專利名稱：液力變矩偶合器正車減速箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械傳動(dòng)石油鉆機(jī)中柴油機(jī)與并車鏈條箱之間的傳動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
1.在本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域的
背景技術(shù)：
在機(jī)械傳動(dòng)石油鉆機(jī)中，柴油機(jī)與并車鏈條箱之間的傳動(dòng)裝置，迄今為止有以下 兩種型式第一.液力變矩器(見SY/T5141-2002標(biāo)準(zhǔn)) 它主要是由旋轉(zhuǎn)的泵輪和渦輪及一個(gè)固定的導(dǎo)輪共三個(gè)葉輪組成的，此三個(gè)葉輪 均為扭曲葉片。其主要性能特點(diǎn)是具有變矩(即無級變速)功能，適合于各種(包括地質(zhì) 情況復(fù)雜，起下鉆頻繁，鉆井深度超過5000米以上的)地區(qū)的鉆井作業(yè)。其缺點(diǎn)是傳動(dòng)效 率低，導(dǎo)致石油鉆機(jī)的燃油消耗高。第二 .液力偶合器正車減速箱(見SY/T6664-2006標(biāo)準(zhǔn))它是由輸入部分的液力偶合器和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器組成，兩部分 安裝在同一箱體內(nèi)。輸入部分由直葉片的泵輪和直葉片的渦輪組成的兩葉輪液力偶合器， 其渦輪軸與輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸為一根軸，輸出部分的中間軸位于 輸入軸的上方(或同一水平面內(nèi))，而輸出軸與輸入軸的軸心線位于同一中心線內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn) 是傳動(dòng)效率高，可大幅降低石油鉆機(jī)的燃油消耗，其缺陷和不足是①·由于它不具備變 矩(即無級變速)功能，不適合于在地質(zhì)情況復(fù)雜，起下鉆工況頻繁，鉆井深度超過5000米 的地區(qū)的鉆井作業(yè)；②.由于液力偶合器具有很大的透穿數(shù)，在石油鉆機(jī)的起鉆工況，當(dāng)滾 筒離合器突然合上時(shí)，鉆具重量載荷通過絞車變速箱和并車鏈條箱，“透穿”液力偶合器施 加到柴油機(jī)上，導(dǎo)致柴油機(jī)冒黑煙，甚至“熄火”，使得柴油機(jī)的燃燒條件惡化，降低其使用 壽命ο2.在其它技術(shù)領(lǐng)域的
背景技術(shù)：
在已有文獻(xiàn)(例如，《液力偶合器實(shí)用手冊》化學(xué)工業(yè)出版社2008年12月)中，介 紹了一種在煤礦輸送、工程機(jī)械和輕型汽車等設(shè)備中使用的液力變矩偶合器，它是在無芯 環(huán)的限矩型液力偶合器基礎(chǔ)上改造而成，工作腔中為定量部分充油，充油率通常為72% 85%，其缺陷和不足是①.必須在靠近泵輪的一側(cè)設(shè)置輔助腔，當(dāng)外界負(fù)荷增加時(shí)，渦輪 (5)的轉(zhuǎn)速降低，工作腔中的工作油進(jìn)入輔助腔，才能獲得較小的透穿數(shù)，但導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜 且軸向尺寸增加；②.泵輪罩(3)和泵輪(6)的外殼必須裸露在外面旋轉(zhuǎn)，依靠設(shè)置在外殼 外面的筋板擾動(dòng)空氣形成的氣流進(jìn)行冷卻，由于這種冷卻方式的冷卻效果差，無法滿足在 重負(fù)荷和外界環(huán)境溫度大于40°C的條件下使用；③.在這些技術(shù)領(lǐng)域，液力變矩偶合器全 部是以獨(dú)立安裝的帶輔助腔的形式使用，為了解決其輸出轉(zhuǎn)速高而輸出轉(zhuǎn)矩小的問題，在 其后面再設(shè)置一個(gè)齒輪減速器，兩者通過聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)起來；在工作腔中注入一定量的專用 液力傳動(dòng)油，而齒輪減速器中注入專用的潤滑油并設(shè)置帶油泵的潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，以潤滑 齒輪、軸承等零部件。從而導(dǎo)致整個(gè)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，使用可靠性下降。鑒于以上原因，現(xiàn)有的這種液力變矩偶合器目前尚無成功運(yùn)用的范例。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域所涉及的現(xiàn)有技術(shù)一液力偶合器正車減速箱，相對于液力變矩器而言，雖然解決傳動(dòng)效 率低的問題，但它不具備變矩功能，不適合于石油鉆機(jī)在地質(zhì)情況復(fù)雜、起下鉆工況頻繁、 鉆井深度超過5000米的地區(qū)進(jìn)行作業(yè)；另外，它有很大的透穿數(shù)，在提升鉆具工況，其重量 載荷通過較車變速箱和并車鏈條箱，“透穿”液力偶合器施加到柴油機(jī)上，引起柴油機(jī)冒黑 煙，甚至熄火，燃燒條件惡化，降低其使用壽命。。
發(fā)明內(nèi)容1.要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的就是要提供一種液力變矩偶合器正車減速箱。本發(fā)明首先要解決 的技術(shù)問題就是要獲得一種新型液力變矩偶合器，它必須是具備結(jié)構(gòu)緊湊，在額定工況像 液力偶合器一樣具有很高(96% 98%)的傳動(dòng)效率，而在低速工況像液力變矩器一樣具 有較大的輸出轉(zhuǎn)矩和較小的透穿數(shù)。它作為本發(fā)明的輸入部分，替換現(xiàn)有技術(shù)(液力偶合 器正車減速箱)中的輸入部分的液力偶合器，組成本發(fā)明所述的液力變矩偶合器正車減 速箱。但現(xiàn)有的液力變矩偶合器存在以下的問題和缺點(diǎn)，必須對其進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造 ①.為了滿足在重負(fù)荷和外界環(huán)境溫度大于40°C的條件下使用，必須摒棄現(xiàn)有液力變矩偶 合器依靠泵輪罩和泵輪外面的筋板擾動(dòng)空氣形成的氣流進(jìn)行冷卻的方法，而改用冷卻效率 高的強(qiáng)制冷卻方法，即設(shè)置一套工作油循環(huán)系統(tǒng)一個(gè)專用的油泵，從油箱將工作油吸入并 通過管路壓入冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，再壓入液力變矩偶合器的工作腔，同時(shí)帶走工作油在 傳遞功率過程中所產(chǎn)生的熱量，然后回到油箱。這一循環(huán)過程，使得冷卻效果大大增加；而 且大大減少了液力變矩偶合器的外型尺寸，整體降低了該傳動(dòng)裝置的尺寸，使得結(jié)構(gòu)更加 緊湊。②.對于已有的液力變矩偶合器都是通過聯(lián)軸器與其后面的減速箱實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，在前 者的工作腔中注入定量的專用液力傳動(dòng)油，在后者的油箱中注入專用的潤滑油并設(shè)置一個(gè) 帶油泵的潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，這不僅導(dǎo)致軸向尺寸特別大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用可靠性降低。 此技術(shù)方案對于軸向尺寸有嚴(yán)格要求的很多技術(shù)領(lǐng)域(尤其本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域)是 完全不可行的。必須取消前者的輔助腔及兩者之間的聯(lián)軸器，兩者安放在同一箱體內(nèi)，這樣 才能簡化結(jié)構(gòu)并縮短軸向尺寸；③.由于取消輔助腔以及工作腔中由部分定量充油改為充 滿油后，導(dǎo)致已有的液力變矩偶合器工作腔中原有的工作油流動(dòng)狀態(tài)的變化，但有了強(qiáng)制 冷卻系統(tǒng)，仍能確?！霸陬~定工況具有很高的傳動(dòng)效率，而在低速工況具有較大渦輪轉(zhuǎn)矩和 較小的透穿數(shù)”的特性要求。2.技術(shù)方案本發(fā)明是一種液力變矩偶合器正車減速箱，在機(jī)械傳動(dòng)石油鉆機(jī)中，是柴油機(jī)與 并車鏈條箱之間的傳動(dòng)裝置，采用的技術(shù)方案是由輸入部分的液力變矩偶合器和輸出部 分的兩級同軸式齒輪減速器組成。輸入部分的液力變矩偶合器是由一個(gè)直葉片的短泵輪 (6)和一個(gè)直葉片的渦輪(5)及一個(gè)扭曲葉片的導(dǎo)輪(7)組成的，它不帶輔助腔。液力變矩 偶合器與兩級同軸式齒輪減速器安裝在同一箱體(15)內(nèi)，液力變矩偶合器的渦輪軸(4)與 兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸(4)為同一根軸；液力變矩偶合器的工作腔中的工作油和 兩級同軸式齒輪減速器的潤滑油采用同一油品且共用一個(gè)帶油泵和冷卻器的油循環(huán)系統(tǒng)， 對工作油和潤滑油采用強(qiáng)制冷卻；輸出部分的中間軸(11)位于輸入軸(2)的上方，而輸出軸(13)與輸入軸(2)的軸心線位于同一中心線內(nèi)。3.有益效果采用上述技術(shù)方案，使得本發(fā)明獲得如下新的功能 第一.本發(fā)明在額定工況的傳動(dòng)效率可達(dá)到93% 95%以上，與液力變矩器相 比，傳動(dòng)效率提高了 10% 15%，從而大幅降低石油鉆機(jī)的燃油消耗。第二 .本發(fā)明適合在各種(包括地質(zhì)情況復(fù)雜，起下鉆頻繁，鉆井深度超過5000 米的)地區(qū)的鉆井作業(yè)。第三.本發(fā)明與液力偶合器正車減速箱相比，具有較小的透穿數(shù)。在石油鉆機(jī)的 提升鉆具工況，大幅降低鉆具重量施加于柴油機(jī)的負(fù)荷，避免柴油機(jī)冒黑煙，甚至“熄火”， 改善工作條件，提高使用壽命。第四.本發(fā)明取消了輔助腔，且兩部分的工作油和潤滑油采用同一油品并共用一 個(gè)帶油泵和冷卻器的強(qiáng)迫冷卻油循環(huán)系統(tǒng)，不僅使軸向尺寸縮小，結(jié)構(gòu)簡化，使用可靠性提 高，而且可以滿足在重負(fù)荷和外界環(huán)境溫度大于40°C的條件下使用。

附圖1表示了本發(fā)明所述的液力變矩偶合器正車減速箱的結(jié)構(gòu)簡圖，圖中1.輸 入法蘭2.輸入軸3.泵輪罩4.渦輪軸5.渦輪6.泵輪7.導(dǎo)輪8.第I級齒輪對從動(dòng)齒 輪9.第I級齒輪對主動(dòng)齒輪10.第II級齒輪對主動(dòng)齒輪11.中間軸12.第II級齒輪 對從動(dòng)齒輪13.輸出軸14.輸出法蘭15.箱體附圖2表示了本發(fā)明所述的液力變矩偶合器正車減速箱的工作油和潤滑油循環(huán) 系統(tǒng)的原理圖，圖中16.油箱17.油泵18.冷卻器19.兩級同軸式齒輪減速器20.液力 變矩偶合器(注“細(xì)實(shí)線”表示工作油循環(huán)系統(tǒng)，“點(diǎn)劃線”表示潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，“粗實(shí)線” 表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理)
具體實(shí)施方式
本發(fā)明為液力變矩偶合器正車減速箱，其結(jié)構(gòu)簡圖如附圖1所示，它是由輸入部 分的液力變矩偶合器和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器組成。輸入部分是由一個(gè)具有直 葉片的短泵輪(6)和一個(gè)具有直葉片的渦輪(5)及一個(gè)具有扭曲葉片的導(dǎo)輪(7)組成的三 葉輪液力變矩偶合器，它不帶輔助腔，其主要零部件有輸入法蘭(1)、輸入軸(2)、泵輪罩 (3)、泵輪(6)、渦輪(5)和導(dǎo)輪(7)及渦輪軸(4)等。輸出部分由輸入軸(即液力變矩偶合 器的渦輪軸)(4)、第I級齒輪對的主動(dòng)齒輪(9)和從動(dòng)齒輪(8)、中間軸(11)、第II級齒輪 對的主動(dòng)齒輪(10)和從動(dòng)齒輪(12)、輸出軸(13)、輸出法蘭(14)及箱體(15)組成的兩級 同軸式齒輪減速器。兩部分安裝在同一箱體(15)內(nèi)。其工作過程如下第一.在額定工況柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速(例如，1000r/min)下運(yùn)轉(zhuǎn)，通過液力變矩 偶合器的輸入法蘭(1)、輸入軸(2)和泵輪罩(3)驅(qū)動(dòng)泵輪(6)旋轉(zhuǎn)，泵輪(6)中的工作油 在離心力的作用下，由芯部向外周流動(dòng)，然后向心地進(jìn)入渦輪(5)并沖動(dòng)渦輪(5)旋轉(zhuǎn)；當(dāng) 石油鉆機(jī)的工作機(jī)構(gòu)(泥漿泵、鉸車和轉(zhuǎn)盤)處于額定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其載荷通過兩級同軸 式齒輪減速器施加于渦輪(5)上，阻止渦輪轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速ητ與泵輪轉(zhuǎn)速nB之比為 0. 96 0. 98，即 ητ = (0. 96 0. 98) nB = 960r/min 980r/min 時(shí)，渦輪(5)旋轉(zhuǎn)時(shí)對工作油的離心力作用相對較大，但與泵輪(6)的離心力作用相反，進(jìn)入渦輪(5)的工作油流避開導(dǎo)輪(7)又折反回到泵輪(6)的芯部，而在導(dǎo)輪(7)中的工作油靜止不動(dòng)，此時(shí)液力變矩 偶合器處于偶合器工況運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很高(96% 98%)的傳動(dòng)效率η。第二.在低速和零速工況柴油機(jī)仍在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著工作機(jī)構(gòu)負(fù)載的增 力口，迫使渦輪轉(zhuǎn)速nT降低，渦輪(5)對工作油流的離心力作用減?。划?dāng)工作機(jī)構(gòu)負(fù)載繼續(xù)增 加到迫使渦輪(5)轉(zhuǎn)速&降至零時(shí)，渦輪(5)的離心力作用等于零。工作油流在泵輪(6) 的離心力作用下，向心地進(jìn)入渦輪(5)，通過導(dǎo)輪(7)再回到泵輪(6)的芯部。此時(shí)在工作 腔中產(chǎn)生很大的循環(huán)流量Q，由于導(dǎo)輪(7)葉柵的作用，在泵輪(6)的進(jìn)口產(chǎn)生工作油流環(huán) 量Γ 1B，使泵輪出口環(huán)量Γ2Β與進(jìn)口環(huán)量Γ1Β之差Δ ΓΒ(Γ2Β-Γ1Β)減小。而泵輪轉(zhuǎn)矩Mb與 循環(huán)流量Q和泵輪進(jìn)出口環(huán)量差Δ ΓΒ的乘積成正比(Mb⑴Q · Δ ΓΒ)，循環(huán)流量Q增加使 泵輪轉(zhuǎn)矩增加，而出口環(huán)量差△ Γ Β減小又使泵輪轉(zhuǎn)矩減小，也就是說泵輪轉(zhuǎn)矩增加相對較 小，本發(fā)明獲得較小的透穿數(shù)，避免柴油機(jī)冒黑煙，甚至熄火，改善工作條件，提高其使用壽 命；另外，由于循環(huán)流量Q的增加，可獲得更大的渦輪轉(zhuǎn)矩及輸出轉(zhuǎn)矩，提高石油鉆機(jī)的鉆 井功效，此時(shí)液力變矩偶合器處于變矩器工況運(yùn)轉(zhuǎn)。對于現(xiàn)有的液力變矩偶合器，在低速和零速工況，由于帶輔助和定量部分充油，工 作腔中的工作油進(jìn)入輔助腔，使得循環(huán)流量Q減小，從而減小了泵輪轉(zhuǎn)矩，獲得較小的透穿 數(shù)。但同時(shí)減小了渦輪轉(zhuǎn)矩，從而降低了石油鉆機(jī)的鉆井功效。輸入部分的工作腔中的工作油與輸出部分的潤滑油采用同一油品且共用一個(gè)帶 油泵和冷卻器的循環(huán)系統(tǒng)如附圖2所示，油循環(huán)系統(tǒng)的油泵(17)和冷卻器(18)串聯(lián)，箱 體(15)底部為油箱，油泵(17)的入口通過管路與油箱聯(lián)通，冷卻器(18)出口管路分成兩 路，一路與潤滑管路聯(lián)通，另一路與液力變矩偶合器(20)的工作腔入口聯(lián)通，液力變矩偶 合器(20)的工作腔出口與油箱聯(lián)通。由輸入部分驅(qū)動(dòng)的油泵(17)將工作油從油箱(16) 吸入，通過管路(“細(xì)實(shí)線”所示)壓入冷卻器(18)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，再壓入液力變矩偶合器 的工作腔，同時(shí)帶走在傳遞功率過程中所產(chǎn)生的熱量，最后回到油箱(16)；另外，從冷卻器 (18)出來的工作油通過另外較細(xì)的管路(“點(diǎn)劃線”所示)，去分別潤滑齒輪和軸承等零部 件，工作油通常是一種專用的液力傳動(dòng)油，它既是液力變矩偶合器傳遞功率的工作介質(zhì)，又 是齒輪和軸承等的潤滑介質(zhì)。
權(quán)利要求一種液力變矩偶合器正車減速箱，在機(jī)械傳動(dòng)石油鉆機(jī)中，是柴油機(jī)與并車鏈條箱之間的傳動(dòng)裝置，其特征在于由輸入部分的液力變矩偶合器(20)和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器(19)組成；輸入部分是一個(gè)不帶輔助腔的液力變矩偶合器，它與輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器安裝在同一箱體(15)內(nèi)；液力變矩偶合器的渦輪軸(4)與兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸(4)為同一根軸，液力變矩偶合器工作腔中的工作油與兩級同軸式齒輪減速器中的潤滑油采用同一油品，且共用一個(gè)帶油泵和冷卻器的油循環(huán)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的液力變矩偶合器正車減速箱，其特征在于油循環(huán)系統(tǒng)的油泵 (17)和冷卻器(18)串聯(lián)，箱體(15)底部為油箱，油泵(17)的入口通過管路與油箱聯(lián)通，冷 卻器(18)出口管路分成兩路，一路與潤滑管路聯(lián)通，另一路與液力變矩偶合器(20)的工作 腔入口聯(lián)通，液力變矩偶合器(20)的工作腔出口與油箱聯(lián)通。
專利摘要液力變矩偶合器正車減速箱，在機(jī)械傳動(dòng)石油鉆機(jī)中，是柴油機(jī)與并車鏈條箱之間的傳動(dòng)裝置；由輸入部分的液力變矩偶合器和輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器組成。輸入部分是一個(gè)不帶輔助腔的液力變矩偶合器，它與輸出部分的兩級同軸式齒輪減速器安裝在同一箱體內(nèi)，渦輪軸與兩級同軸式齒輪減速器的輸入軸為同一根軸，工作腔中的工作油與兩級同軸式齒輪減速器中的潤滑油采用同一油品，且共用一個(gè)帶油泵和冷卻器的油循環(huán)系統(tǒng)。這種傳動(dòng)裝置具有傳動(dòng)效率高，可大幅降低燃油消耗；又具有變矩的功能，可大幅提高鉆井功效；而且具有較小的透穿數(shù)，可改善柴油機(jī)的燃燒條件，提高其使用壽命。
文檔編號F16H47/06GK201588915SQ200920247758
公開日2010年9月22日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者熊以恒, 熊晟 申請人:熊晟;熊以恒