CN104828726A - 一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车 - Google Patents

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许长生
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Abstract

本发明涉及到一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，该单轴绞车结构上包括有绞车架、电动机、减速箱、滚筒轴总成、送钻装置、液压盘刹和液压控制系统，两组电动机和减速箱分别布置于绞车架的左侧和右侧位置，滚筒轴总成设置于绞车架的中部，连个减速箱输出轴分别连接于滚筒轴总成，滚筒轴总成的一侧设有液压盘刹，液压控制系统分别连接并控制液压盘刹和减速箱，右侧减速箱内还设有与送钻装置连接的传动级，该送钻装置布置于绞车架的右侧，所述减速箱为双档减速箱结构。本发明的单轴绞车采用新的结构布局和液压变速传动方式，够实现自动调速换挡，缩小绞车宽度，提高工作效率。

Description

一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车
技术领域
本发明涉及石油钻井机械，特别涉及到一种由交流电驱动的双速自动换挡单轴绞车。
背景技术
石油钻机用绞车是钻机设备的主要构件，起到起下钻、钻井特殊作业及处理钻井事故等的作用。通常此类石油钻机单轴绞车是用交流电驱动单速比减速箱型式。由于减速箱是单速，电动机本身调速范围有限制，如按满足正常钻井提升能力设计，空钩钩速过低，浪费钻井时间；如按满足空钩钩速需求设计，绞车的提升能力不能满足需求要求。有时为了同时满足绞车提升能力的和空钩钩速的要求，不得不选用更大功率的电动机。
在此基础上发明了双速手动换挡的减速箱驱动的单轴绞车（申请号：200920212338，公告号：201560078 “大中型石油钻机单轴电动绞车”），典型示意图如图1所示。该结构绞车主要由电动机通过减速箱驱动绞车滚筒，减速箱卧式落地或抱轴安，减速箱三级减速，两档手动变速，主刹车采用交流电机能耗制动，紧急刹车或驻刹采用伊顿气控常闭刹车，各个部分安装成一体，组成整个绞车，但存在以下主要缺点：
    A、减速箱采用两档手动换挡，换挡采用手动拨叉，需停机手动换挡，有时还需盘车让外花键和内花键对中以完成换档操作，效率低，劳动强度大。
B、避免换挡操作的繁琐性，通常将高速档速比设计的较大，能满足正常钻井的需要，但要得到理想的空钩提升速度，电机最高输出转速过高。
发明内容
本发明专利的目的在于克服上述现有技术存在不足，提供一种新的石油钻机双速自动换挡单轴绞车。本发明的单轴绞车改变现有的布局和动力方式，要能够实现自动调速换挡，缩小绞车宽度，提高工作效率。
为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：
一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，其特征在于，该单轴绞车结构上包括有绞车架、电动机、减速箱、滚筒轴总成、送钻装置、液压盘刹和液压控制系统，所述的电动机和减速箱包括有左电动机、左自动换挡减速箱、右电动机和右自动换挡减速箱，所述的左电动机的输出轴与左自动换挡减速箱连接并分布于绞车架上的左侧，所述的右电动机的输出轴与右自动换挡减速箱连接并分布于绞车架上的右侧，所述的滚筒轴总成设置于绞车架的中部，左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱的输出轴分别连接于滚筒轴总成的两端，在所述滚筒轴总成的一侧设有所述的液压盘刹，所述的液压控制系统分别连接并控制液压盘刹、左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱；所述的右自动换挡减速箱内还设有与所述的送钻装置连接的传动级，该送钻装置布置于所述绞车架的右侧与所述右电动机的相对位置；所述的左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱均为双档减速箱结构，该双档减速箱结构包括有箱体和至少三根传动轴，所述的传动轴包括有输入轴、输出轴和至少一根中间轴，在输入轴或中间轴上各设有一个液压湿式离合器，每个液压湿式离合器和一个空套齿轮连接，选择挂合不同的液压湿式离合器利用相应的空套齿轮传动实现不同的扭矩输出。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，作为一种双档减速箱结构形式，所述的传动轴包括有输入轴、中间轴和输出轴，在所述的输入轴上安装有高速挡液压湿式离合器、高速挡空套换挡齿轮和低速挡换挡齿轮，所述高速挡液压湿式离合器的外圈与高速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，在所述的中间轴安装有低速挡液压湿式离合器、低速挡空套换挡齿轮和高速挡换挡齿轮，所述低速挡液压湿式离合器的外圈与低速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，所述的高速挡液压湿式离合器和低速挡液压湿式离合器分别连接有控制液压阀或电磁阀。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，作为另一种双档减速箱结构形式，所述的传动轴包括有输入轴、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ和输出轴，所述的输入轴、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ和输出轴设于所述的箱体内，所述的中间轴Ⅰ平行地设于靠近所述的输入轴的位置，所述的中间轴Ⅱ平行地设于靠近输出轴的位置，在所述的中间轴Ⅰ上安装有高速挡液压湿式离合器、高速挡空套换挡齿轮和低速挡换挡齿轮，所述高速挡液压湿式离合器的外圈与高速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，在所述的中间轴Ⅱ上安装有低速挡液压湿式离合器、低速挡空套换挡齿轮和高速挡换挡齿轮，所述低速挡液压湿式离合器的外圈与低速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，所述的高速挡液压湿式离合器和低速挡液压湿式离合器分别连接有控制液压阀或电磁阀。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，当不挂合高速挡液压湿式离合器或低速挡液压湿式离合器时，高速挡空套换挡齿轮与高速挡液压湿式离合器的外圈空转，或低速挡空套换挡齿轮与低速挡液压湿式离合器的外圈空转，不传递扭矩；当挂合高速挡液压湿式离合器或低速挡液压湿式离合器时，高速挡空套换挡齿轮与高速挡液压湿式离合器共同旋转实现传递扭矩和功率，或低速挡空套换挡齿轮与低速挡液压湿式离合器共同旋转实现传递扭矩和功率。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，所述左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱或者同时工作、或者单独工作，切换工作，通过控制减速箱中的相应离合器来实现。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，独立配置的液压控制系统可以同时满足离合器工作和减速箱润滑需要，系统中配置有防爆油泵电机组、过滤器、控制阀及液压管线。
基于上述技术方案，本发明专利的双速自动换挡单轴绞车与现有技术相比具有如下技术优点：
1、本发明双速自动换挡单轴绞车采用自动两档变速，拓宽了钩速变化的范围，绞车可根据提升重量的变化，自动选取合适的档位，既能满足正常钻井提升能力和空钩钩速的要求，又能满足钻机特殊作业和处理事故的要求。
2、本发明双速自动换挡单轴绞车中的液压盘式刹车布置在滚筒后面，可有效的缩小绞车宽度，同时为绞车独立液压站预留空间，有效的减少了绞车的宽度。
3、本发明双速自动换挡单轴绞车在使用时根据工况的需要可方便的挂合不同的液压湿式离合器，除能实现双电机双减速箱同时工作外，可同时方便切换到单电机单减速箱的高速档和低速档工作，由于各个工况的离合器工作设置有互锁，不会产生误操作。
4、本发明双速自动换挡单轴绞车上配置有独立的液压系统，将减速箱的润滑和湿式离合器的工作油系统集中在一起。
附图说明
图1是现有技术中双速手动换挡的减速箱驱动的单轴绞车的结构布置示意图。
图2是本发明大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车的结构布局示意图。
图3是本发明双速自动换挡单轴绞车中双档减速箱的内部结构示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其结构组成和工作方式，但不能以此来限制本发明专利申请保护范围。
如图1所示，本发明是一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，作为创新性的结构布局，该单轴绞车结构上包括有绞车架7、电动机、减速箱、滚筒轴总成8、送钻装置9、液压盘刹3和液压控制系统4，所述的电动机和减速箱包括有左电动机1、左自动换挡减速箱2、右电动机6和右自动换挡减速箱5，所述的左电动机1的输出轴与左自动换挡减速箱2连接并分布于绞车架7上的左侧，所述的右电动机6的输出轴与右自动换挡减速箱5连接并分布于绞车架7上的右侧，所述的滚筒轴总成8设置于绞车架7的中部，左自动换挡减速箱2和右自动换挡减速箱5的输出轴分别连接于滚筒轴总成8的两端，在所述滚筒轴总成8的后端偏一侧位置设有所述的液压盘刹3，设置于滚筒轴总成8后端的液压控制系统4分别连接并控制液压盘刹3、左自动换挡减速箱2和右自动换挡减速箱5。在所述的右自动换挡减速箱5内还设有与所述的送钻装置9连接的传动级，该送钻装置9布置于所述绞车架7的右侧与所述右电动机6的相对位置。
作为创新性的换挡方式，所述的左自动换挡减速箱2和右自动换挡减速箱5均为双档减速箱结构，该双档减速箱结构包括有箱体和至少三根传动轴，所述的传动轴包括有输入轴、输出轴和至少一根中间轴，在输入轴或中间轴上各设有一个液压湿式离合器，每个液压湿式离合器和一个空套齿轮连接，选择挂合不同的液压湿式离合器利用相应的空套齿轮传动实现不同的扭矩输出。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，作为一种双档减速箱结构形式，所述的传动轴包括有输入轴、中间轴和输出轴，在所述的输入轴上安装有高速挡液压湿式离合器、高速挡空套换挡齿轮和低速挡换挡齿轮，所述高速挡液压湿式离合器的外圈与高速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，在所述的中间轴安装有低速挡液压湿式离合器、低速挡空套换挡齿轮和高速挡换挡齿轮，所述低速挡液压湿式离合器的外圈与低速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，所述的高速挡液压湿式离合器和低速挡液压湿式离合器分别连接有控制液压阀或电磁阀。
如图3所示，在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，作为另一种双档减速箱结构形式，所述的传动轴包括有输入轴、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ和输出轴，所述的输入轴、中间轴Ⅰ10、中间轴Ⅱ11和输出轴设于所述的箱体内，所述的中间轴Ⅰ10平行地设于靠近所述的输入轴的位置，所述的中间轴Ⅱ11平行地设于靠近输出轴的位置，在所述的中间轴Ⅰ10上安装有高速挡液压湿式离合器13、高速挡空套换挡齿轮12和低速挡换挡齿轮14，所述高速挡液压湿式离合器13的外圈与高速挡空套换挡齿轮12通过螺栓连接，在所述的中间轴Ⅱ11上安装有低速挡液压湿式离合器16、低速挡空套换挡齿轮15和高速挡换挡齿轮17，所述低速挡液压湿式离合器16的外圈与低速挡空套换挡齿轮15通过螺栓连接，所述的高速挡液压湿式离合器13和低速挡液压湿式离合器16分别连接有控制液压阀或电磁阀。
本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车独立配置的液压控制系统，其可以同时满足离合器工作和减速箱润滑需要，系统中配置有防爆油泵电机组、过滤器、控制阀及液压管线。
在本发明的大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车中，减速箱的工作状态如下：
左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱或者同时工作、或者单独工作，切换工作，通过控制减速箱中的相应离合器来实现。启动减速箱驱动电动机，驱动输入轴旋转。在输入轴装有高速档液压湿式离合器、高速挡空套换挡齿轮和低速档换挡齿轮等；中间轴上装有低速档液压湿式离合器、低速挡空套换挡齿轮和高速档换挡齿轮等。当高速档离合器和低速档离合器均不挂合时，高速档空套换挡齿轮及低速档空套换挡齿轮在齿轮内部轴承的作用下空转，不传递任何扭矩；当挂合输入轴上的高速档离合器时，低速档离合器脱开，因离合器外圈和空套齿轮通过螺栓联接，动力通过离合器内圈传递到外圈，驱动高速档空套换挡齿轮运动，驱动中间轴实现高速档扭矩传递，进而驱动滚筒；当挂合低速档离合器时，高速档离合器脱开，中间轴上的低速档离合器挂合，扭矩通过输入轴上的低速档换挡齿轮传递到中间轴上的低速档空套换挡齿轮，从而驱动中间轴，最终驱动滚筒。
当单电机驱动单减速箱工作时，脱开非工作减速箱的离合器，挂合工作减速箱的高速或低速离合器，即可完成工作。系统设置了互锁结构，如启动单电机，系统自动脱开非工作电机相连的齿轮箱上的离合器。在任何工况下高速离合器和低速离合器不会同时挂合。
本发明专利将减速箱的润滑和湿式离合器的工作油系统集中在一起，所有离合器的控制阀件和液压阀件及相关管件均布置在绞车液压系统上，方便检修和维修。整个系统在所有情况下默认选择低速离合器，在绞车起动后，通过悬重传感器判定绞车负载情况，如果负载满足切换到高速的条件，就开始启动自动换挡流程。在换挡时先分开低速离合器，通过滚筒编码器实时监测滚筒轴的速度，当滚筒编码器检测到滚筒轴速度达到0时，驱动盘刹将滚筒刹死防止其继续反转，待盘刹刹死后，闭合高速离合器，完成换挡动作，最后起动主电机，驱动绞车开始提升作业。

Claims (5)

1.一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，其特征在于，该单轴绞车结构上包括有绞车架、电动机、减速箱、滚筒轴总成、送钻装置、液压盘刹和液压控制系统，所述的电动机和减速箱包括有左电动机、左自动换挡减速箱、右电动机和右自动换挡减速箱，所述的左电动机的输出轴与左自动换挡减速箱连接并分布于绞车架上的左侧，所述的右电动机的输出轴与右自动换挡减速箱连接并分布于绞车架上的右侧，所述的滚筒轴总成设置于绞车架的中部，左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱的输出轴分别连接于滚筒轴总成的两端，在所述滚筒轴总成的一侧设有所述的液压盘刹，所述的液压控制系统分别连接并控制液压盘刹、左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱；所述的右自动换挡减速箱内还设有与所述的送钻装置连接的传动级，该送钻装置布置于所述绞车架的右侧与所述右电动机的相对位置；所述的左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱均为双档减速箱结构，该双档减速箱结构包括有箱体和至少三根传动轴，所述的传动轴包括有输入轴、输出轴和至少一根中间轴，在输入轴或中间轴上各设有一个液压湿式离合器，每个液压湿式离合器和一个空套齿轮连接，选择挂合不同的液压湿式离合器利用相应的空套齿轮传动实现不同的扭矩输出。
2.根据权利要求1所述的一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，其特征在于，所述的传动轴包括有输入轴、中间轴和输出轴，在所述的输入轴上安装有高速挡液压湿式离合器、高速挡空套换挡齿轮和低速挡换挡齿轮，所述高速挡液压湿式离合器的外圈与高速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，在所述的中间轴安装有低速挡液压湿式离合器、低速挡空套换挡齿轮和高速挡换挡齿轮，所述低速挡液压湿式离合器的外圈与低速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，所述的高速挡液压湿式离合器和低速挡液压湿式离合器分别连接有控制液压阀或电磁阀。
3. 根据权利要求1所述的一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，其特征在于，所述的传动轴包括有输入轴、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ和输出轴，所述的输入轴、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ和输出轴设于所述的箱体内，所述的中间轴Ⅰ平行地设于靠近所述的输入轴的位置，所述的中间轴Ⅱ平行地设于靠近输出轴的位置，在所述的中间轴Ⅰ上安装有高速挡液压湿式离合器、高速挡空套换挡齿轮和低速挡换挡齿轮，所述高速挡液压湿式离合器的外圈与高速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，在所述的中间轴Ⅱ上安装有低速挡液压湿式离合器、低速挡空套换挡齿轮和高速挡换挡齿轮，所述低速挡液压湿式离合器的外圈与低速挡空套换挡齿轮通过螺栓连接，所述的高速挡液压湿式离合器和低速挡液压湿式离合器分别连接有控制液压阀或电磁阀。
4. 根据权利要求2或3所述的一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，其特征在于，当不挂合高速挡液压湿式离合器或低速挡液压湿式离合器时，高速挡空套换挡齿轮与高速挡液压湿式离合器的外圈空转，或低速挡空套换挡齿轮与低速挡液压湿式离合器的外圈空转，不传递扭矩；当挂合高速挡液压湿式离合器或低速挡液压湿式离合器时，高速挡空套换挡齿轮与高速挡液压湿式离合器共同旋转实现传递扭矩和功率，或低速挡空套换挡齿轮与低速挡液压湿式离合器共同旋转实现传递扭矩和功率。
5. 根据权利要求1所述的一种大中型石油钻机双速自动换挡单轴绞车，其特征在于，所述左自动换挡减速箱和右自动换挡减速箱或者同时工作、或者单独工作。
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Inventor after: Yang Jiayi

Inventor after: Li Jing

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Inventor after: Liu Xingang

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Inventor before: Li Jing

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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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