YO(Z)J750液力偶合器(正车)减速箱使用维护指南.pdf

YOZJ 700 / 750 型型 液力偶合器正车减速箱液力偶合器正车减速箱 使用维护说明书使用维护说明书 1 目录目录 1. 前言 - 1 2. 简介 - 2 3. 工作原理 - 2 4. 特点 - 4 5. 型号和安装方式 - 6 6. 主要技术参数和功率容量 - 9 7. 结构特点 - 10 8. 安装 - 13 9. 试运转 - 17 10. 操作 - 18 11. 维护、保养和维修 - 20 12. 故障及排除 - 21 YOZJ700/750 型液力偶合器正车减速箱（以下简称“偶合器减速箱” ）由 两部分组成：输入部分是偶合器，其工作腔直径分别为 700 和 750mm；输出 部分为两级同轴式齿轮减速箱，齿轮减速比为 1.53.5。输出轴和输入轴位于 同一轴心线上， 且转向相同 （见图 1） 。 可与国产的 190、 CAT3500 和 MTU4000 等系列柴油机或电动机匹配，应用在机械传动或复合（机械和电）传动的石 油钻机及挖泥船上。 图 1.液力偶合器正车减速箱传动示意图 2 3. 3. 工作原理工作原理 如图 2 所示，当动力机（柴油机或电动机）驱动输入轴（1）和泵轮（4） 旋转时，在泵轮（4）叶片的作用下，工作液体（一般为矿物油）形成高速高 压液流，自轴心向外周流动，然后向心地流入涡轮（2）并使其旋转。从涡轮 （2）流出的液流，回到泵轮（4） ，形成泵轮（4）涡轮（2）泵轮（4） 之间不断循环。泵轮（4）将动力机输出的机械能转换成工作液体的动能和压 能，涡轮则把工作液体的动能和压能转换成机械能，并通过偶合器后面的减 速箱包括中间轴（5）和输出轴（6）以及石油钻机的离合器、万向轴和链 条等传递给钻井泵、转盘和绞车等。 图 2.液力偶合器正车减速箱的工作原理图 如果当泵轮（4）转速恒定时，工作机通过钻机的机械元件和减速箱施加 于偶合器涡轮的负荷增加时，涡轮（2）转速下降；反之，当工作机施加于涡 轮（2）的负荷减小时，涡轮（2）的转速增加。当涡轮转速增加到接近泵轮（4） 转速时，涡轮（2）对工作液体的离心力的作用增加，削弱和抵消泵轮（4）对 工作液体的离心力的作用， 使工作腔中的循环流量急剧减小甚至等于零。 因而， 偶合器从柴油机吸收的功率也等于零。 当泵轮（4）旋转时，通过齿轮对（15）带动供油泵（12）旋转，将工作 油经粗滤器（14） 、管路（101） ，从油箱（即下箱体） （16）内抽出，先压入油 冷器（7）进行冷却而经过油冷器（7）中的工作油的热量被柴油机的冷却水 带走，再经管路（103）和从 P 口进入控制阀（8） 。当压缩空气从控制阀（8） 上部的 Z1/4接口进入时，将气动活塞（9）和液动活塞（10）压下，并压缩 弹簧（11） ，工作油经控制阀（8）的 A 口、管路（104）进入偶合器的工作腔 中进行能量转换，然后从偶合器 O1口回到油箱（16） ，偶合器处于全充满（即 “合“的状态） 。此时，动力机的功率通过偶合器、中间轴（5）和输出轴（6） 输出；当压缩空气从控制阀（8）上部的 Z1/4接口泄掉时，气动活塞（9）和 液动活塞（10）在弹簧的作用下，向上移动，工作油经控制阀（8）的 O2口和 管路（105）回到油箱（16） ，同时偶合器工作腔的 A 口关闭，即没有工作油经 管路（104）进入偶合器工作腔，而偶合器工作腔中残存的工作油，经偶合器 外围的 O1孔排回油箱（16） 。此时，动力机驱动偶合器减速箱的主动部分（图 2 中的“红色”部分）旋转时，偶合器减速箱的从动部分（图 2 中的“绿色” 部分）停止旋转，液力偶合器处于全排空（即“离” ）的状态。偶合器减速箱 具有离合器的功能，可以利用偶合器的充排油，取代气囊离合器，简化结构， 提高运用的可靠性。 对于多台动力机组链条并车的石油钻机，在偶合器的后面，仍然装有气囊 离合器，则偶合器无需充排油。因此，在偶合器减速箱上没有安装控制阀，则 通过一个连接板（相当与图 2 中的虚线管路） ，将管路 103 和管路 104 联结起 来，使偶合器始终处于全充满（既“合” ）的状态。 4 4. . 特点特点 与机械减速箱相比与机械减速箱相比 均匀多台动力机之间的功率分配均匀多台动力机之间的功率分配 由于偶合器在工作中存在滑差，当 多台动力机转速稍有不同时能均匀它们之间的功率分配，从而使石油钻机的多 台动力机用链条并车成为可能。 隔离震动隔离震动 偶合器是以工作油来传递功率的柔性传动部件，可减少甚 至消除动力机（如柴油机）的周期性扭震，减轻对工作机（如钻井泵）的损害， 以及减轻工作机（如绞车）载荷的突然变化对动力机的损坏，从而延长整个设 备的使用寿命。 5 具有离合器功能具有离合器功能 当动力机不停机时，可以在没有任何冲击和磨损的 情况下，平稳地进行离合，从而代替气囊离合器。 空载启动空载启动 在偶合器排空状态下，启动动力机，然后逐渐向偶合器充 油，缓慢驱动工作机（如钻井泵） ，这样可降低作用在动力机和工作机上的附 加载荷，从而延长动力机和工作机的使用寿命。 与液力变矩器相比与液力变矩器相比 在石油钻机上，用偶合器减速箱取代 YBLT900-45 型充油调节离心涡轮液 力变矩器，由于以下原因，具有明显的节油效果： 传动效率高传动效率高 偶合器与柴油机匹配设计时，在柴油机额定转速和额定 功率工况，偶合器的涡轮转速与泵轮转速之比保持在 0.950.98 的范围内工 作，而偶合器的效率等于转速比。而实际上，在钻井工况，由于转盘、钻井泵 和压风机等同时工作时所消耗的功率，均小于钻机配备柴油机的总功率。这就 是说， 在钻井工况， 柴油机始终在调速特性上工作， 而偶合器效率则在高于 95 98 %的范围内工作；在起钻工况，随着钻具负载（或井深）的变化，适时地调 整绞车变速箱的档位，也能确保偶合器在效率9598 %范围内工作。而液力 变矩器的平均效率只有 7580%。因此，偶合器减速箱的平均效率比变矩器高 1520 %。 在轻负荷工况功率消耗小在轻负荷工况功率消耗小 而在空负荷工况功率消耗几乎等于零而在空负荷工况功率消耗几乎等于零 在 起下钻工况，由于轻、空负荷频繁出现，因此，在此工况，钻机的燃油消耗也 比较少。 冷却工作油所消耗的辅助功率小冷却工作油所消耗的辅助功率小 由于偶合器效率高，只需要在顶部 安装一个小的油冷器，在不增加柴油机冷却能力的情况下，利用柴油机原有的 冷却系统的冷却水，就可以冷却工作油。而变矩器效率低，必须在其顶部安装 一个庞大的风扇散热装置，用一个复杂的传动机构（齿轮和皮带）驱动冷却风 扇，消耗较大的辅助功率；或者在变矩器顶部安装一个庞大的油冷器，利用柴 油机的冷却水冷却变矩器的工作油，这样必须增加柴油机的冷却系统的冷却能 力及其辅助功率消耗。 具有自动限速功能具有自动限速功能 由于石油钻机配备的动力机功率均偏大，而在很 多情况下，钻机不在满负荷（甚至在轻负荷）工况下工作，如果不及时降低柴 油机的油门则变矩器的输出转速升高，变矩器效率降低，甚至使工作机（如钻 井泵）超速损坏；而对于偶合器，当外界负荷减小时，从柴油机吸收的功率也 较小，而效率仍然较高，输出转速也不增加。 根据比较保守的估计，以 ZJ40L 钻机为例，用 YOZJ750 型偶合器减速箱代 替 YBLT900 型变矩器，燃油消耗可减少 20 %（20 吨/月） ，以柴油 2500 元/吨， 10 个钻井月计算，每台钻机每年可节省柴油消耗费 50 万元左右。 6 5 5. . 型号和安装方式型号和安装方式 型号表示型号表示 YOZJ 变型序号：A、B、C 冷却方式： Df 单独风冷却 Lsh 联合水冷却 Lf 联合风冷却 Wsh外部水冷却 安装方式：Zh 直接与柴油机飞轮连接 F用法兰与柴油机联接 D 单独安装 减速比 10 倍数 工作腔直径，700mm 或 750mm 液（Ye）力偶（Ou）合器正（Zheng）车减（Jian）速箱 标记示例标记示例： 采用第一次变型（A） ，用柴油机中冷系统的冷却水冷却偶合器工作油联 （Lian）合水冷却，偶合器直（Zhi）接与柴油机飞轮壳相连接，其减速箱的 减速比为 1.92（四舍五入为 1.90） ，输出轴的转向与输入轴的转向相同正 （Zheng）车，偶合器的工作直径为 750 mm，其型号标记为： YOZJ750-19ZhLshA 动力机组在钻机上的安装方式动力机组在钻机上的安装方式 柴油机与偶合器减速箱组成的动力机组（简称“柴油机偶合器机组”在钻 机上有四种安装方式： 安装方式安装方式 1 1（见图 3） 在原有的 F 型钻机上，用偶合器减速箱替换 YBLT900-45 型变矩器时，采用此方案。此方案的连接方式是：柴油机（1）通 过万向轴（2）与偶合器减速箱（3）相连。偶合器减速箱（3）单独安装，在 其后通过气囊离合器（4）与并车链条箱（5）相连。其特点是：柴油机与偶合 器减速箱之间的找正安装方便，但偶合器减速箱与并车链条箱（5）之间的找 正安装不方便。 7 图 3 安装方式 1 的传动示意图： 1 柴油机； 2 万向轴； 3 偶合器减速箱； 4 气囊离合器； 5 并车链条箱。 安装方式安装方式 2 2（见图 4） 近年来，国产新造钻机用偶合器减速箱取代 YBLT900-45 型变矩器时，采用此方案。此方案的连接方式是：柴油机（1）通 过万向轴（2）与偶合器减速箱（3）相连，偶合器减速箱（3）单（Dan）独安 装，在其后再通过万向轴（2）与气囊离合器（4）相连，而气囊离合器安装在 并车链条箱（6）上。此方案与第一种方案的差别是：在气囊离合器上安装 2 套“空心套”轴承。优点是：柴油机、偶合器减速箱与气囊离合器及并车链条 箱之间的找正非常方便，但轴向尺寸较大。 图 4 安装方式 2 的传动示意图： 1 柴油机； 2 万向轴； 3 偶合器件速箱； 4 气囊离合器； 5“空心套”轴承； 6 并车链条箱。 安装方式安装方式 3 3（见图 5） 柴油机（1）通过高弹连轴节（3）与偶合器减 速箱（4）相连，两者共用底座（2） 。其后通过万向轴（5）与气囊离合器（6） 和并车链条箱（8）相连。这种安装方式的特点是，动力机组实现整体吊装， 它与气囊离合器（6）及并车链条箱（8）之间的找正安装方便,轴向尺寸短。 8 对于济南柴油机股份有限公司（以下简称“济柴” ）和胜利动力机械厂（以下 简称“胜动” ）生产的老 8V 和 12V 机及济柴改型的 2108 和 2112 柴油机，推荐 采用此方案。 图 5 安装方式 3 的传动示意图 1 柴油机； 2 共用底座； 3 高弹联轴节 ； 4 偶合器减速箱； 5 万向轴； 6 气囊离合器； 7“空心套”轴承； 8 并车链条箱。 安装方式安装方式 4 4（见图 6） 柴油机（1）的飞轮壳（3）直（Zhi）接与偶合 器减速箱（4） 的外壳相连，偶合器减速箱 （4） 的一个支承点支撑在柴油机（1） 的飞轮壳（3）上，另一个支承点支撑在共用底座（2）上。其后通过万向轴（5） 与气囊离合器（6）和并车链条箱（7）相连。其特点是：动力机组结构非常紧 凑， 实现整体吊装， 安装找正也很方便。 对于济柴的 3000 及 CAT3500 和 MTU4000 系列等柴油机，推荐采用此方案。 图 6. 安装方式 4 的传动示意图 1 柴油机； 2 共用底座； 3 飞轮壳 ； 4 偶合器减速箱减速箱； 5 万向轴； 6 气囊离合器； 7 并车链条箱。 9 6 6. . 主要技术参数及功率范围主要技术参数及功率范围 主要技术参数主要技术参数 工作腔直径（mm） 规格 参数 700 750 最大输入功率（kW） 1500 1500 最大输入转速（r/min） 1900 1600 传动效率 （%） 9295% 工作油温 110 使用油品 6 或 8 号液力传动油 减速比 1.53.5 功率容量功率容量 从偶合器减速箱的功率容量图（图 7）可知，按其输入功率 P1（即柴油机 的标定功率 PC减去风扇功率消耗 PCF ）和偶合器减速箱的输入转速 n1（即柴油 机的标定转速 nc） ，可确定偶合器减速箱的型号。例如，当 PC=1100 kW，PCF=40 kW，则 P1=1100-40=1060 kW，而 n1=nC=1300r/min 时，则应选用 YOZJ750 型液 力偶合器正车减速箱，其减速比可在 1.53.5 范围内选择。 图 7. YOZJ700/750 型液力偶合器正车减速箱功率容量图： 粗实线范围内 YOZJ750 型； 粗虚线范围内 YOZJ700 型。 10 7 7 结构特点结构特点 在柴油机偶合器机组中， 其中安装方式 1、 2 和 3 中的偶合器减速箱为 “双 支点” 结构 （见图 8） ， 输入和输出端均带法兰 （安装方式 1 的输出端带摩擦鼓） ； 安装方式 4 中的偶合器减速箱为“单支点”结构（见图 13） ，输入端轴头伸入 柴油机飞轮孔中，偶合器减速箱的壳体直接与柴油机飞轮壳相连。 偶合器减速箱的主要部件有： 液力偶合器轴 （1） 、 中间轴 （2） 、 输出轴 （3） 、 供油泵（4） 、箱体（5）及供油泵传动轴（6）等（见图 8 和图 10） ；辅助部件 有：仪表（1） 、油冷器（2） 、空气滤清器（3） 、标牌（4） 、油尺（5） 、滤油器 （6） 、放油口（7） 、加油口（8） 、螺栓 4-M24140（9） 、进油座（10）和供 油泵（11）等（见图 10） 。 图 8. 偶合器减速箱“双支点”结构的传动原理 11 图 9. 偶合器减速箱“单支点”结构的传动原理 图 10. YOZJ700/750 型偶合器减速箱外型图 其结构特点是其结构特点是： 沿输入轴和输出轴的轴心线处， 将箱体在水平方向分成上箱体和下箱 体。拆卸时，将上箱体卸下后，可将偶合器轴组成和输出轴组成依次从下箱 体中吊出后，分别进行解体；反之，组装时，再将组装好的偶合器轴组成和 输出轴组成分别依次吊入下箱体中，然后，将上箱体吊装在下箱体上，再进 行组装。但在拆卸和组装中间轴组成时，则必须将上箱体的分箱面朝上才能 进行。 偶合器轴组成的涡轮轴、 中间轴和输出轴与齿轮内孔的联接， 采用油 压锥度过盈配合。其特点是：运用可靠、使用寿命长，拆卸方便，但是必须 使用专门拆装工具。 输入轴和输出轴的轴端采用无接触式离心密封， 永无磨损， 具有很长 的使用寿命。 采用联合冷却方式， 即利用柴油机中冷系统的冷却水， 借助于油水热 交换器（又称“油冷器” ） ，冷却偶合器减速箱的工作油。 8安装安装 整机的安装整机的安装 随着柴油机偶合器机组在钻机上的安装方式不同， 对偶合器减速箱的安 装要求也不同： 对于安装方式 3 和 4 （见图 5 和 6） ， 由于柴油机和偶合器减速箱具有 公用底座，在柴油机厂已将两者安装找正好。在偶合器减速箱的底座下放置 有调整垫片，其底座与柴油机底座处装有两个定位销。如果偶合器减速箱从 柴油机底座拆下时，务必保留好调整垫片和两个定位销。组装时，在偶合器 减速箱的底座下务必放置原有调整垫片，不得挪位。然后打上定位销，最后 安装地脚螺栓并拧紧，否则必须重新找正； 对于安装方式 1、2（见图 3、4 ） ，由于安装方式 1 的输出端为气囊 离合器，找正后必须确保摩擦鼓与并车链条箱传动轴法兰之间径向和端面跳 动量不得大于 0.2 mm，若输入端或输出端为万向轴连接，则万向轴的安装斜 度必须控制在3的范围内。 冷却管路的安装冷却管路的安装 对于安装方式对于安装方式 3 3 和和 4 4（见图见图 5 5 和和 6 6） 冷却管路在柴油机厂已经安装好。 对于安装方式对于安装方式 1 1 和和 2 2 （见图见图 3 3 和和 4 4 ） 如图 11 所示， 出厂时， 我公司已将从柴油机中冷器的出水口 A 至偶合器 减速箱油冷器的进水口 C 的管路 A-B-C ， 以及偶合器减速箱油冷器的出水口 D 至柴油机机油冷却器的进水口 F 之间的管路 D-E-F 已制作好。 由于柴油机至偶合器减速箱之间为万向轴，管路 A-B-C 和 D-E-F 较长。 14 因此，在出厂前，只能将管路 A-B-C 和 D-E-F 分别从“B”处和“E”出截开。 管路 B-C 和 D-E 安装在偶合器减速箱上，而管路 A-B 和 E-F 单独包装运输。 在现场，待柴油机、偶合器减速箱及并车链条箱组装到位后，卸下柴油 机中冷系统从“A”处至“F”处的冷却水管路 A-F（见图 12） 。然后将管路 A-B 在“A”处与柴油机中冷器出水口法兰相连，而管路 E-F 在“F”处与柴 油机机油冷却器进水口相连，最后将管路 A-B-C 和 D-E-F 分别在“B”和“E” 处对焊（注：由于从柴油机至偶合器减速箱之间为万向轴连接，而万向轴的 花键连接长度有伸缩，因此，在出厂前，管路 A-B 和 E-F 预留有长度，管路 A-B 和 E-F 的实际长度在现场确定） 。 图 11. 柴油机至偶合器减速箱的冷却管路安装图 A-B-C：从柴油机中冷器出口 A 至偶合器减速减速箱油冷器进口 C 的冷却水管； D-E-F：从偶合器减速减速箱油冷器出口 D 至柴油机机油冷却器进口 F 的冷却水管。 图 12. 12V190 柴油机的冷却水体统图 更换中冷器水泵更换中冷器水泵 由于原 190 系列柴油机一般采用半开叶轮水泵， 在中冷水系统中串联偶 合器减速箱的油冷器后， 增加了水系统的阻力， 引起中冷水系统的流量减少， 导致冷却效果下降，因此，有可能有可能需要将原来的半开叶轮水泵卸下，更换闭 式泵腔水泵，以增加冷却效果。更换的零部件（可向济柴厂订购） ，见下表 17 序 号 名称 代号 单 位 数量 备注 1 水泵部件 1292200B 套 1 2 左中间盖板 15201147 只 1 3 水泵垫片 15201148 只 1 4 六角螺栓 12901151 只 1 5 低温水箱出水 管部件 1532440 套 1 6 螺钉 M1050 GB7085 只 1 7 螺栓 M1035 GB578286 只 7 8 螺钉 M1040 GB578286 只 5 9 螺钉 M1065 GB578286 只 1 10 螺钉 M10160 GB578286 只 1 11 垫圈 10 GB9387 只 16 65Mn 9 9试运转试运转 检查各部分的联接螺栓是否有松动现象。 加油：从加油口处，往箱体中注入 6 号（若外界环境温度-20时， 应采用 8 号）液力传动油，将工作油加至油标尺的停机油面位刻度处见 图 17 的（a）或（b）。 启动柴油机（此时输出端的气囊离合器摘开） ，使柴油机在怠速下运 转。 检查工作油油面位：补油，使油面位在最高工作油面位与最低 工作油面位刻度之间见图 13 的（a）或（b）。 柴油机在怠速下运转 510 分钟后， 将柴油机加速到额定转速， 再运 转 510 分钟，然后将柴油机转速从高速调到怠速，再从怠速调到高速，如 此反复运转 23 次。 经过上述运转后，偶合器减速箱应无异常声响或振动，无渗漏油现 象，则试运转完成。否则，应停机检修。 18 图 13油标尺： （a） 、 （b） 1010操作操作 钻机空载工况钻机空载工况 在此工况下，转盘钻井泵和绞车不工作，柴油机偶合器机组仅驱动压 风机。柴油机偶合器机组可怠速运转。但对于带节能发电机的钻机，柴油机 偶合器机组应在额定转速下运转。 钻机钻进工况钻机钻进工况 在此工况下，绞车不工作，柴油机偶合器机组拖动转盘和钻井泵。 一般情况下，在带有节能发电机和独立驱动转盘发电机的情况下，应使 柴油机偶合器机组在额定转速下运转。但在必须降低钻井泵的冲数（即降低 其排量和压力）时，也可以降低柴油机偶合器机组的转速。 当钻井泵的负荷（即压力和排量）很小时，应只开一台柴油机偶合器机 组；当负荷较大时，应开两台甚至三台柴油机偶合器机组。在实际操作时， 如果发现某台柴油机正在冒黑烟，表明此台柴油机偶合器机组负荷太大，偶 合器滑差加大，效率下降，应增加柴油机偶合器机组并车台数。 钻机提升工况钻机提升工况 在此工况下，转盘和钻井泵不工作，只驱动绞车工作。 对于不带节能发电机或转盘单独驱动的发电机，可用司钻遥控油门： 当滚筒离合器脱开时，大钩不带负荷，此时柴油机偶合器机组怠速；当滚筒 离合器合上，大钩带负荷，柴油机偶合器机组加速，钻具提升。 19 对于带节能发电机， 一般情况下， 柴油机偶合器机组应在额定转速下 运转，司钻无须遥控油门。 钻井深度在 4000 m 以及 4000 m 以下时，一般只开一台柴油机偶合器 机组，超过 5000 m 以上，应开 2 台柴油机偶合器机组。 随着井深或大钩载荷的不同， 绞车变速箱应及时换档。 以宝石厂设计 制造的 ZJ40/2250L 钻机为例，根据提升特性曲线（见图 14）可知，当大钩 载荷为 0400 kN 时应选第（高速）档，此时，提升速度为 1.3 m/s；当 大钩载荷从 0（最好是从 400 kN）650 kN 时，选用第档，提升速度为 0.75 m/s；当大钩载荷从 0（最好是从 650 kN）1400 kN 时，选用第档， 提升速度为 0.35 m/s；当大钩载荷从 0（最好是 1400 kN）2250 kN 时， 选用第（低速）档，提升速度是 0.2 m/s。如果当载荷大，而选用速度较 高的档位，则必然压低柴油机偶合器机组的转速，柴油机冒黑烟，偶合器滑 差加大，效率下降。 例如，当大钩载荷为 1000 kN 时，应用第档，其提升速度为 0.35 m/s； 如果此时选用第档，则压低柴油机转速，冒黑烟，甚至灭火，偶合器滑差 加大，效率下降；如果此时选用第档，虽然不压柴油机转速，但此时提升 速度太慢（只有 0.2 m/s） 。 图 14. PZ12V190B-3 型柴油机和 YOZJ750-20DLsh型液力偶合器正车减速 箱为动力机组