專利名稱：一種頂部驅動鉆井裝置齒輪箱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種齒輪箱，特別是涉及一種頂部驅動鉆井裝置 齒輪箱背景技術在石油鉆探領域里，頂部驅動鉆井裝置的應用非常廣泛。傳統(tǒng)頂 部驅動鉆井裝置包括齒輪箱、鉆井主軸和鉆井裝置，所述齒輪箱固定 在鉆機單導軌上，所述齒輪箱包括箱體和安裝在所述箱體頂部的箱蓋，組，所述箱體底部通過軸承與鉆井主軸相連接，所述箱體外的鉆井主 軸上安裝有所述鉆井裝置，所述鉆井裝置低于所述齒輪箱，所述鉆井 裝置包括有多個逐節(jié)相連的鉆桿。頂部驅動鉆井裝置的工作環(huán)境非常復雜，經常要面對各種可能出 現(xiàn)的惡劣情況。在不同工作環(huán)境下，與所述鉆井主軸連接的所述齒輪 箱的受力情況有很大不同。當頂部驅動鉆井裝置向地下鉆進時，底層產生的巨大阻力通過所 述鉆井主軸傳給所述箱體底部，由于所述箱體外側固定在所述鉆機單 導軌上，因此根據作用力與反作用力的關系，所述箱體外側會受到來 自所述鉆桿柱的向下拉力作用，此外所述箱體還受到來自所述鉆井主 軸的重力和來自地層的沖擊和振動等產生的其他力，在這些外力的綜 合作用下，會導致齒輪箱產生變形。當頂部驅動鉆井裝置工作當中出現(xiàn)鉆井卡鉆，并需進行倒劃眼操 作時，所述鉆井裝置會受到來自地下的巨大拉力。由于所述鉆井主軸 置于所述箱體的近中間位置，因此，這些巨大拉力進一步通過所述鉆井主軸傳遞給與所述鉆井主軸相連接的所述箱體底部中間位置；同時， 在相同的拉力方向上，所述箱體底部還受到來自所述鉆井主軸自身的 重力的作用；由于所述箱體固定不動，根據作用力與反作用力的關系， 所述箱體外側必然會受到所述鉆井支架向上的支撐力。根據理論和實踐分析，在這些外力共同作用下，必然會導致箱體產生較大的變形。 齒輪箱箱體的具體變形及受力狀態(tài)請參見圖1。圖1中A代表箱體外側受到的來自鉆井支架的向上的支撐力；B 代表箱體中部受到的來自鉆井主軸的向下的拉力和鉆井主軸及與鉆井 主軸相連的鉆井裝置的重力的合力；C代表相互嚙合的一組齒輪的齒 輪軸在箱體變形前的位置；Cl代表相互嚙合的一組齒輪的齒輪軸在箱 體變形后的位置；Dl代表相互嚙合的一組齒輪的齒輪軸在箱體變形前 的距離；D代表相互嚙合的一組齒輪的齒輪軸在箱體變形后的距離； E代表箱體底部變形前的位置；El代表箱體底部變形后的位置。由圖l可知，在拉力、重力和所述箱體外側支撐力等外力共同作 用下，箱體產生了較大的變形。箱體沿鉆井主軸方向向下變形時，引 起箱體側壁和底部外緣產生向內的變形，即引起了箱體徑向距離減?。?根據箱體的結構特點，愈靠近箱體頂部，箱體側壁向內側變形越大。 由于相互嚙合的傳動齒輪軸固定于箱體底部，因而，箱體徑向距離的 減小使得傳動齒輪的軸間距變小，即傳動齒輪中心距變小；變形嚴重 時可能導致齒輪之間的齒間隙變?yōu)榱?。這種變形，會引起相互嚙合的 齒輪間傳動不靈活，并最終導致出現(xiàn)齒輪轉動卡滯的現(xiàn)象。此外，由于 齒間隙的減少，使得齒輪齒面不易存留適當潤滑油及潤滑油油膜，并造 成齒輪箱內的齒輪齒面較早出現(xiàn)破壞，降低了頂部驅動鉆井裝置齒輪 箱齒輪的使用壽命；而長期更換齒輪，不但要增加整個頂部驅動鉆井 裝置的成本，也會降低整個系統(tǒng)的可靠性。針對上述不足，目前，國內外現(xiàn)有技術中大多采用較多的改進方 案主要包括以下兩種。方案一，在結構設計中采用增加齒輪箱箱體厚度的方法來加強齒 輪箱箱體的剛度，來實現(xiàn)減小齒輪箱變形量的目的。但是采用這種方 式卻存在以下不足首先，采用這種方法制成的齒輪箱的結構非常龐 大，整個齒輪箱的外觀顯得很笨重，也不美觀。其次，釆用這種方式 盡管能夠使齒輪箱的抗變形能力有一定提高，但是其抗變形的效果并 不理想。最后，增加齒輪箱厚度必然要耗費大量的鋼材；用來做齒輪箱的材料都是非常昂貴的特種鋼材，增加齒輪箱厚度的同時必然會導致企業(yè)成本的較大增加；同時，龐大的結構必然使箱體重量大大增加，而頂驅是在單導軌上由動力驅動而上下往復運動的，在行程不變的情 況下，增加重量后克服自身重力做的無用功必然也會增加，從而使企 業(yè)能耗增加。方案二，增加齒輪箱中相互嚙合的齒輪間隙，即增加齒輪軸間距。 采用這種方法本質上并未降低齒輪箱的變形量，只是增大了齒輪齒隙。采用這種方式主要有以下不足其一，相互嚙合的齒輪齒隙過大會導 致高速傳動的齒輪產生沖擊振動，增大齒輪工作中的噪聲；其二，齒 隙加大，則會導致相互嚙合部分的齒輪齒厚相對減小，從而降低了齒 輪的強度和承載能力。此外，這種方式情況下，如果頂部驅動鉆井裝 置的工作狀態(tài)發(fā)生改變，比如頂部驅動鉆井裝置在向下鉆井時會導致 齒輪箱體底部發(fā)生向上的變形，會進一步增大齒輪間隙，使得整個齒 輪傳動系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，可靠性也顯著降低。 實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種結構筒單、生產成本 低、易生產、抗變形性能更好的抗變形齒輪箱。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種頂部驅動鉆井裝置齒 輪箱，包括箱體和安裝在所述箱體頂部的箱蓋；所述箱蓋下表面有一 凸臺，所述凸臺側緣與所述箱體內側壁相貼合。優(yōu)選地，所述箱體內側壁和所述凸臺側緣之間采用過渡配合。優(yōu)選地，所述凸臺的高度為6-25mm。優(yōu)選地，所述箱體頂部開有密封槽，在所述密封槽內安裝有密封件。本實用新型釆用在箱蓋上增加凸臺的設計。當箱體受到來自鉆井 主軸的巨大向下拉力和自身重力作用并導致箱體底部產生向下的變形 時，箱體側壁和底部外緣產生向內的變形，隨著箱體側壁的增高，其 側壁的向內變形量逐漸增大，到達箱體頂部開口處時箱體的變形量達 到最大。采用在箱蓋上增加凸臺的設計后，當箱體側壁向內產生壓縮變形時，會因為受到凸臺的支撐作用而使箱體側壁的變形量顯著降低； 從而齒輪軸間距變形量也因為齒輪箱體的變形量降低而顯著減小，使 得相互嚙合的齒輪間中心距變化不大或基本不變。采用本設計，顯著 降低了傳動齒輪的破壞程度，提高了傳動齒輪的使用壽命，既減少了 頂驅裝置的維修成本，也提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對比現(xiàn)有技術，本設計還具有結構簡單，生產成本低、易生產， 防變形性能好的優(yōu)點，較好的解決了齒輪箱工作時因過大變形對齒輪 傳動產生影響而導致較早出現(xiàn)齒輪齒面破壞的問題。

圖1為齒輪箱體受力狀態(tài)簡化后的簡支梁狀態(tài)圖； 圖2為本實用新型實施例所述頂部驅動鉆井裝置齒輪箱裝配圖； 圖3為圖2中H處的放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明請參看圖2，圖2為本實用新型實施例所述的頂部驅動鉆井裝置 齒輪箱裝配圖。如圖所示，所述的頂部驅動鉆井裝置齒輪箱，包括箱體l和安裝 在所述箱體1頂部的箱蓋2;其特征在于，所述箱蓋2下表面有一凸 臺3,所述凸臺3側緣與所述箱體1內側壁相貼合。箱體1內側壁和所述凸臺3側緣之間優(yōu)選采用過渡配合。凸臺3的高度優(yōu)選為6-25mm。請參見圖3，圖3為圖2中H處的放大圖。該圖示出，箱體l頂 部開有密封槽4，在所述密封槽4內安裝有密封件5。如背景技術中所述，當箱體1受到鉆井主軸傳來的拉力及與鉆井 主軸相連接的鉆井裝置的重力后，箱體1底部產生向下的變形，引起 箱體1的側壁和底部外緣產生向內的變形，隨著箱體1側壁的增高， 其側壁的向內變形量逐漸增大；到達箱體l頂部開口處時，箱體1的 變形量達到最大。采用在箱蓋2上增加凸臺3的設計后，當箱體l側壁向內產生壓縮變形時，由于受到凸臺3的支撐，使得箱體l側壁的變形量顯著降低；從而齒輪軸間距變形量也因為箱體1的變形量降低 而顯著降低，并最終導致相互嚙合的齒輪間齒間隙變化不大或基本不 變。此外，本設計也使得相互嚙合的兩齒輪出現(xiàn)輪齒嚙合偏斜的可能 性顯著降低。采用本設計明顯降低了箱體變形過大對齒輪的破壞程度，使得傳 動齒輪的使用壽命得到了顯著的提高；降低了頂驅裝置使用中的維修 成本，也提高了頂部驅動鉆井裝置的可靠性和穩(wěn)定性。此外，本設計 還具有結構簡單，生產成本低、易生產，防變形性能好的優(yōu)點。通過有限元分析對本設計方案進行分析計算，結果顯示，在未設置 防變形結構前，箱體1上部開口在頂驅滿負荷工作時的變形量為 0.34mm;而釆用本設計后，箱體的變形量減小為O.lmm左右。由此 可見，采用本設計后，箱體1的抗變形性能顯著提高。此外，未設置防變形結構前，箱體1中齒輪的許用間隙為0.3 ~ 0.45mm，采用本設計的抗變形結構后，齒輪箱的許用間隙變?yōu)?.23 ~ 0.35mm。由此可見，采用本設計后的齒4侖間隙更接近于通用機械允許 的使用間隙，使得齒輪傳動的穩(wěn)定性顯著提高。以上對本實用新型所提供的一種頂部驅動鉆井裝置齒輪箱進行 了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式 進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法 及其核心思想。同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型 的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述， 本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1、一種頂部驅動鉆井裝置齒輪箱，包括箱體和安裝在所述箱體頂部的箱蓋；其特征在于，所述箱蓋下表面有一凸臺，所述凸臺側緣與所述箱體內側壁相貼合。
2、 根據權利要求1所述的頂部驅動鉆井裝置齒輪箱，其特征在 于，所述箱體內側壁和所述凸臺側緣之間采用過渡配合。
3、 根據權利要求2所述的頂部驅動鉆井裝置齒輪箱，其特征在 于，所述凸臺的高度為6-25mm。
4、 根據權利要求1—3所述任一頂部驅動鉆井裝置齒輪箱，其特 征在于，所述箱體頂部開有密封槽，在所述密封槽內安裝有密封件。
專利摘要本實用新型公開了一種頂部驅動鉆井裝置齒輪箱，該齒輪箱包括箱體和安裝在所述箱體頂部的箱蓋；所述箱蓋下表面有一凸臺，所述凸臺側緣與所述箱體內側壁相貼合。優(yōu)選地，所述箱體內側壁和所述凸臺側緣之間采用過渡配合。優(yōu)選地，所述凸臺的高度為6-25mm。優(yōu)選地，所述箱體頂部開有密封槽，在所述密封槽內安裝有密封件。采用在箱蓋上增加凸臺的設計后，當箱體側壁向內產生壓縮變形時，會因為受到凸臺的支撐作用而使箱體側壁的變形量顯著降低；從而齒輪軸間距變形量也因為齒輪箱體的變形量降低而顯著減小，使得相互嚙合的齒輪間中心距變化不大或基本不變。
文檔編號F16H57/02GK201121700SQ20072017392
公開日2008年9月24日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權日2007年10月31日
發(fā)明者王建懷 申請人:中國南車集團北京機車車輛機械廠;中國南車集團株洲電力機車研究所