沙漠修井机两档分动箱的研制及应用

摘要：第四石油机械厂与三江瓦力特特种车辆有限公司联合开发了XJ550沙漠修井机，已经有两台在尼日尔撒哈拉大沙漠进行修井作业。该种修井机配置了沙漠油田专用重载底盘和一档分动箱，采取了防沙防高温措施，满足了沙漠无道路条件下的行驶和现场钻修井作业要求，不足之处是分动箱只有一个档位，且输出到前后桥的传动比较大，无法满足普通公路上高速行驶的要求，车速只能达到35km/h，且润滑油散热效果不太理想。第三台沙漠修井机做了改进和提高，研制并配备了两档分动箱，采用飞溅与强制润滑相结合，在不同道路条件下可选择不同的档位，道路情况良好时选择高速档，路况差或者在沙漠腹地没有道路条件时选择低速档，有效提高了整机的移运性能。

关键词：沙漠修井机；两档分动箱；研制应用

中图分类号：TE925 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0066-03

由于在沙漠腹地，存在浮沙层厚且松软、风沙大、环境温度高等特点，为了适应油区的钻修井作业，必须要求自走式修井机有高机动、高越野性能，现有的常规自走式修井机在沙漠环境下根本无法正常行驶和作业。必须对动力和底盘传动系统进行特殊设计，为合理选择动力分配要求，综合考虑各种因素，并结合已开发的沙漠修井机在现场使用存在的不足进行改进和提高，研制出了两档分动箱。在不同道路条件下选择不同的档位。道路情况良好时选择高速档，路况差或者在沙漠腹地没有道路条件时选择低速档，保证了修井机在各种路况下的行驶要求。目前两档分动箱已经在沙漠修井机上得到了应用，反应效果很好，比之前的沙漠修井机性能有了很大提高，满足了各种道路条件下的行驶和作业要求。

1 修井机分动箱的作用、结构及特点

1.1 作用

自走式修井机底盘行驶系统、绞车作业系统和转盘作业系统共用一套动力，主要依靠分动箱来实现动力的分配，载车行驶时，通过操作动力切换手柄置“行车”位置，经杠杆作用，挂合分动箱后桥动力输出口离合器，同时脱离绞车动力输出口离合器；当在困难的路面行驶时，可挂合底盘前桥动力输出口离合器，提高分动箱的通过性，钻修作业时，手柄置“作业”位置，经杠杆作用，挂合分动箱绞车动力输出口离合器，同时脱离底盘动力输出口离合器，发动机动力仅分配给绞车系统。需要利用转盘

作业时，只需单独挂合转盘动力操作手柄即可。

1.2 结构

自走式修井机分动箱箱体内安装有三个啮合的齿轮，成垂直布置，一档传动。通常设置有前上一个动力输入口和后上、后中、后下、前下四个动力输出口，前上的动力来自发动机和变扭器的动力输入，后上的动力输出到绞车，后中的动力输出到转盘，后下的动力输出到后桥，前下的动力输出到前桥。满足绞车和转盘动力输出口能同时工作，除前下即前桥驱动离合器采用汽缸远程控制离合之外，后3个动力输出口均采用机械挂合装置。通过搬动操作手柄来实现挂合或脱离，后上和后下即绞车和后桥的驱动离合器使用一个操纵杆操作，并且成互锁状态。

1.3 特点

三齿轮传动，大齿轮轴距，设有一个动力输入口，四个动力输出口，实现一个档位，传动平稳，能保证修井机在良好路况下高速行驶和油田现场作业的动力分配要求。如果在路况恶劣的油区，比如在沼泽或沙漠地区行驶时，必须加大动力输出到前后桥与动力输入之间的传动比，提高输出扭矩，否则，修井机由于越野能力不够，将无法正常行驶，作为动力分配的一档分动箱很难同时满足在公路上的高速行驶和在复杂路况下的越野性能要求。

第四石油机械厂与三江瓦力特特种车辆有限公司联合开发了XJ550沙漠修井机，车上采用修井机的成熟的布置，而底盘是在经过对比国外沙漠运输车的性能特点，结合军工专用车的高机动性、高越野能力的基础上，采用先进的双扭杆独立悬架、断开式驱动桥、分组转向、宽断面超低压轮胎和轮胎自动充放气等技术研制开发的，最初配置一档分动箱，与常规修井机相比，加大了输出到前后桥的传动比，满足沙漠腹地的行驶要求。但是在普通公路转场时，行驶车速较慢，因此，如果要同时满足在沙漠腹地越野性能和等级公路上的高速行驶要求，必须实现分动箱多档输出，经过充分论证和计算，研制开发了两档分动箱。

2 两档分动箱的结构及传动原理

1.操作手柄（控制转盘动力输入）；2.操作手柄（控制绞车或后桥动力输入）；3.动力输入轴；4.两档箱动力输出轴（到分动箱）；5.动力输出轴（到绞车端）；6动力输出轴（到转盘端）；7.动力输出轴（到前桥端）；8.动力输出轴（到后桥端）；9.润滑系统；10.两档箱箱体；11.分动箱箱体；12.操作手柄（高低速动力输入切换）

两档分动箱主要由一个两档齿轮箱和一个分动箱组合而成，两档箱内上下平行布置了动力输入轴和动力输出轴总成，轴上分别安装了两组相互啮合的齿轮，在动力输入轴上有一个结合齿圈和一个拨叉机构，拨动两档箱上的操作手柄，从发动机和变扭器输入的动力，分别通过两组啮合齿轮传递，可以实现高速和低速两种不同的动力输出，在两档箱动力输出轴轴头安装有一个齿轮，该齿轮布置在分动箱内，与绞车端的动力输出齿轮啮合，而绞车端的动力输入齿轮又与转盘端的动力输出齿轮啮合，转盘端的动力输出齿轮与前后桥两端的动力输出齿轮啮合，实现了一个动力输入口，四个动力输出口，并且形成高速和低速两种不同的动力输出。在四个动力输出口均布置有离合器，通过操作手柄进行挂合或脱离，保证行驶或作业的动力输出要求。

根据不同路面的行驶条件，选择不同的档位。当在高等级公路行驶时，路况较好，需要将操作手柄切换到高速档，这样修井机的行驶速度较高，能够达到45km/h，当在沙漠腹地行驶时，由于没有固定的道路，浮沙层厚且松软，要求修井机具有较强的越野能力，爬坡度达到40%。需要将两档箱手柄切换到低速档，并挂合分动箱前桥动力输出口离合器和后桥动力输出口离合器，同时脱离绞车动力输出口离合器，这样可以降低车速，提高前后桥的输出扭矩，保证在沙漠环境下的行驶要求。

3 两档分动箱传动比确定

当修井机在沙漠环境下行驶时，采用低速档。根据底盘设计要求：在满足爬坡度40%，附着系数为0.4时，动力输出到前后桥与动力输入轴之间的传动比不小于1.857。通过综合考虑安装尺寸要求，确定两档分动箱动力输入和输出齿轮齿数。

当修井机在油田现场作业时，需将两档箱手柄切换到高速档，求得输出到绞车的传动比i3==1，与常规修井机分动箱传动比相同，输出到转盘的传动比i4==1.537，与常规修井机分动箱传动比相同。

因此在沙漠修井机上配置两档分动箱，主要考虑到在沙漠腹地行驶时，需要提高底盘的越野性能，采用低速档，增大输出到前后桥的扭矩，当在等级公路上行驶或者在油田现场作业时，需要提高行驶速度和保证正常的作业效率，采用高速档。

4 现场应用

目前，两档分动箱已经应用在第四石油机械厂与三江瓦力特特种车辆有限公司联合开发的第三台XJ550沙漠修井机上。底盘延续了前两台的技术，采用了沙漠修井机专用底盘，双扭杆独立悬架、断开式驱动桥、分组转向、宽断面超低压轮胎和轮胎自动充放气等，具有高机动、高越野性能。适用于平原、田野、丘陵、山区、高原、灌木丛、次森林、沙漠、沼泽地、水网地带及冰雪地面行驶，同时保证了修井机在公路上高速行驶的要求，新设计的两档分动箱散热性好，故障率低，反应良好，满足各种路况下行驶和现场作业的动力分配要求，受到了用户的欢迎。

参考文献

[1] 刘欣，尤跃泉.沙漠石油修井机[J].石油机械，1996，（7）：50-53.

[2] 张继杰，周希柏.高性能沙漠油田专用车底盘设计与应用[J].石油机械，2010，（6）：41-43.

[3] 赵高.没有金刚钻，不揽瓷器活——访中国石油长城钻探工程分公司[J].商用汽车，2012，（3）：32-33.

作者簡介：何江海（1977-），男，第四石油机械厂高级工程师，硕士，研究方向：石油钻采机械绞车和传动设计。

（责任编辑：秦逊玉）