利用变速箱换档解决三种不同规格的

1 利用变速箱换档解决三种不同规格的利用变速箱换档解决三种不同规格的 钢丝绳和电缆的排绳问题钢丝绳和电缆的排绳问题 一 问题的提出 捞油车滚筒的容绳量很大 一般都有二千米以上 因此滚 筒的排绳效果是捞油车要解决的主要问题之一 所以多数捞油 车都采用了强制排绳 即采用机械的方法保持钢丝绳或电缆在 滚筒上的轴向移动距离 方向与导绳轮在排绳丝杠上轴向移动 的距离和方向保持一致 以往的捞油车只使用一种固定规格的钢丝绳 所以滚筒轴 和排绳丝杠之间的传动比是唯一的 固定不变的 现在 油田 根据现场使用要求 提出了将捞油作业与测井作业合在一台设 备上进行 这样做的好处是节省了设备 但是 捞油作业用的 钢丝绳的规格与测井用的电缆的规格 二种 不同 这样 三 种不同规格的钢丝绳和电缆在同一滚筒上的排绳成为问题的焦 点 最简单的办法是根据三种不同规格的钢丝绳和电缆设计三 种不同速比的链轮和三种不同长度的链条 根据需要在现场进 行更换 这种方法在理论上可行 但是 把现场操作的麻烦留 给用户 用户不接受 因此 能否找到一种简便有效的排绳方 法是这台两用设备是否可行的关键问题 二 解决的方案 如果能设计出一种变速箱来满足三种不同速比的要求 在 更换钢丝绳或电缆时 选择适当的档位来满足排绳的需要 可 2 以简化现场的操作 因此 能否设计出满足要求的变速箱成为 这台测井捞油车的技术关键 对变速箱的要求 1 由于强制排绳要满足运动精度的要求 因此滚筒轴和排 绳轮之间的三个传动比 满足三种规格的钢丝绳和电缆 都必须十分精确 2 三种不同规格的钢丝绳和电缆缠绕在滚筒上的绳间距要 满足钢丝绳和电缆的制造误差以及缠绕时变形的要求 绳 间距过大 单层缠绕圈数减少 容绳量降低 绳间距过小 相临绳之间互相挤压 磨损增大 甚至重叠 3 各档的传动比都要保证按需要的绳间距在确定的滚筒长 度上和已经确定的排绳丝杠螺距的条件下 对应规格的钢 丝绳或电缆都能缠绕成整圈数 4 无论在哪个档位 变速箱的输入 输出链轮必须是公用 的 现场不必更换 5 变速箱的结构要求三组变速齿轮的中心距要相同 因此 三组变速齿轮的齿数和应尽可能接近 从上面的要求可见对这台变速箱的要求条件特别苛刻 有 的要求是互相制约的 设计难度很大 为了满足上述各项要求 如何配置各档齿轮的齿数是设计该变速箱的突破点 三 具体参数和变速箱的结构 1 为了满足对变速箱前三条的要求 必须找出合适的传动比 3 其方法是根据特定的绳径先初定一个绳间距 用这个绳间距 与排绳丝杠的螺距计算传动比 将这个传动比化作分数 通 常只能化作比较接近的分数 然后反过来再用这个分数重 新计算绳间距和在滚筒上缠绕的整圈数及占据滚筒的总宽度 只有绳间距 缠绕圈数 占据的总宽度都满足要求时 这个 传动比才可用 否则要重新确定绳间距 重复上面的计算 例如 以 12 7 的电缆为例 初定绳间距为 13 3 与排绳丝 杠的螺距 9 的比值为 13 3 9 1 477778 接近这个比值的齿轮的 齿数比为 31 21 再用这个实际的传动比 31 21 计算实际的绳间 距 31 21 9 13 28571429 计算缠绕 69 圈占据滚筒的总宽度为 69 13 28571429 916 7 这与滚筒总宽度 918 相差 1 28mm 结果不太理想 重新确定绳间距为 13 29 与排绳丝杠螺距 9 的比值为 13 29 9 14 766667 接近这个比值的齿轮的齿数比为 65 44 再 用这个新的实际传动比 65 44 计算新的实际绳间距 65 44 9 13 29545455 计算缠绕 69 圈占据滚筒的总宽度为 917 38 这与滚筒总宽度 918 相差 0 62mm 结果比较理想 经过反复试凑和优选 最后确定采用如下数据 4 档位 适用 直径 mm 绳间 距离 mm 每层缠绕 圈数 总宽度 mm 各档传动比 被动齿 主动齿 排绳丝杠 螺距 mm 1313 5689182 3 12 713 29569917 3844 65 5 661539183 2 9 例如 在 档时 滚筒轴主动旋转一转 而排绳轮被动的转 动 1 5 转 由于排绳丝杠的螺距为 9mm 因此排绳轮在轴向移 动 1 5 9 13 5mm 正因为排绳轮移动了 13 5mm 才迫使直径 为 13 mm 钢丝绳在滚筒轴的轴向也移动了 13 5mm 一层缠绕 68 圈 占据的总宽度是 918mm 这就是说 排绳轮的转数和丝 杠的螺距决定了钢丝绳在轴向移动的距离 每层的缠绕圈数及 占据的总宽度 从上表中可以看出 在 档时 直径为 12 7mm 电缆缠绕 69 圈时占据的总宽度是 917 38mm 与滚筒的长度 918mm 相差 0 62mm 不会对下一层排绳造成影响 是可以接受的 2 各档位的传动比满足了排绳的要求 如果采用每次更换 链轮和链条的方法 直接采用上述的传动比是可行的 但是 仅仅找到了合适的传动比还不能全部解决问题 因为各档齿轮 的齿数和还无法满足对变速箱的第 5 条的要求 能否找到一个 办法 使各档的齿数和比较接近 为此 将三组传动比 2 3 44 65 3 2 进行分解 分解出一个传动比 4 5 28 35 作为该变速箱 轴与 轴间的公共传动比 即 5 2 3 4 5 35 42 44 65 4 5 33 39 3 2 4 5 45 24 这样做的目的有三条 a 使变速箱输入轴 轴 和中间轴 轴 之间各档剩于 传动比的齿数和尽可能接近 从计算式可以看出分解后各档的 齿数和为 77 72 69 数值比较接近 便于凑中心距 使箱体 总尺寸减小 b 适当加大输入轴 轴 与输出轴 轴 之间的距离 以满足在两个轴端安装传动链轮对空间尺寸的要求 c 变速箱采用三轴后 使输出轴与输入轴的转向相同 使 换向气路控制系统的接线位置和操作习惯不变 3 为了使变速箱的结构简单 采用直齿轮传动 换档采用三 联滑移齿轮 为满足滑移的需要 将三联齿轮的大齿轮 45 齿 作为中间齿轮 使得在滑移过程中相临齿轮的齿顶互不干涉 拨叉直接拨动中间大齿轮 45 齿 可以简化结构 4 为了凑中心距 各档的齿轮采用不同的模数和变位系数 选用的模数既要满足强度的要求又要考虑尽量利用现有滚刀 在有多种模数可以选择的情况下 应以三组齿轮的中心距相差 值最小为选择以据 这样可以使中心距变动系数为最小 使总 的变位系数也小 在对各齿轮分配变位系数时受限制的因素减 少 齿轮强调计算省略 因为在排绳箱中采用模数 m 3 齿轮 6 使用多年未出问题 5 为了润滑的需要 在箱体的下部增加一根轴来安装搅油轮 提高润滑效果 6 为了防止脱档 在披叉手柄上设有定位装置 7 在滚筒轴