汽车同步器及远程操作在全液压钻机动力头变速器上的应用

尹 鑫

(湖南飞碟新材料有限责任公司,湖南长沙 410007）

汽车同步器及远程操作在全液压钻机动力头变速器上的应用

尹 鑫

(湖南飞碟新材料有限责任公司,湖南长沙 410007）

全液压动力头变速器是钻机传动系统中的关键部件,其性能和可操控性直接影响到产品的性能,设计中将汽车变速器成熟的同步器结构和远程控制原理运用到钻机动力头变速器中来,极大地提升了产品性能和可操作性。

全液压动力头钻机;变速器;汽车同步器;换挡机构;远程操作

随着国内全液压动力头岩心钻机应用的逐步推广,国内几家主要钻机厂家都各自推出了自主设计的全液压动力头岩心钻机,钻机动力头均采用变量液压马达配合变速器变速来满足岩心钻机转速的要求。

1 传统变速结构

全液压钻机变速器的结构各个厂家基本相似,变速挡位均为3～4挡,直齿滑移换挡,变速手柄置于变速器上。这种结构的主要缺点有2点:一是直齿轮换挡不方便、换挡时冲击大,导致齿轮早期损坏,易脱挡,噪声大;二是手柄置于变速器上操作不方便,动力头必须处于下桅杆前端时才能换挡,且需要专人操作。

2 改进思路

克服传统变速器存在的不足,完善变速器的性能,是新型钻机设计时必须考虑的问题。我们都知道,汽车上均有变速器,变速器分手动变速器、自动变速器、手动/自动结合变速器。自动变速器是根据油门踏板情况和车速变化自动地进行变速,这种变速器原理不适应于钻机工况。手动变速器原理是通过分离离合器,断开动力,再操作离合手柄换到需要的挡位上,换好后合上离合器。当汽车变速器后置或变速器手柄不能直接装于架驶室内的,离合手柄与变速器用软轴连接。钻机变速器的原理与汽车变速器的原理相似,且汽车变速器的结构相对比较成熟,产品质量可靠,因此改进的主要思路就是把汽车变速器换挡结构、换挡原理运用到钻机变速器中来。

3 换档方式改进

手动汽车变速器中换挡均采用同步齿换挡,同步齿换档的主要原理如图1、图2和图3所示。

图1所示,低、高速从动齿空套在输出轴上,齿轮与轴间装有滚针轴承。左右两个接合齿锥、左右两个同步环、啮合套、齿毂组成同步器,接合齿锥、齿毂内外均为渐开线花键齿,啮合套为内渐开线花键齿,同步环有外渐开线花键齿。接合齿套的内齿与低、高速从动齿轮的外齿啮合,齿毂的内齿与轴的外齿啮合,啮合套的内齿可与接合齿锥、同步环、齿毂的外齿啮合,啮合套可在齿毂上滑移。

图1 同步器啮合套处中位

图2 同步器啮合套处左位

图3 同步器啮合套处右位

图1位置,当动力马达开动后,低、高速从动齿轮转动,但啮合套处于中间位置,动力未经齿锥、啮合套、齿毂传递到输出轴上,动力头处于空挡。

图2位置,啮合套处左位,当动力马达开动后,低、高速从动齿轮转动,且高速齿动力经接合齿锥、啮合套、齿毂传递给输出轴。从啮合套处中位换啮合套处左位,这是挂挡过程,这个过程存在冲击,因动力头转动从一个挡位换到另一个挡位时,尽管要断开动力,但在惯性的作用下,齿轮仍在转动,怎样减弱这个冲击,同步器中有同步环,同步环内孔为锥面,当啮合套在拨叉带动下往左移动时,啮合套带动同步环左移,同步环内锥与转动接合齿锥的外锥面配合,接合齿锥会带动同步环→啮合套→齿毂→输出轴转动,这样接合齿锥的速度降低,啮合套速度加快,当两者速度一致时完成换挡,此时冲击力最小,换挡平稳。

图3位置,啮合套处右位,动力从低速齿轮传递给输出轴。当从图2位置(高速）直接换到图3(低速）位置,或从图3位置(高速）直接换到图2(低速）位置时,同样因为有同步环的原因,啮合套转速与接合齿锥转速一致时完成换挡。

一个同步器控制两个转速,因此一个四级变速器用两个同步器即可。同步器选用汽车配件,选用时做好强度校核,保证传动可靠。

带同步器的变速机构对主传动齿轮进行了很好的保护,只要齿轮强度设计合理,不存在有传统变速器内打齿的现象,时间长受损的传动件只有同步器,同步器为汽车配件,这给客户采购带来很大的方便。

4 换挡远程操作

换挡操作要实现远程控制,同样要参考汽车换挡操作机构,四挡变速器因有2个同步器,即要求有2个拨叉来拨动啮合套,因此换挡需要有2个动作,一个是选挡,一个是换挡。如图4所示是变速器的换挡操作机构,它由换挡拨叉、选挡拉线、换挡拉线、换挡手柄等组成。操作换挡手柄,先选挡后换挡,组合完成换挡过程。动力头活动最远处离操作台有几米远,且动力头有316 m行程,换挡拉线和选挡拉线至少需8 m。如图5和图6所示,如此长的拉线且要求换挡灵活,因此选择换挡手柄和拉线很重要,最后与软轴厂家专门订做了一套机构,经实践满足要求。

图4 换挡操作机构原理示意图

图5 变速器与操作手柄位置示意图

图6 全液压动力头钻机局部图

5 结语

国内全液压钻机生产厂家竞争相当激烈,只有自己的新产品中有足够的特色,有高出其它厂家的性能,才能赢得市场、站稳市场。全新变速器结构设计就是我公司产品的特点之一,经客户使用后反映效果很好。

[1] 刘凡柏,王庆晓,李文秀,等.YDX-2型全液压岩心钻机的研制[J].探矿工程(岩土钻掘工程）,2009,36(9）:32-35.

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[3] 陈红.汽车机械基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[4] 蔡兴旺.汽车构造与原理[M].北京:机械工业出版社,2008.

[5] 董克发.汽车变速器及同步器结构与故障排除[M].成都:四川科学技术出版社,2003.

Application of Automobile Synchron izer and RemoteOperation in Power Trans m ission of Full HydraulicDrill

YIN Xin(Hunan Flydisc New Material Co.,Ltd.,Changsha Hunan 410007,China）

Power trans mission of full hydraulic drill is a key component in transmission,its performance and controllability directly affect the product capability.In the design,the mature synchronizer structure of automotive transmission and re-mote control principle are applied to drill power transmission,the product performance and controllability were greatly en-hanced.

full hydraulic driving head drill;automotive transmission;automotive synchronizer;gearshift;remote opera-tion

P634.3+1

:A

:1672-7428(2010）05-0053-03

2010-04-06

尹鑫(1972-）,男(汉族）,湖南长沙人,湖南飞碟新材料有限责任公司副总工程师,机械制造专业,从事机械产品设计工作,湖南省长沙市曙光中路232号,13974851709@163.com。