尹 鑫

(湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司,湖南長沙 410007）

汽車同步器及遠程操作在全液壓鉆機動力頭變速器上的應(yīng)用

尹 鑫

(湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司,湖南長沙 410007）

全液壓動力頭變速器是鉆機傳動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,其性能和可操控性直接影響到產(chǎn)品的性能,設(shè)計中將汽車變速器成熟的同步器結(jié)構(gòu)和遠程控制原理運用到鉆機動力頭變速器中來,極大地提升了產(chǎn)品性能和可操作性。

全液壓動力頭鉆機;變速器;汽車同步器;換擋機構(gòu);遠程操作

隨著國內(nèi)全液壓動力頭巖心鉆機應(yīng)用的逐步推廣,國內(nèi)幾家主要鉆機廠家都各自推出了自主設(shè)計的全液壓動力頭巖心鉆機,鉆機動力頭均采用變量液壓馬達配合變速器變速來滿足巖心鉆機轉(zhuǎn)速的要求。

1 傳統(tǒng)變速結(jié)構(gòu)

全液壓鉆機變速器的結(jié)構(gòu)各個廠家基本相似,變速擋位均為3～4擋,直齒滑移換擋,變速手柄置于變速器上。這種結(jié)構(gòu)的主要缺點有2點:一是直齒輪換擋不方便、換擋時沖擊大,導(dǎo)致齒輪早期損壞,易脫擋,噪聲大;二是手柄置于變速器上操作不方便,動力頭必須處于下桅桿前端時才能換擋,且需要專人操作。

2 改進思路

克服傳統(tǒng)變速器存在的不足,完善變速器的性能,是新型鉆機設(shè)計時必須考慮的問題。我們都知道,汽車上均有變速器,變速器分手動變速器、自動變速器、手動/自動結(jié)合變速器。自動變速器是根據(jù)油門踏板情況和車速變化自動地進行變速,這種變速器原理不適應(yīng)于鉆機工況。手動變速器原理是通過分離離合器,斷開動力,再操作離合手柄換到需要的擋位上,換好后合上離合器。當汽車變速器后置或變速器手柄不能直接裝于架駛室內(nèi)的,離合手柄與變速器用軟軸連接。鉆機變速器的原理與汽車變速器的原理相似,且汽車變速器的結(jié)構(gòu)相對比較成熟,產(chǎn)品質(zhì)量可靠,因此改進的主要思路就是把汽車變速器換擋結(jié)構(gòu)、換擋原理運用到鉆機變速器中來。

3 換檔方式改進

手動汽車變速器中換擋均采用同步齒換擋,同步齒換檔的主要原理如圖1、圖2和圖3所示。

圖1所示,低、高速從動齒空套在輸出軸上,齒輪與軸間裝有滾針軸承。左右兩個接合齒錐、左右兩個同步環(huán)、嚙合套、齒轂組成同步器,接合齒錐、齒轂內(nèi)外均為漸開線花鍵齒,嚙合套為內(nèi)漸開線花鍵齒,同步環(huán)有外漸開線花鍵齒。接合齒套的內(nèi)齒與低、高速從動齒輪的外齒嚙合,齒轂的內(nèi)齒與軸的外齒嚙合,嚙合套的內(nèi)齒可與接合齒錐、同步環(huán)、齒轂的外齒嚙合,嚙合套可在齒轂上滑移。

圖1 同步器嚙合套處中位

圖2 同步器嚙合套處左位

圖3 同步器嚙合套處右位

圖1位置,當動力馬達開動后,低、高速從動齒輪轉(zhuǎn)動,但嚙合套處于中間位置,動力未經(jīng)齒錐、嚙合套、齒轂傳遞到輸出軸上,動力頭處于空擋。

圖2位置,嚙合套處左位,當動力馬達開動后,低、高速從動齒輪轉(zhuǎn)動,且高速齒動力經(jīng)接合齒錐、嚙合套、齒轂傳遞給輸出軸。從嚙合套處中位換嚙合套處左位,這是掛擋過程,這個過程存在沖擊,因動力頭轉(zhuǎn)動從一個擋位換到另一個擋位時,盡管要斷開動力,但在慣性的作用下,齒輪仍在轉(zhuǎn)動,怎樣減弱這個沖擊,同步器中有同步環(huán),同步環(huán)內(nèi)孔為錐面,當嚙合套在撥叉帶動下往左移動時,嚙合套帶動同步環(huán)左移,同步環(huán)內(nèi)錐與轉(zhuǎn)動接合齒錐的外錐面配合,接合齒錐會帶動同步環(huán)→嚙合套→齒轂→輸出軸轉(zhuǎn)動,這樣接合齒錐的速度降低,嚙合套速度加快,當兩者速度一致時完成換擋,此時沖擊力最小,換擋平穩(wěn)。

圖3位置,嚙合套處右位,動力從低速齒輪傳遞給輸出軸。當從圖2位置(高速）直接換到圖3(低速）位置,或從圖3位置(高速）直接換到圖2(低速）位置時,同樣因為有同步環(huán)的原因,嚙合套轉(zhuǎn)速與接合齒錐轉(zhuǎn)速一致時完成換擋。

一個同步器控制兩個轉(zhuǎn)速,因此一個四級變速器用兩個同步器即可。同步器選用汽車配件,選用時做好強度校核,保證傳動可靠。

帶同步器的變速機構(gòu)對主傳動齒輪進行了很好的保護,只要齒輪強度設(shè)計合理,不存在有傳統(tǒng)變速器內(nèi)打齒的現(xiàn)象,時間長受損的傳動件只有同步器,同步器為汽車配件,這給客戶采購帶來很大的方便。

4 換擋遠程操作

換擋操作要實現(xiàn)遠程控制,同樣要參考汽車換擋操作機構(gòu),四擋變速器因有2個同步器,即要求有2個撥叉來撥動嚙合套,因此換擋需要有2個動作,一個是選擋,一個是換擋。如圖4所示是變速器的換擋操作機構(gòu),它由換擋撥叉、選擋拉線、換擋拉線、換擋手柄等組成。操作換擋手柄,先選擋后換擋,組合完成換擋過程。動力頭活動最遠處離操作臺有幾米遠,且動力頭有316 m行程,換擋拉線和選擋拉線至少需8 m。如圖5和圖6所示,如此長的拉線且要求換擋靈活,因此選擇換擋手柄和拉線很重要,最后與軟軸廠家專門訂做了一套機構(gòu),經(jīng)實踐滿足要求。

圖4 換擋操作機構(gòu)原理示意圖

圖5 變速器與操作手柄位置示意圖

圖6 全液壓動力頭鉆機局部圖

5 結(jié)語

國內(nèi)全液壓鉆機生產(chǎn)廠家競爭相當激烈,只有自己的新產(chǎn)品中有足夠的特色,有高出其它廠家的性能,才能贏得市場、站穩(wěn)市場。全新變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計就是我公司產(chǎn)品的特點之一,經(jīng)客戶使用后反映效果很好。

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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(漢族）,湖南長沙人,湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司副總工程師,機械制造專業(yè),從事機械產(chǎn)品設(shè)計工作,湖南省長沙市曙光中路232號,13974851709@163.com。