CN114229729A - 一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统 - Google Patents

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CN114229729A CN202111575164.3A CN202111575164A CN114229729A CN 114229729 A CN114229729 A CN 114229729A CN 202111575164 A CN202111575164 A CN 202111575164A CN 114229729 A CN114229729 A CN 114229729A
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周小冬
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Abstract

本发明公开了一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统，包括滚筒轴总成，还包括换挡变速机构和刹车机构；所述刹车机构设于所述滚筒轴总成的一端，所述换挡变速机构设置于所述滚筒轴总成远离所述刹车机构的一端，所述换挡变速机构包括沿远离所述滚筒轴总成方向依次连接的第二变速轴总成、第一变速轴总成和传动轴总成，所述第二变速轴总成、第一变速轴总成和传动轴总成沿滚筒轴总成径向方向设置，所述传动轴总成的输入端连接有动力输入机构；所述传动轴总成上啮合有第三离合器，所述第一变速轴总成上啮合有第二离合器。采用本方案，能大幅度减少直流绞车的长度尺寸，使整个传动系统布置紧凑，满足井架、绞车和液压站作为一个拖挂模块的拖挂要求。

Description

一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统。
背景技术
拖挂或车载钻机对于解决钻机的快速移运及搬家在钻机市场有很大的运用。目前国内外ZJ40拖挂或车载钻机由于受绞车宽度和高度的限制，钻机的常用传动路线为采用柴油机输出动力通过万向轴驱动变速箱，再由分动箱分动力，一部分通过链条箱驱动转盘，一部分通过万向轴驱动角箱再驱动绞车。除驱动转盘外，整个传动部分布置在拖车上，如图1所示，为现有技术中的拖挂或车载钻机的结构示意图，其由拖车D、柴油机E、分动箱F、运输状态的井架G、角箱H、绞车I、车桥J、转盘传动箱K、钻井状态的井架L、底座M、主电机Q、滚筒轴总成R、绞车架S、内变速及换挡T组成，其中钻机的常用传动路线为采用柴油机E输出动力通过万向轴驱动变速箱，再由分动箱F分动力，一部分通过链条箱驱动转盘，一部分通过万向轴驱动角箱H再驱动绞车I。除驱动转盘外，整个传动部分布置在拖车D上。如图2和图3所示，公开了常规技术中的绞车D结构及其传动方式，其中绞车D动力通过直流电机驱动，带动传动轴总成A传动到变速轴总成N，再通过低速端离合器O和高速端离合器P实现换挡，绞车I为三轴结构，通过内变速换挡，主刹车C为液压盘刹，辅助刹车B为电磁涡流刹车或伊顿盘式刹车；再者，如专利号为：CN203284122U、名称为整体式四轴链条传动直流钻机绞车的实用新型专利也公开了此传动方式。
综上，传统的拖挂或车载钻机目前还存在以下缺陷：
1.目前对于直流钻机的拖挂，由于绞车I外型宽度尺寸较大，不能把绞车I，井架集成在一个运输模块上拖挂或车载，而是分别分部件进行拖挂运输。这样会造成运输模块多，现场安装拆卸复杂，费时费力，不能满足用户对钻机的快速移运；
2.常规直流绞车外型尺寸大，尤其是绞车长度超长，该种钻机的拖挂只使用在沙漠或道路很宽的地带，随底座一起拖挂运输，井架单独拖挂，钻机的快速移运对路况有着苛刻要求。
3.常规直流绞车采用柴油机E加分动箱F加角箱H驱动，增加了整体重量，成本较高且还会对环境造成污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统，采用本方案，通过将刹车机构集中安装在滚筒轴总成的一端，将换挡变速机构集中设置在滚筒轴总成的另一端，能大幅度减少直流绞车的长度尺寸，使整个传动系统布置紧凑，满足井架、绞车和液压站作为一个拖挂模块的拖挂要求，适用于ZJ40拖挂或车载直流钻机。
本发明通过下述技术方案实现：
一种新型直流钻机用绞车，包括滚筒轴总成，还包括换挡变速机构和刹车机构；
所述刹车机构设于所述滚筒轴总成的一端，所述换挡变速机构设置于所述滚筒轴总成远离所述刹车机构的一端，所述换挡变速机构包括沿远离所述滚筒轴总成方向依次连接的第二变速轴总成、第一变速轴总成和传动轴总成，所述第二变速轴总成、第一变速轴总成和传动轴总成沿滚筒轴总成径向方向设置，所述传动轴总成的输入端连接有动力输入机构，所述第二变速轴总成与所述滚筒轴总成的另一端连接；
所述传动轴总成上啮合有第三离合器，所述第一变速轴总成上啮合有第二离合器。
相对于现有技术中，目前对于直流钻机的拖挂，由于绞车外型宽度尺寸较大，不能把绞车，井架集成在一个运输模块上拖挂或车载，而是分别分部件进行拖挂运输，这样会造成运输模块多，现场安装拆卸复杂，费时费力的问题，本方案提供了一种新型直流钻机用绞车，采用本方案，能改变传统拖挂钻机以及常规直流绞车的三轴传动方式，大幅度减少直流绞车的长度尺寸，把常规6.4米宽的直流绞车通过改变传动布局，把绞车宽度尺寸控制在3.2米，此为拖挂车桥对设备的宽度要求，从而把直流绞车布置在拖车上，使整个传动系统布置紧凑，满足拖挂要求；钻井完后，井架倒在拖车上，井架，绞车，液压站可作为一个拖挂模块一起移运；具体的，本方案中，绞车包括有滚筒轴总成、换挡变速机构和刹车机构，其中刹车机构改变了常规的直流绞车将刹车设置于滚筒两端的方式，是将刹车机构集中安装在滚筒轴总成的一端，而其中换挡变速机构改变了常规的直流绞车中通过滚筒轴总成两端的高低速离合器进行通断换挡的方式，是将换挡变速机构集中安装在滚筒轴总成的另一端，从而减小宽度；其中换挡变速机构包括第二变速轴总成、第一变速轴总成和传动轴总成，第二变速轴总成、第一变速轴总成和传动轴总成朝远离滚筒轴总成方向依次进行传动连接，且各轴相互平行，使其尽量往滚筒轴总成的中部位置靠拢；而在传动轴总成上啮合有第三离合器，在第一变速轴总成上啮合有第二离合器，此时通过啮合第一变速轴总成上的第二离合器，脱开传动轴总成上的第三离合器，即可形成第一档变速，而通过脱开第一变速轴总成上的第二离合器，啮合传动轴总成上的第三离合器，即可形成第二档变速，两者减速比不同，从而使绞车总档数可达2正2倒来完成绞车换挡。通过以上排布方式，从而使绞车整体空间尺寸紧凑，绞车宽度小，高度低；绞车宽度尺寸小于3.2米，高度小于2米，长度小于4.5米，重量轻；运输时不需要单独拆绞车，满足ZJ40拖挂或车载直流钻机的绞车、井架、液压站一起运输的要求。使钻机移运方便，安装快捷。
进一步优化，所述第二变速轴总成上啮合有第一离合器，所述第一离合器用于控制所述滚筒轴总成的通断；通过第一离合器在第二变速轴总成上的啮合和脱开，控制滚筒轴总成的通断。
进一步优化，所述第一离合器、第二离合器和第三离合器均采用推盘离合器；用于缩小绞车整体尺寸。
进一步优化，所述动力输入机构和第三离合器分设于所述传动轴总成两端，所述动力输入机构位于和所述刹车机构的同侧方向；用于缩小绞车整体尺寸。
进一步优化，所述动力输入机构采用直流电机；优选采用800KW直流电机进行驱动，使绞车可实现无极变速，提高了功率利用率和绞车的可操作性。
进一步优化，所述动力输入机构通过鼓形齿联轴器和传动轴总成的输入端连接。
进一步优化，所述刹车机构包括和滚筒轴总成连接的主刹车和辅助刹车，所述主刹车和辅助刹车朝远离换挡变速机构的方向依次设置；用于减小绞车宽度。
进一步优化，所述主刹车采用液压盘式刹车，所述液压盘式刹车的多个刹车盘沿所述滚筒轴总成的滚筒周向均布；用于减小绞车整体尺寸。
进一步优化，所述辅助刹车采用伊顿盘式刹车；用于减小整体尺寸。
进一步优化，所述传动轴总成和第一变速轴总成之间、第一变速轴总成和第二变速轴总成之间、第二变速轴总成和滚筒轴总成之间均通过链条传动；其中链条传动提升能力大，解卡处理事故能力强。
进一步优化，一种拖挂系统，包括拖车、运输状态的井架，还包含新型直流钻机用绞车；把绞车和井架集成在一个运输模块上拖挂或车载，满足了用户对钻机的快速移运；且该拖挂系统中取消了柴油发电机、分动箱、角箱、转盘传动箱等设备，采用全电驱动，一方面减轻了整体重量，另一方面降低了成本也降低了对环境的污染。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明提供了一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统，采用本方案，通过将刹车机构集中安装在滚筒轴总成的一端，将换挡变速机构集中设置在滚筒轴总成的另一端，使绞车整体空间尺寸紧凑，绞车宽度小，高度低。绞车宽度尺寸小于3.2米，高度小于2米，长度小于4.5米，重量轻。运输时不需要单独拆绞车。满足ZJ40拖挂或车载直流钻机的绞车，井架，液压站一起运输的要求。使钻机移运方便，安装快捷。
2.本发明提供了一种新型直流钻机用绞车及拖挂系统，采用本方案，绞车采用全电驱动，一方面减轻了整体重量，另一方面降低了成本也降低了对环境的污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为现有技术中的拖挂或车载钻机的结构示意图；
图2为现有技术中的直流绞车三视图；
图3为现有技术中的直流绞车传动图；
图4为本发明提供的直流绞车传动图；
图5为现有技术和本发明的滚筒轴总成传动对比图；
图6为本发明提供的ZJ40拖挂或车载直流钻机结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
A-传动轴总成，B-辅助刹车，C-主刹车，D-拖车，E-柴油机，F-分动箱，G-运输状态的井架，H-角箱，I-绞车，J-车桥，K-转盘传动箱，L-钻井状态的井架，M-底座，N-变速轴总成，O-低速端离合器，P-高速端离合器，Q-主电机，R-滚筒轴总成，S-绞车架，T-内变速及换挡。
1-滚筒轴总成，2-第二变速轴总成，3-第一变速轴总成，4-传动轴总成，5-动力输入机构，6-第一离合器，7-第二离合器，8-第三离合器，9-辅助刹车，10-主刹车，11-绞车，12-车桥，13-绞车架，14-主电机，15-拖车，16-运输状态的井架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例为改变常规绞车11的传动形式，提供了一种新型直流钻机用绞车，如图4至图6所示，包括滚筒轴总成1，还包括换挡变速机构和刹车机构；
所述换挡变速机构和刹车机构分设于滚筒轴总成1两端，所述换挡变速机构包括沿远离滚筒轴总成1方向依次连接的第二变速轴总成2、第一变速轴总成3和传动轴总成4，所述第二变速轴总成2、第一变速轴总成3和传动轴总成4沿滚筒轴总成1径向方向设置，所述传动轴总成4的输入端连接有动力输入机构5；
所述传动轴总成4上啮合有第三离合器8，所述第一变速轴总成3上啮合有第二离合器7；
所述滚筒轴总成1的滚筒轴、第二变速轴总成2的变速轴、第一变速轴总成3的变速轴和传动轴总成4的传动轴均相互平行。
相对于现有技术中，目前对于直流钻机的拖挂，由于绞车11外型宽度尺寸较大，不能把绞车11，井架集成在一个运输模块上拖挂或车载。而是分别分部件进行拖挂运输。这样会造成运输模块多，现场安装拆卸复杂，费时费力的问题，本方案提供了一种新型直流钻机用绞车11，如图5所示的对比，图5中左边是现有技术的滚筒轴总成图，右边为本技术方案所采用的滚筒轴总成图，采用本方案，能改变传统拖挂钻机以及常规直流绞车11的三轴传动方式，大幅度减少直流绞车11的长度尺寸，把常规6.4米宽的直流绞车11通过改变传动布局，把绞车11宽度尺寸控制在3.2米，此为拖挂车桥12对设备的宽度要求，从而把直流绞车11布置在拖车11上，使整个传动系统布置紧凑，满足拖挂要求；钻井完后，井架倒在拖车11上，井架，绞车11，液压站可作为一个拖挂模块一起移运；具体的，本方案中，绞车11包括有滚筒轴总成1、换挡变速机构和刹车机构，刹车机构改变了常规的直流绞车11将刹车设置于滚筒两端的方式，采用将刹车机构集中安装在滚筒轴总成1的一端的方式，而换挡变速机构改变了常规的直流绞车11中通过滚筒轴总成1两端的高低速离合器进行通断换挡的方式，采用将换挡变速机构集中安装在滚筒轴总成1的另一端，从而减小宽度；其中换挡变速机构包括第二变速轴总成2、第一变速轴总成3和传动轴总成4，第二变速轴总成2、第一变速轴总成3和传动轴总成4朝远离滚筒轴总成1方向依次进行传动连接，且各轴相互平行，使其尽量往滚筒轴总成1的中部位置靠拢，如图4所示；而在传动轴总成4上啮合有第三离合器8，在第一变速轴总成3上啮合有第二离合器7，此时通过啮合第一变速轴总成3上的第二离合器7，脱开传动轴总成4上的第三离合器8，即可形成第一档变速，而通过脱开第一变速轴总成3上的第二离合器7，啮合传动轴总成4上的第三离合器8，即可形成第二档变速，两者减速比不同，从而使绞车11总档数可达2正2倒来完成绞车11换挡。通过以上排布方式，从而使绞车11整体空间尺寸紧凑，绞车11宽度小，高度低；绞车11宽度尺寸小于3.2米，高度小于2米，长度小于4.5米，重量轻；运输时不需要单独拆绞车11，满足拖挂或车载直流钻机的绞车11、井架、液压站一起运输的要求。使钻机移运方便，安装快捷。
本实施例中，所述第二变速轴总成2上啮合有第一离合器6，所述第一离合器6用于控制所述滚筒轴总成1的通断；通过第一离合器6在第二变速轴总成2上的啮合和脱开，控制滚筒轴总成1的通断。
本实施例中，第一离合器6、第二离合器7和第三离合器8均采用推盘离合器；为缩小绞车11整体尺寸，方案中，使第一离合器6、第二离合器7和第三离合器8采用尺寸更小的推盘离合器，并通过推盘离合器的通气断气实现啮合与脱开。
本实施例中，动力输入机构5和第三离合器8分设于传动轴总成4两端，动力输入机构5位于和所述刹车机构的同侧方向；用于缩小绞车11整体尺寸。
本实施例中，动力输入机构5采用直流电机；优选采用800KW直流电机进行驱动，使绞车11可实现无极变速，提高了功率利用率和绞车11的可操作性。
本实施例中，动力输入机构5通过鼓形齿联轴器和传动轴总成4的输入端连接。
本实施例中，刹车机构包括和滚筒轴总成1连接的主刹车10和辅助刹车9，主刹车10和辅助刹车9朝远离换挡变速机构的方向依次设置；为减小绞车11宽度，本方案中，将主刹车10和辅助刹车9全部集中安装在滚筒轴总成1的同一端方向。
本实施例中，主刹车10采用液压盘式刹车，液压盘式刹车的多个刹车盘沿滚筒轴总成1的滚筒周向均布；用于减小绞车11整体尺寸。
本实施例中，辅助刹车9采用伊顿盘式刹车；为减小整体尺寸，本方案中，改变常规技术中采用较大的电磁刹车的方式，而采用较小的伊顿盘式刹车。
本实施例中，所述传动轴总成4和第一变速轴总成3之间、第一变速轴总成3和第二变速轴总成2之间、第二变速轴总成2和滚筒轴总成1之间均通过链条传动；其中链条传动提升能力大，解卡处理事故能力强。
本实施例中，一种拖挂系统，包括拖车15、运输状态的井架16，还包含新型直流钻机用绞车；把绞车11和井架集成在一个运输模块上拖挂或车载，满足了用户对钻机的快速移运；且该拖挂系统中取消了柴油发电机、分动箱、角箱、转盘传动箱等设备，采用全电驱动，一方面减轻了整体重量，另一方面降低了成本也降低了对环境的污染。
具体工作原理：该绞车11为四轴整体链条驱动绞车11，主要由传动轴总成4、第一变速轴总成3，第二变速轴总成2、滚筒轴总成1、绞车架13、主电机14、刹车系统等组成。主刹车10采用液压盘式刹车，辅助刹车9采用伊顿盘式刹车；由1台800kW直流电机通过鼓型齿联轴器直接驱动传动轴总成4；通过传动轴与变速轴之间的两挂链条形成两个档位，换挡通过第一变速轴总成3和传动轴总成4的两个推盘离合器来完成。
而为了整体压缩绞车11的宽度尺寸，使绞车11整体宽度尺寸控制在3.2米以内，高度控制在2米以内，从而使JC40D直流绞车11能布置在拖车11上，方便井架倒下与拖车11一起运输。改变常规的直流绞车11的传动结构，把液压盘式刹车10和伊顿辅助刹车9集中布置在滚筒轴总成1的左端，滚筒轴总成1的动力输入布置在右端，通过第一变速轴总成3、第二变速轴总成2、传动轴总成4上的推盘离合器的通断进行换挡切换，将第一变速轴总成3、第二变速轴总成2、传动轴总成4设置位置尽量靠近滚筒轴总成1中部。从而整体压缩绞车11的宽度尺寸，使绞车11整体宽度尺寸控制在3.2米以内，高度控制在2米以内。
常规的直流绞车11液压盘刹布置在滚筒的两端，伊顿刹车布置在滚筒的右侧，通过滚筒轴总成1两端的高低速离合器进行通断换挡，这样滚筒轴总成1较长，近6.5米。新型的直流绞车11的液压盘式刹车和辅助刹车10布置在滚筒轴左端，换挡切换通过第一变速轴总成3、第二变速轴总成2、传动轴总成4上的推盘离合器的通断进行换挡切换，滚筒轴总成1的动力输入布置在右端，使第一变速轴总成3、第二变速轴总成2、传动轴总成4布置在滚筒的后面。通过这种新型传动方式，使绞车11的宽度尺寸控制在3.2米以内。满足在车桥12上的安装。
传动路线以及换挡方式原理：啮合第一变速轴总成3的第二推盘离合器，脱开传动轴总成4的第三推盘离合器,啮合第二变速轴总成2的第一推盘离合器,形成第一档；啮合传动轴总成4的第三推盘离合器，脱开第一变速轴总成3的第二推盘离合器,啮合第二变速轴总成2的第一推盘离合器，形成第二档，滚筒轴总成1的通断通过第二变速轴总成2的第一推盘离合器来完成。绞车11总档数可达2正2倒，由于采用直流电机驱动，绞车11可实现无级调速。提高了功率利用率和绞车11的可操作性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种新型直流钻机用绞车，包括滚筒轴总成(1)，其特征在于，还包括换挡变速机构和刹车机构；
所述刹车机构设于所述滚筒轴总成(1)的一端，所述换挡变速机构设置于所述滚筒轴总成(1)远离所述刹车机构的一端，所述换挡变速机构包括沿远离所述滚筒轴总成(1)方向依次连接的第二变速轴总成(2)、第一变速轴总成(3)和传动轴总成(4)，所述第二变速轴总成(2)、第一变速轴总成(3)和传动轴总成(4)沿滚筒轴总成(1)径向方向设置，所述传动轴总成(4)的输入端连接有动力输入机构(5)，所述第二变速轴总成(2)与所述滚筒轴总成(1)的另一端连接；
所述传动轴总成(4)上啮合有第三离合器(8)，所述第一变速轴总成(3)上啮合有第二离合器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述滚筒轴总成(1)的滚筒轴、第二变速轴总成(2)的变速轴、第一变速轴总成(3)的变速轴和传动轴总成(4)的传动轴均相互平行。
3.根据权利要求1所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述第二变速轴总成(2)上啮合有第一离合器(6)，所述第一离合器(6)用于控制所述滚筒轴总成(1)的通断。
4.根据权利要求3所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述第一离合器(6)、第二离合器(7)和第三离合器(8)均采用推盘离合器。
5.根据权利要求1所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述动力输入机构(5)和第三离合器(8)分设于所述传动轴总成(4)两端，所述动力输入机构(5)位于和所述刹车机构的同侧方向。
6.根据权利要求5所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述动力输入机构(5)通过鼓形齿联轴器和传动轴总成(4)的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述刹车机构包括和滚筒轴总成(1)连接的主刹车(10)和辅助刹车(9)，所述主刹车(10)和辅助刹车(9)朝远离换挡变速机构的方向依次设置。
8.根据权利要求7所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述主刹车(10)采用液压盘式刹车，所述液压盘式刹车的多个刹车盘沿所述滚筒轴总成(1)的滚筒周向均布。
9.根据权利要求7所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述辅助刹车(9)采用伊顿盘式刹车。
10.根据权利要求1所述的一种新型直流钻机用绞车，其特征在于，所述传动轴总成(4)和第一变速轴总成(3)之间、第一变速轴总成(3)和第二变速轴总成(2)之间、第二变速轴总成(2)和滚筒轴总成(1)之间均通过链条传动。
11.一种拖挂系统，包括拖车(15)、运输状态的井架(16)，其特征在于，还包含权利要求1-10任一所述的新型直流钻机用绞车。
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