零件摩擦面上。絞車的潤滑分為潤滑油潤滑和潤滑脂潤滑兩種。

3 結語

對于普通或者常規(guī)鉆機，了解絞車原理和關鍵結構組成對鉆機使用有很大幫助，因此，使用鉆機的管理維護人員了解設備原理和結構，能在更大程度上發(fā)揮設備的效能，在作業(yè)過程中提高工作效率。