液壓傳動行星減速器在鉆井絞車中的應(yīng)用

孟獻(xiàn)

摘 要：根據(jù)機(jī)械傳動行星減速器在鉆井絞車應(yīng)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(shè)計液壓傳動鉆井絞車，并對該絞車所使用減速器的設(shè)計方法進(jìn)行確定。以JC14絞車為例，對液壓鉆井絞車所用減速器進(jìn)行分析，對馬達(dá)、泵參數(shù)的選定方法進(jìn)行說明，對減速器的結(jié)構(gòu)形式和齒輪進(jìn)行具體設(shè)計。優(yōu)化后的設(shè)計經(jīng)過實(shí)際使用，表明其克服了機(jī)械傳動鉆井絞車使用中存在的問題。

關(guān)鍵詞：液壓行星減速器；鉆井絞車；傳動

中圖分類號：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)上主要用作絞車[1]，分機(jī)械和液壓傳動形式，具體應(yīng)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(jié)構(gòu)限制和實(shí)際需要，一般選擇液壓馬達(dá)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(yīng)用結(jié)構(gòu)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(nèi)，但需要輸出較大扭矩和低速度，一般采用變量馬達(dá)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(chǎn)品，其主要結(jié)構(gòu)見圖3。

鉆井絞車是鉆井設(shè)備的品種，由于輸出大扭矩和較高速度，目前一般使用機(jī)械傳動絞車，其采用電機(jī)驅(qū)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(yīng)用中受到限制。如隨著對海洋鉆井平臺用鉆機(jī)使用要求的提高，作為鉆井設(shè)備的重要傳動部件，絞車的整體質(zhì)量需要進(jìn)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(dá)和行星減速器組成的液壓傳動絞車結(jié)構(gòu)。但該種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。該種減速器的制造和安裝精度要求較高，本文配套設(shè)計的液壓傳動鉆井絞車提升了絞車的整體質(zhì)量，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用考察使用效果良好，能滿足特殊工況的實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化和系列化，因此本文重點(diǎn)對液壓傳動鉆井絞車所使用的液壓行星減速器進(jìn)行討論。

1 液壓傳動行星減速器相關(guān)設(shè)計

設(shè)計包括絞車滾筒軸最大扭矩和轉(zhuǎn)速計算，泵和馬達(dá)參數(shù)確定，泵和馬達(dá)參數(shù)驗證，減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計和零部件設(shè)計等。

1.1 減速器的結(jié)構(gòu)確定及泵和馬達(dá)選用

根據(jù)以往絞車傳動用減速器設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合結(jié)構(gòu)尺寸和安裝位置要求，將減速器的結(jié)構(gòu)確定為定軸輪系與動軸輪系相組合的減速結(jié)構(gòu)，全液壓控制與驅(qū)動。由絞車所需要的輸入扭矩及最高轉(zhuǎn)速、減速器的總減速比，確定液壓泵和馬達(dá)的選型和參數(shù)。

1.1.1 絞車滾筒軸最大扭矩和最高轉(zhuǎn)速計算

1.1.4 泵參數(shù)的確定。根據(jù)幾臺馬達(dá)同時工作所需排量，經(jīng)過計算選擇泵。根據(jù)經(jīng)驗一般選擇軸向柱塞泵。

1.2 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓傳動鉆井絞車所使用的減速器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計為：多臺馬達(dá)同時傳遞動力，馬達(dá)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速由一級定軸齒輪減速結(jié)構(gòu)，經(jīng)由3個行星輪組成的行星齒輪減速結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)速即為絞車滾筒軸輸入扭矩和轉(zhuǎn)速。具體結(jié)構(gòu)見圖4。

3 應(yīng)用效果

通過對液壓傳動鉆井絞車用減速器的設(shè)計和使用，達(dá)到了提高鉆機(jī)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(shè)計制造技術(shù)最初應(yīng)用在南陽二機(jī)石油裝備集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的JC12、JC14絞車上，通過現(xiàn)場使用考察達(dá)到了預(yù)期效果。計劃進(jìn)一步將該技術(shù)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(jī)石油裝備集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的小型鉆井絞車在整體制造技術(shù)和質(zhì)量上均有較大提高。

參考文獻(xiàn)：

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